Loading article…
繊維（イギリス英語ではfiberとも綴られる。ラテン語のfibraに由来）[1]は、幅よりも長さがかなり長い天然または人工の物質です。[2]繊維は他の材料の製造によく使用されます。最も強力な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の繊維が組み込まれていることがよくあります。
合成繊維は天然繊維に比べて非常に安価で大量に生産できることが多いですが、衣料品の場合、天然繊維は合成繊維に比べて快適性などいくつかの利点があります。
天然繊維
天然繊維は繊維の形で発達または発生し、植物、動物、地質学的プロセスによって生成されるものが含まれます。[2]起源によって分類できます。
- 植物繊維は一般にセルロースの配列に基づいており、多くの場合リグニンを含みます。例としては、綿、麻、黄麻、亜麻、アバカ、ピニャ、ラミー、サイザル、バガス、バナナなどがあります。植物繊維は紙や織物（布地）の製造に使用され、食物繊維は人間の栄養の重要な成分です。
- 木質繊維は、植物繊維とは異なり、樹木を原料としています。形態としては、砕木、レースバーク、サーモメカニカルパルプ（TMP）、漂白または未漂白のクラフトパルプや亜硫酸パルプなどがあります。クラフトパルプと亜硫酸パルプは、元の木材構造を結合しているリグニンを除去するために使用されるパルプ化プロセスの種類を指し、これにより、紙やファイバーボードなどのエンジニアリング木材製品に使用できる繊維が解放されます。
- 動物繊維は主に特定のタンパク質で構成されています。例としては、カイコの 糸、クモの糸、腱、腸線、羊毛、海の絹、カシミアウール、モヘア、アンゴラなどの毛、羊皮、ウサギ、ミンク、キツネ、ビーバーなどの毛皮などがあります。
- 鉱物繊維にはアスベストグループが含まれます。アスベストは、天然に存在する唯一の長い鉱物繊維です。蛇紋石クラスのクリソタイル、および角閃石クラスに属するアモサイト、クロシドライト、トレモライト、アンソフィライト、およびアクチノライトを含む 6 つの鉱物が「アスベスト」として分類されています。短い繊維状の鉱物には、ウォラストナイトとパリゴルスカイトが含まれます。
- 生体繊維は繊維状タンパク質またはタンパク質フィラメントとも呼ばれ、主に生物学的に関連があり、生物学的に非常に重要なタンパク質で構成されており、突然変異やその他の遺伝的欠陥が重篤な疾患につながる可能性があります。例としては、コラーゲン[3]ファミリーのタンパク質、腱、アクチンなどの筋肉タンパク質、微小管[要出典]などの細胞タンパク質、およびクモの糸、腱、髪など、その他多数があります。
人工繊維
人工繊維または化学繊維は、製造工程で化学組成、構造、特性が大幅に変更された繊維です。ファッションの世界では、繊維とは編んだり織ったりして布地にすることができる長くて細い糸のことです。 [4]人工繊維は再生繊維と合成繊維で構成されています。
半合成繊維
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のみ変更され、部分的に分解されます。これは、化学者が重合（鎖構築）反応によって低分子量化合物から合成するナイロン（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とは対照的です。最も古い半合成繊維はセルロース再生繊維、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。
セルロース再生繊維
セルロース繊維は、天然セルロースから再生された人工繊維のサブセットです。セルロースは、樹木繊維からのレーヨン、竹繊維からの竹、海藻からのシーセルなど、さまざまな源から得られます。これらの繊維の製造では、セルロースは粘性の塊としてかなり純粋な形に還元され、紡糸口金を通して押し出されることによって繊維に形成されます。したがって、製造プロセスでは、完成品に天然原料の特徴がほとんど残りません。
この繊維タイプの例をいくつか挙げます。
歴史的には、セルロースジアセテートとセルローストリアセテートはレーヨンという用語で分類されていましたが、現在では異なる材料と見なされています。
合成繊維
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た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2つのクラスに分けられます。(i) 短繊維（不連続繊維とも呼ばれ、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）は20〜60です）と、(ii) 長繊維（連続繊維とも呼ばれ、一般的なアスペクト比は200〜500です。[7]
金属繊維
金属繊維は、銅、金、銀などの延性金属から引き出すことができ、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加工または堆積加工することができます。
カーボンファイバー
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ベースにしていますが、最終製品はほぼ純粋な炭素です。
シリコンカーバイド繊維
炭化ケイ素繊維は、基本的なポリマーが炭化水素ではなく、炭素原子の約 50% がケイ素原子に置き換えられたポリマー、いわゆるポリカルボシランです。熱分解により、酸素、チタン、アルミニウムなどの他の元素を主に含む非晶質炭化ケイ素が生成されますが、機械的特性は炭素繊維と非常に似ています。
グラスファイバー
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得られる人工繊維であり、ケイ酸ナトリウム（水ガラス）から作られるシリカ繊維や、溶融した玄武岩から作られる玄武岩繊維もあります。
鉱物繊維
鉱物繊維は表面欠陥が少ないため特に強度が高く、アスベストは一般的な欠陥の1つです。[8]
ポリマー繊維
- ポリマー繊維は人工繊維の一種で、純粋に物理的なプロセスによって天然素材から生成されるのではなく、合成化学物質 (多くの場合、石油化学原料から生成) をベースにしています。これらの繊維は、以下のものから作られています。
- ポリアミドナイロン
- PETまたはPBTポリエステル
- フェノールホルムアルデヒド（PF）
- ポリ塩化ビニル繊維（PVC）ビニヨン
- ポリオレフィン（PPおよびPE）オレフィン繊維
- アクリルポリエステル、純粋なポリエステルPAN 繊維は、低酸素環境で焙煎して炭素繊維を作るために使用されます。従来のアクリル繊維は、ウールの合成代替品としてより頻繁に使用されます。炭素繊維と PF 繊維は、熱可塑性ではない 2 つの樹脂ベースの繊維として知られていますが、他のほとんどの繊維は溶融可能です。
- トワロン、ケブラー、ノーメックスなどの芳香族ポリアミド（アラミド）は、高温で熱分解し、溶けません。これらの繊維はポリマー鎖間の結合が強いです。
- ポリエチレン(PE)、最終的には極めて長い鎖 / HMPE (例: ダイニーマ、スペクトラ)。
- スパンデックスなどのエラストマーも使用できますが、ウレタン繊維がスパンデックス技術に取って代わり始めています。
- ポリウレタン繊維
- エラストオレフィン
- 共押し出し繊維は、通常、芯鞘または並列の形で、2 つの異なるポリマーで繊維を形成します。コーティングされた繊維には、静電気除去のためのニッケルコーティング、抗菌性のための銀コーティング、レーダー チャフの RF 偏向のためのアルミニウムコーティングなどがあります。レーダー チャフは、実際にはアルミニウムコーティングされた連続ガラス トウのスプールです。航空機に搭載された高速カッターが、移動中の航空機から噴出するチャフを細かく切り刻み、レーダー信号を混乱させます。
マイクロファイバー
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しても知られています。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生産できます。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生産しました。この繊維は1990年にデュポンによって米国に導入されました。[9]
繊維におけるマイクロファイバーとは、サブデニールの繊維（0.5 デニールに引き伸ばされたポリエステルなど）を指します。デニールとデシテックスとは、重量と長さに基づく繊維収量の 2 つの測定単位です。繊維密度がわかっている場合は、繊維の直径もわかっていますが、そうでない場合は、直径をマイクロメートルで測定する方が簡単です。テクニカル ファイバー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極細繊維（ガラスまたはメルトブローン熱可塑性プラスチック）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し出し繊維があります。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、または三葉形になることがあります。後者の設計では、光学的に反射する特性がより高くなります。合成織物繊維は、織物、不織布、または編み物構造でかさ高にするために、多くの場合、縮れが生じます。繊維表面は、鈍い場合も明るい場合もあります。鈍い表面はより多くの光を反射しますが、明るい表面は光を透過する傾向があり、繊維がより透明になります。
非常に短い繊維や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には、主な繊維構造から突き出た小さなフィブリルが見られます。[10]
選択された繊維の代表的な特性
繊維は天然物質と人工（合成）物質に分けられ、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他の従来の材料に取って代わるようになっています。[11]これは、人工繊維が特定の技術工学に適合するように化学的、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要件のバランスを取ります。製造にはさまざまな繊維を選択できます。以下は、サンプルの天然繊維の典型的な特性と人工繊維の特性の比較です。
上記の表は繊維の典型的な特性を示したものであり、実際には以下のように参照できる特性が他にもあります（aからzまで）：[14]
耐アーク性、生分解性、線熱膨張係数、連続使用温度、プラスチックの密度、延性/脆性遷移温度、破断伸び、降伏伸び、耐火性、柔軟性、ガンマ放射線耐性、光沢、ガラス転移温度、硬度、熱たわみ温度、収縮、剛性、極限引張強度、断熱性、靭性、透明性、紫外線耐性、体積抵抗率、吸水性、ヤング率
参照
ウィキメディア・コモンズには、繊維に関連するメディアがあります。
参考文献
- ^ Harper, Douglas. 「fiber」.オンライン語源辞典。
- ^ ab カドルフ、サラ (2002)。テキスタイル。プレンティスホール。ISBN 978-0-13-025443-6。
- ^ Saad, Mohamed (1994年10月). シンクロトロン放射X線を用いた腱のコラーゲン結晶ドメインの低解像度構造とパッキング調査、構造因子の決定、同形置換法およびその他のモデリングの評価。博士論文、Université Joseph Fourier Grenoble I. pp. 1–221. doi :10.13140/2.1.4776.7844。
- ^ 「人工繊維」。ブリタニカ百科事典。ブリタニカ百科事典社。 2013年。
- ^ Kauffman, George B. (1993). 「レーヨン: 最初の半合成繊維製品」. Journal of Chemical Education . 70 (11): 887. Bibcode :1993JChEd..70..887K. doi :10.1021/ed070p887.
- ^ 「合成繊維」。ブリタニカ百科事典。ブリタニカ百科事典社。2013年。
- ^ Serope Kalpakjian、Steven R Schmid。「製造エンジニアリングとテクノロジー」。国際版。第4版。Prentice Hall、Inc. 2001年。ISBN 0-13-017440-8。
- ^ジェームズ・エドワード・ゴードン、フィリップ・ボール（2006年）。『強い材料 の新しい科学、あるいは、なぜ床を抜けて落ちないのか』プリンストン大学出版局。ISBN 978-0-691-12548-0. 2011年10月28日閲覧。
- ^ コーエン、アレン（2011年11月11日）。JJピッツートのファブリックサイエンス（第10版）。フェアチャイルドブックス。p.51。ISBN 978-1-60901-380-6。
- ^ ハンス-J.コスロースキー。 『人造繊維事典』。第 2 版。ドイツ・ファッハフェルラーク。 2009 ISBN 3-86641-163-4
- ^ Shenoy, Aroon (1999).充填ポリマーシステムのレオロジー. Kluwer Academic Publishers. ISBN 978-0-412-83100-3。
- ^ Hollaway, C. (1990).建設におけるポリマーとポリマー複合材料イギリス: Bulter and Tanner Ltd. p. 209. ISBN 978-0-7277-1521-0。
- ^ コンクリート混合物の設計と管理。第16版。アメリカ合衆国：ポートランドセメント協会。2018年。237〜247頁。ISBN 978-0-89312-277-5。
- ^ ab 「ポリマー特性 - Special Chem 社製 Omexus」。
- ^ ab 「サイザル麻繊維 – サイザル麻の世界」。
- ^ Sain, M. (2014)。「複合材料の補強 材としてのサトウキビバガス繊維の使用」。Faruk, Omar、Sain, Mohini (編)。複合材料におけるバイオファイバー補強材。Elsevier Science & Technology。ISBN 9781782421221。
- ^ Narayanan, Venkateshwaran (2012). 「ジュート/バナナ混紡繊維の機械的性質と吸水性」.繊維とポリマー. 13 (7, 907–914). doi :10.1007/s12221-012-0907-0.
- ^ ab K. Murali Mohan, Rao (2007). 「エレファントグラス繊維強化ポリマー複合材料の引張特性」. Journal of Materials Science . 42 (9, 3266–3272). doi :10.1007/s10853-006-0657-8.
- ^ ab 「金属材料 - TEADIT」（PDF）。
- ^ 「カーボンファイバー - アメリカ人の要素」。