Ίνα

Μια δέσμη οπτικών ινών

Ίνα είναι μια φυσική ή τεχνητή ουσία που είναι σημαντικά μακρύτερη από ό,τι είναι πλατιά. Οι ίνες χρησιμοποιούνται συχνά στην κατασκευή άλλων υλικών. Τα ισχυρότερα υλικά μηχανικής συχνά ενσωματώνουν ίνες, για παράδειγμα ανθρακονήματα και πολυαιθυλένιο εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους.

Οι συνθετικές ίνες μπορούν συχνά να παραχθούν πολύ φθηνά και σε μεγάλες ποσότητες σε σύγκριση με τις φυσικές ίνες, αλλά για τα ρούχα οι φυσικές ίνες μπορούν να προσφέρουν κάποια πλεονεκτήματα, όπως άνεση, έναντι των συνθετικών αντιστοίχων τους.

Φυσικές ίνες

Οι φυσικές ίνες αναπτύσσονται ή εμφανίζονται σε σχήμα ίνας και περιλαμβάνουν αυτές που παράγονται από φυτά, ζώα και γεωλογικές διεργασίες. Μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με την προέλευσή τους:

• Οι φυτικές ίνες βασίζονται γενικά σε διατάξεις κυτταρίνης, συχνά με λιγνίνη: παραδείγματα περιλαμβάνουν βαμβάκι, κάνναβη, γιούτα, λινάρι, άβακα, πίνια, ραμί, σιζάλ, βαγάσα και μπανάνα. Οι φυτικές ίνες χρησιμοποιούνται στην κατασκευή χαρτιού και υφασμάτων και οι διαιτητικές ίνες αποτελούν σημαντικό συστατικό της ανθρώπινης διατροφής.
• Οι ίνες ξύλου, που διακρίνονται από τις φυτικές ίνες, προέρχονται από δέντρα. Το ξύλο με τη διαδικασία της πολτοποίησης αφαιρείται η λιγνίνη που συνδέει την αρχική ξύλινη δομή, απελευθερώνοντας έτσι τις ίνες για χρήση σε χαρτί και προϊόντα μηχανικής ξυλείας.
• Οι ζωικές ίνες αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από συγκεκριμένες πρωτεΐνες. Παραδείγματα είναι το μετάξι μεταξοσκώληκα, το μετάξι της αράχνης, οι τένοντες, το μαλλί και το έντερο και τρίχωμα όπως το κασμίρι, το μοχέρ και η ανγκόρα, η γούνα όπως το δέρμα προβάτου, το κουνέλι, το βιζόν, η αλεπού, ο κάστορας κλπ.
• Οι ορυκτές ίνες περιλαμβάνουν την ομάδα του αμιάντου. Ο αμίαντος είναι η μόνη φυσική μακρόστενη ορυκτή ίνα. Έξι ορυκτά έχουν ταξινομηθεί ως «αμίαντος» συμπεριλαμβανομένου του χρυσοτίλη της κατηγορίας των σερπεντινών και εκείνων που ανήκουν στην κατηγορία των αμφιβολιών: αμοσίτης, κροκιδόλιθος, τρεμολίτης, ανθοφυλλίτης και ακτινόλιθος.
• Οι βιολογικές ίνες, γνωστές επίσης ως ινώδεις πρωτεΐνες ή πρωτεϊνικά νημάτια, αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από βιολογικά σημαντικές και πολύ σημαντικές πρωτεΐνες, στις οποίες μεταλλάξεις ή άλλα γενετικά ελαττώματα μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρές ασθένειες. Οι περιπτώσεις περιλαμβάνουν την οικογένεια πρωτεϊνών κολλαγόνου, τένοντες, μυϊκές πρωτεΐνες όπως η ακτίνη, πρωτεΐνες κυττάρων όπως οι μικροσωληνίσκοι  και πολλές άλλες, όπως το μετάξι της αράχνης, το νεύρο και τα μαλλιά.

Τεχνητές ίνες

Οι τεχνητές ή χημικές ίνες είναι ίνες των οποίων η χημική σύνθεση, η δομή και οι ιδιότητες υφίστανται σημαντική τροποποίηση κατά τη διαδικασία παραγωγής. Στη μόδα, μια ίνα είναι ένα μακρύ και λεπτό νήμα υλικού που μπορεί να πλεχθεί ή να υφανθεί ως ύφασμα. Οι τεχνητές ίνες αποτελούνται από αναγεννημένες ίνες και συνθετικές ίνες.

Ημισυνθετικές ίνες

Οι ημισυνθετικές ίνες κατασκευάζονται από πρώτες ύλες με φυσική δομή πολυμερούς μακράς αλυσίδας και τροποποιούνται και αποικοδομούνται μόνο μερικώς με χημικές διεργασίες, σε αντίθεση με τις πλήρως συνθετικές ίνες όπως το νάιλον (πολυαμίδιο) ή το dacron (πολυεστέρας), τις οποίες συνθέτει ο χημικός συνθέτει από χαμηλού μοριακού βάρους ενώσεις με αντιδράσεις πολυμερισμού. Η παλαιότερη ημι-συνθετική ίνα είναι η αναγεννημένη ίνα κυτταρίνης, το ρεγιόν. Οι περισσότερες ημισυνθετικές ίνες είναι αναγεννημένες ίνες κυτταρίνης.

Οι ίνες κυτταρίνης είναι ένα υποσύνολο τεχνητών ινών, που αναγεννώνται από φυσική κυτταρίνη. Η κυτταρίνη προέρχεται από διάφορες πηγές: ίνες ξύλου δέντρων, ίνες μπαμπού, φύκια κλπ. Κατά την παραγωγή αυτών των ινών, η κυτταρίνη μετατρέπεται σε μια αρκετά καθαρή μορφή ως παχύρρευστη μάζα και διαμορφώνεται σε ίνες με εξώθηση μέσω κλωστών. Ως εκ τούτου, η διαδικασία κατασκευής αφήνει λίγα χαρακτηριστικά διακριτικά από το φυσικό υλικό προέλευσης στα τελικά προϊόντα.

Συνθετικές ίνες

Τα συνθετικά προέρχονται εξ ολοκλήρου από συνθετικά υλικά όπως τα πετροχημικά, σε αντίθεση με τις τεχνητές ίνες που προέρχονται από φυσικές ουσίες όπως η κυτταρίνη ή η πρωτεΐνη.

Η ταξινόμηση των ινών στα ενισχυμένα πλαστικά εμπίπτει σε δύο κατηγορίες: (i) κοντές ίνες, γνωστές επίσης ως ασυνεχείς ίνες, με γενική αναλογία διαστάσεων (που ορίζεται ως ο λόγος του μήκους της ίνας προς τη διάμετρο) μεταξύ 20 και 60 και (ii) μακριές ίνες, γνωστές και ως συνεχείς ίνες, ο γενικός λόγος διαστάσεων είναι μεταξύ 200 και 500.

Μεταλλικές ίνες

Οι μεταλλικές ίνες μπορούν να δημιουργηθούν από όλκιμα μέταλλα όπως ο χαλκός, ο χρυσός ή το ασήμι και να εξωθηθούν ή να εναποτεθούν από πιο εύθραυστα, όπως το νικέλιο, το αλουμίνιο ή ο σίδηρος.

Ανθρακόνημα

Οι ίνες άνθρακα ή ανθρακονήματα βασίζονται συχνά σε οξειδωμένα και μέσω πυρόλυσης ανθρακοποιημένα πολυμερή όπως το PAN, αλλά το τελικό προϊόν είναι σχεδόν καθαρός άνθρακας.

Ίνα καρβιδίου του πυριτίου

Ίνες καρβιδίου του πυριτίου, όπου τα βασικά πολυμερή δεν είναι υδρογονάνθρακες αλλά πολυμερή, όπου περίπου το 50% των ατόμων άνθρακα αντικαθίσταται από άτομα πυριτίου, τα λεγόμενα πολυκαρβοσιλάνια. Η πυρόλυση αποδίδει ένα άμορφο καρβίδιο του πυριτίου, που περιλαμβάνει κυρίως άλλα στοιχεία όπως το οξυγόνο, το τιτάνιο ή το αλουμίνιο, αλλά με μηχανικές ιδιότητες πολύ παρόμοιες με εκείνες των ινών άνθρακα.

Υαλοβάμβακας

Ο υαλοβάμβακας (fiberglass), κατασκευασμένος από ειδικό γυαλί και η οπτική ίνα, κατασκευασμένη από καθαρό φυσικό χαλαζία, είναι επίσης τεχνητές ίνες που προέρχονται από φυσικές πρώτες ύλες, ίνες πυριτίου, κατασκευασμένες από πυριτικό νάτριο και ίνες βασάλτη από λιωμένο βασάλτη.

Ίνες πολυμερούς

• Οι ίνες πολυμερούς είναι ένα υποσύνολο τεχνητών ινών, οι οποίες βασίζονται σε συνθετικές χημικές ουσίες (συχνά από πετροχημικές πηγές) αντί να προέρχονται από φυσικά υλικά με μια καθαρά φυσική διαδικασία. Αυτές οι ίνες κατασκευάζονται από:
  • νάιλον πολυαμιδίου
  • Πολυεστέρας PET ή PBT
  • φαινόλη-φορμαλδεΰδη (PF)
  • vinyon από ίνες πολυβινυλοχλωριδίου (PVC).
  • πολυολεφίνες (PP και PE), ολεφινικές ίνες
  • Οι ακρυλικοί πολυεστέρες, οι καθαρές ίνες PAN από πολυεστέρα χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ανθρακονημάτων με το ψήσιμο τους σε περιβάλλον χαμηλού οξυγόνου. Οι παραδοσιακές ακρυλικές ίνες χρησιμοποιούνται συχνότερα ως συνθετικό υποκατάστατο για το μαλλί. Τα ανθρακονήματα και οι ίνες PF είναι δύο ίνες με βάση τη ρητίνη που δεν είναι θερμοπλαστικές, ενώ οι περισσότερες άλλες μπορούν να λιώσουν.
  • αρωματικά πολυαμίδια (αραμίδια) όπως το Twaron, το Kevlar και το Nomex διασπώνται θερμικά σε υψηλές θερμοκρασίες και δεν λιώνουν.
  • πολυαιθυλένιο (PE)
  • Μπορούν ακόμη και να χρησιμοποιηθούν ελαστομερή, π.χ. σπάντεξ, αν και οι ίνες ουρεθάνης αρχίζουν να αντικαθιστούν την τεχνολογία σπάντεξ.
  • ίνα πολυουρεθάνης
  • Ελαστολεφίνη

Μικροΐνες

Οι μικροΐνες εφευρέθηκαν στην Ιαπωνία στις αρχές της δεκαετίας του 1980. Ακρυλικές ίνες, νάιλον, πολυεστέρας, lyocell και ρεγιόν μπορούν να παραχθούν ως μικροΐνες. Το 1986, η Hoechst AG της Γερμανίας παρήγαγε μικροΐνες στην Ευρώπη. Αυτή η ίνα έφτασε στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1990 από την DuPont.