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繊維（イギリス英語ではfibreと綴る。ラテン語: fibraに由来）[ 1 ]は、幅よりも長さが著しく長い天然または人工の物質である。 [ 2 ]繊維は、他の材料の製造によく使用される。最も強いエンジニアリング材料には、炭素繊維や超高分子量ポリエチレンなど、繊維が組み込まれていることが多い。
合成繊維は天然繊維に比べて非常に安価に大量生産できることが多いが、衣料品においては、天然繊維の方が快適性など、合成繊維よりも優れている点がある。
天然繊維は繊維状で発生または存在し、植物、動物、地質学的プロセスによって生成されるものを含む。[ 2 ]それらは起源によって分類できる。
人工繊維または化学繊維とは、製造工程中に化学組成、構造、特性が大幅に変化した繊維のことです。ファッションにおいては、繊維とは、生地に編んだり織ったりできる細長い糸状の素材のことです。 [ 4 ]人工繊維は、再生繊維と合成繊維から構成されています。
半合成繊維は、天然の長鎖ポリマー構造を持つ原料から作られ、化学プロセスによって部分的に改質および分解されるだけです。これに対し、ナイロン（ポリアミド）やダクロン（ポリエステル）などの完全合成繊維は、化学者が低分子量化合物から重合（連鎖形成）反応によって合成します。最も初期の半合成繊維は、セルロース再生繊維であるレーヨンです。[ 5 ]ほとんどの半合成繊維はセルロース再生繊維です。
セルロース繊維は、天然セルロースから再生される人工繊維の一種です。セルロースは、樹木繊維からレーヨン、竹繊維から竹、海藻からシーセルなど、様々な原料から得られます。これらの繊維の製造過程では、セルロースは粘性のある塊として比較的純粋な状態に還元され、紡糸口金を通して押し出されることで繊維状に成形されます。そのため、製造工程を経て完成品には、天然原料特有の特性はほとんど残っていません。
このタイプの繊維の例としては、以下のようなものがあります。
歴史的に、二酢酸セルロースと三酢酸セルロースはレーヨンという用語で分類されていましたが、現在では別々の素材とみなされています。
合成繊維は、セルロースやタンパク質などの天然物質から作られる人工繊維とは異なり、石油化学製品などの合成材料から完全に作られています。[ 6 ]
強化プラスチックの繊維分類は、(i) 短繊維（不連続繊維とも呼ばれる）で、一般的なアスペクト比（繊維の長さと直径の比として定義される）が 20 ～ 60 の間、および (ii) 長繊維（連続繊維とも呼ばれる）で、一般的なアスペクト比が 200 ～ 500 の間である。[ 7 ]
金属繊維は、銅、金、銀などの延性のある金属から引き伸ばして作製することができ、ニッケル、アルミニウム、鉄などのより脆い金属からは押し出し成形または堆積成形によって作製することができる。
炭素繊維は、多くの場合、 PANなどの酸化され、熱分解によって炭化されたポリマーを原料としているが、最終製品はほぼ純粋な炭素である。
炭化ケイ素繊維は、基本ポリマーが炭化水素ではなく、炭素原子の約50%がケイ素原子に置換されたポリマー、いわゆるポリカルボシランである。熱分解によって、酸素、チタン、アルミニウムなどの他の元素を主成分とする非晶質炭化ケイ素が得られるが、その機械的特性は炭素繊維と非常によく似ている。
特定のガラスから作られるグラスファイバーや、精製された天然石英から作られる光ファイバーも、天然原料から作られる人工繊維である。また、ケイ酸ナトリウム（水ガラス）から作られるシリカ繊維や、溶融玄武岩から作られる玄武岩繊維もある。
1980年代初頭に日本で発明されたマイクロファイバーは、マイクロデニール繊維とも呼ばれています。アクリル、ナイロン、ポリエステル、リヨセル、レーヨンはマイクロファイバーとして製造できます。1986年にドイツのヘキストAGがヨーロッパでマイクロファイバーを製造しました。この繊維は1990年にデュポンによって米国に持ち込まれました。[ 9 ]
繊維におけるマイクロファイバーとは、デニール以下の繊維（例えば、0.5デニールに延伸されたポリエステル）を指します。デニールとDtexは、重量と長さに基づく繊維収率の2つの測定値です。繊維密度が分かっていれば、繊維径も分かりますが、そうでなければ、直径をマイクロメートルで測定する方が簡単です。工業用繊維におけるマイクロファイバーとは、ろ過によく使用される超極細繊維（ガラス繊維またはメルトブロー熱可塑性樹脂）を指します。新しい繊維設計には、複数のより細い繊維に分割される押出成形繊維が含まれます。ほとんどの合成繊維は断面が円形ですが、特殊な設計では、中空、楕円形、星形、または三葉形にすることができます。後者の設計は、より高い光学的反射特性を提供します。合成繊維は、織物、不織布、または編物構造でボリュームを与えるために、しばしばクリンプされます。繊維の表面は、つや消しまたは光沢があります。つや消しの表面はより多くの光を反射し、光沢は光を透過して繊維をより透明にします。
非常に短い、または不規則な繊維はフィブリルと呼ばれています。綿や漂白クラフトなどの天然セルロースは、主繊維構造から突き出たより小さなフィブリルを示しています。[ 10 ]
繊維は天然繊維と人工（合成）繊維に分類でき、その特性は多くの用途における性能に影響を与える可能性があります。合成繊維材料は、多くの用途において、ガラスや木材などの従来の材料に取って代わりつつあります。[ 11 ]これは、人工繊維は特定の技術エンジニアリングに合わせて化学的、物理的、機械的に設計できるためです。[ 12 ]繊維の種類を選択する際、製造業者は、その特性と用途の技術的要件とのバランスを取る必要があります。製造用に選択できるさまざまな繊維があります。ここでは、サンプル天然繊維の典型的な特性と人工繊維の特性を比較します。
上記の表は繊維の典型的な特性を示しているだけであり、実際には、以下に示すような（aからzまでの）特性が他にもあります。[ 14 ]
耐アーク性、生分解性、線膨張係数、連続使用温度、プラスチック密度、延性/脆性遷移温度、破断伸び、降伏伸び、耐火性、柔軟性、ガンマ線耐性、光沢、ガラス転移温度、硬度、熱変形温度、収縮率、剛性、引張強度、断熱性、靭性、透明性、耐紫外線性、体積抵抗率、吸水率、ヤング率