الألياف
الفصل الأول : تركيب الألياف
الألياف : أجسام دقيقة طولها أكبر من سمكها لها بناء دقيق تمتاز بالمرونة و المتانة و الاستطالة.
معظم أجسام الكائنات تحتوى على ألياف و قد تكون وحيدة الخلية مثل القطن أو عديدة الخلية مثل الكتان
فمنها ما يقاس بالسنتيمتر مثل القطن أو المتر مثل الحرير الذي يصل لآلاف الأمتار.
الألياف بوليمرات مونومرات ذرات
كربون + هيدروجين+أكسجين بلمرة جلوكوز بلمرة سيليلوز تفرع لسلاسل طويلة قطن
كربون + هيدروجين+أكسجين بلمرة جلوكوز بلمرة سيليلوز تفرع لسلاسلقصيرة فسكوزا
مثال توضيحي:
عند بناء حائط يلزمنا حجارة صغيرة للبناء تسمى [مونومرات] الحائط المبنى يسمى [ بوليمرات]
عملية بناء الحائط و تجميعه تسمى [ بلمرة ] .
البلمرة : تفاعل يربط الجزيئات الصغيرة [المونميرات ] لتكوين جزيء كبير يسمى [بلمر] و تحتاج لضغط و الحرارة.
البولميرات : جزيئات كبيرة تنتج من اتحاد مجموعة من الجزيئات الصغيرة.
المونميرات : جزيئات صغيرة ينتج من اتحادها جزيء كبير يسمى بلمر.
أسباب اختلاف البوليمرات عن بعضها البعض
1-نوع المونومرات 2- عدد المونومرات و انتظامها 3- بناء السلاسل 4- قوة التجاذب داخل السلسلة الواحدة للبوليمر.
أنواع البوليمرات
أولاً البوليمرات الطبيعية:
1- المواد الكربوهيدراتية: [ماءات الكربون]
مركبات عضوية تتكون من الكربون و الهيدروجين و الأكسجين مثل الجلايكوجين و النشا و السيليلوز
ابسط المركبات الكربوهيدراتية سكر الجلوكوز الذي نحصل علية من البناء الضوئي حسب المعادلة
ثاني أكسيد الكربون + ماء سكر جلوكوز + أكسجين
السيليلوز:
سلاسل طويلة غير متفرعة يتكون من ألاف الجزيئات من الجلوكوز يستخدم كدعامة لهيكل و جدار الخلايا
جلوكوز[مونمر طبيعى] بلمرة [تجميع ] سيليلوز [ بلمر طبيعى]
فوائد الألياف الطبيعية مثل السيليلوز
1- تحسين عملية الهضم 2- خفض الكولسترول في الدم 3- خفض الجلوكوز في الدم عند مرضى السكر
4- التقليل من الإصابة بسرطان الأمعاء 5-التقليل من السعرات الحرارية في الغذاء.
ثانياً البوليمرات الصناعية
1- البولي ايثلين [C2 H4]
* ايثلين [مونمر صناعي ] بلمرة[تجميع[ بولي ايثلين [بوليمر صناعي]
مثال : أكتب معادلة تصف بلمرة 4 جزيئات من الأثيلين
C8H16 بلمرة [تجميع] 4C2H4
أنواع البولي أيثلين
1- بولي ايثلين عالي الكثافة : 1- غير متفرع السلاسل 2- مترابط و صلب 3- قوى و غير شفاف 4- عالي الكثافة . يستخدم في عبوات التخزين و القناني البلاستيكية.
2- بولي ايثلين قليل الكثافة : 1- متفرع 2- قليل المتانة و الترابط 3- شفاف 4- قليل الكثافة . يستخدم في كفوف اليدين و رقائق التغطية .
الداينيما: سلاسل طويلة حوالي مليون جزيء من الأثيلين يستعمل في شباك الصيد و السترات الواقية للرصاص
ألياف البولي أثيلين مبنية من بولي اثيلين تتكون من ايثلين تتركب من ذرات [ كربون + هيدروجين]
صفات الألياف
1- درجة التوصيل للحرارة:حسب تراعى عند اختيار الألياف فالألياف التي تحجز الهواء بداخلها و لا تنقله تستعمل كعوازل حرارية لذلك تستخدم المصنوعات القطنية في الأغطية و المفارش.
2-المتانة: تعبر عن مدى تحمل الألياف للقوى المؤثرة عليها دون أن تنقطع . و من المصنوعات التي تصنع من ألياف قوية شبلك الصيد و فراشي الأسنان و المناطيد.
3- الاستطالة :تعبر عن قدرة الألياف علي التمدد دون أن تنقطع لأكبر مساحة ممكنة . بزيادة الاستطالة تزيد جودة المنتج مثل مشدات الأكواع و الركب التي تتعرض للشد و الثني .
4- المرونة : تعبر عن قدرة الألياف علي استعادة شكلها الأصلي بعد زوال القوة المؤثرة علية .و من هذه الألياف ثياب السباحة و الغوص مرنة و متينة
5- الامتصاص : تعبر عن قدرة الألياف علي استيعاب السوائل . و تحسب النسبة المئوية للامتصاص كما يأتى
نسبة الامتصاص = كتلة القماش رطباً – كتلة القماش جافاً × 100% =
كتلة القماش جافاً
أذا كانت نسبة الامتصاص 5% فأقل يكون القماش قليل الامتصاص و أذا كانت أعلي من 5 % تكون عالية
الألياف الطبيعية مثل القطن أكثر قدرة علي الامتصاص من الألياف الصناعية مثل النايلون لوجود مواقع و فراغات في الألياف الطبيعية أكثر الصناعية قادرة علي جذب الماء .
6- القدرة علي التلوين: تعبر قدرة الألياف علي الالتصاق بالمواد الملونة. و هي صفة مهمة في صناعة الألياف
تصنيف الألياف حسب مصادره
أولاً الألياف الطبيعية
1- الألياف الطبيعية النباتية:[ ألياف السيليلوز]
سميت بألياف السيليلوز لان السيليلوز المادة الأساسية لهذه الألياف . ومنها القطن والكتان و الجوت و القنب.
أ- القطن :[ألياف بذرية] 90% سيليلوز و ماء و مواد شمعية تسهل الغزل . تعتمد صفات القطن علي
1- طرق زراعية 2- العناية به 3- العوامل الخارجية كالشمس 4- طرق تصنيعه ومعالجتها صناعيا
لون القطن ابيض مائل للاصفرار و كلما ذادت نسبة السيليلوز ذادت المرونة تجرى للقطن عملية تسمى مرسرة القطن [تحرير القطن] نسبة لجون مرسر خطواتها:
1- غمر القطن في صودا كاوية 2- شد القطن3- إضافة محاليل مخففة لتعادل الصودا الكاوية
الهدف من عملية المرسرة للحصول علي قطن لامع ناعم و متين
ب- الكتان : [ألياف لحائية] يستخدم في النسيج 71% سيليلوز يتراوح طول ألياف الكتان من 15 – 80 سم
لونه ابيض مصفر أقل مرونة من القطن لان نسبة السيليلوز في الكتان أقل من السيليلوز في القطن .
ج- الجوت: [ ألياف لحائية] قليل المرونة و قصيرة يستخدم في الحبال و الأقمشة الخشنة و أكياس تعبئة المحاصيل و السجاد و الموكيت .
الألياف اللحائية : عبارة عن حزم ليفية توجد بين قشرة الساق و اللب الخشبي .
2- الألياف الطبيعية الحيوانية [ألياف البروتين ]
سميت ألياف البروتين لان البروتين يشكل المادة الأساسية مثل الحرير و الصوف و الكشمير و المهير
أ- الصوف [ألياف شعرية ]: تتكون من المادة بروتينيه [الكراتين] المتكون من كربون + هيدروجين+ نيتروجين + كبريت يتميز الصوف 1- المتانة 2- قدرة علي الاستطالة 3- امتصاص الرطوبة 4- حفظ الحرارة
فقد المسامية [ التلبد] :عملية تحدث للصوف عند تعرضه للحرارة أو الماء الساخن فيصبح خشن الملمس و ينكمش ولا يعود لوضعه الطبيعي بسبب التصاق وتشابك الألياف بسبب انتفاخ المسامات و انغلاق المسامات الهوائية.
ب- الحرير[ألياف إفرازية ]: يتكون من المادة البروتينية [الفبروين] و مادة السيرسين يختلف الفبروين عن الكراتين في عدم وجود الكبريت في الفبروين و وجودة باقي العناصر الكيميائية.
ينتج الحرير من دودة القز و يتراوح طول الخيط [ 1365 - 1820 متر] تتعرض الشرانق لبخار الماء او الماء الساخن حتى لا تثقب الشرانق الشعيرات و تقطع خيوط الحرير و نحصل علية خيط مستمر و لون ابيض.
ثانياً الألياف الصناعية
قام الكونت هيلار شارد ونية بعمل [ حرير الرايون أو حرير شارد ونية] وهو عبارة عن 1- معالجة القطن بمزيج من الكيميائيات و الكحول 2- تمرير القطن من خلال ثقوب صغيرة 3- يتبخر الكحول و ينتج ألياف
براقة كأنها تشع نوراً
أنواع الألياف الصناعية
أ- الألياف الصناعية المحورة
1- الألياف التحويلية السيليلولوزية : مثل الريون الذي نحصل علية من زغب القطن و لب الخشب .
2- الألياف التحويلية البروتينية: مثل الكازئين الذي نحصل علية من بروتين الحليب
3- الألياف التحويلية المعدنية : الناتجة من الصخور المعدنية المستخدمة في البناء للعزل الحراري .
ب- الألياف الصناعية التركيبية : نحصل عليها من البلمرة مثل النايلون [بولي أميد ] و البوليستر و الأكريلك.
المطاط
1-ألياف المطاط الطبيعي [ لاستكس ] : يستخرج من شجرة الهيفيا و تحدث له عملية [فلكنة المطاط]: وهى عبارة عن خلط المطاط السائل مع الكبريت و تسخينه بمعزل عن الهواء .
يصنع منه المشدات لمرونته و استطالته لكن من عيوبه تأثره بالحرارة يغطى بالقطن لتسهيل امتصاص الأصباغ.
2- ألياف المطاط الصناعي [سباندكس] :يحضر من معالجة البوليستر بمواد كيميائية و هو أكثر متانة من الطبيعي.
الألياف الضوئية
الألياف الضوئية: شعيرات رفيعة لا يتعدى سمكها الشعرة من الزجاج أو البلاستيك تنقل الإشارات الضوئية .
أجزاء الليف الضوئية: 1- القلب: زجاج فائق النقاء يمثل طريق و مسار الإشارة الضوئية.
2- الغلاف الواقي:غلاف بلاستيكي يحمى الليف الضوئية من الكسر و الضرر.
3- العاكس: المادة التي تحيط القلب الزجاجي مصنوعة من الزجاج تعكس الضوء ليبقي داخل القلب الزجاجي
أنواع الألياف الضوئية
1- ألياف أحادية النمط : تحمل أشارة ضوئية واحدة فقط تستخدم في الهاتف و كوابل التلفاز.
2- ألياف متعددة الأنماط : تنقل أكثر من أشارة ضوئية تستخدم في شبكات الحاسوب.
مميزات الألياف الضوئية: 1- قدرة عالية علي حمل المعلومات 2- الإشارات المرسلة محصنة ضد التشويش.
3- لا تحتاج ألي طاقة كبيرة لأن احتمال فقد الإشارة أثناء التوصيل قليل .
استخدامات الألياف الضوئية: 1- تستخدم في الانترنت و الحاسوب 2- صناعة الكاميرات الرقمية ومنها الطبية 3- صناعة مجسات للتنقيب في باطن الأرض .
الفصل الأول : تركيب الألياف
الألياف : أجسام دقيقة طولها أكبر من سمكها لها بناء دقيق تمتاز بالمرونة و المتانة و الاستطالة.
معظم أجسام الكائنات تحتوى على ألياف و قد تكون وحيدة الخلية مثل القطن أو عديدة الخلية مثل الكتان
فمنها ما يقاس بالسنتيمتر مثل القطن أو المتر مثل الحرير الذي يصل لآلاف الأمتار.
الألياف بوليمرات مونومرات ذرات
كربون + هيدروجين+أكسجين بلمرة جلوكوز بلمرة سيليلوز تفرع لسلاسل طويلة قطن
كربون + هيدروجين+أكسجين بلمرة جلوكوز بلمرة سيليلوز تفرع لسلاسلقصيرة فسكوزا
مثال توضيحي:
عند بناء حائط يلزمنا حجارة صغيرة للبناء تسمى [مونومرات] الحائط المبنى يسمى [ بوليمرات]
عملية بناء الحائط و تجميعه تسمى [ بلمرة ] .
البلمرة : تفاعل يربط الجزيئات الصغيرة [المونميرات ] لتكوين جزيء كبير يسمى [بلمر] و تحتاج لضغط و الحرارة.
البولميرات : جزيئات كبيرة تنتج من اتحاد مجموعة من الجزيئات الصغيرة.
المونميرات : جزيئات صغيرة ينتج من اتحادها جزيء كبير يسمى بلمر.
أسباب اختلاف البوليمرات عن بعضها البعض
1-نوع المونومرات 2- عدد المونومرات و انتظامها 3- بناء السلاسل 4- قوة التجاذب داخل السلسلة الواحدة للبوليمر.
أنواع البوليمرات
أولاً البوليمرات الطبيعية:
1- المواد الكربوهيدراتية: [ماءات الكربون]
مركبات عضوية تتكون من الكربون و الهيدروجين و الأكسجين مثل الجلايكوجين و النشا و السيليلوز
ابسط المركبات الكربوهيدراتية سكر الجلوكوز الذي نحصل علية من البناء الضوئي حسب المعادلة
ثاني أكسيد الكربون + ماء سكر جلوكوز + أكسجين
السيليلوز:
سلاسل طويلة غير متفرعة يتكون من ألاف الجزيئات من الجلوكوز يستخدم كدعامة لهيكل و جدار الخلايا
جلوكوز[مونمر طبيعى] بلمرة [تجميع ] سيليلوز [ بلمر طبيعى]
فوائد الألياف الطبيعية مثل السيليلوز
1- تحسين عملية الهضم 2- خفض الكولسترول في الدم 3- خفض الجلوكوز في الدم عند مرضى السكر
4- التقليل من الإصابة بسرطان الأمعاء 5-التقليل من السعرات الحرارية في الغذاء.
ثانياً البوليمرات الصناعية
1- البولي ايثلين [C2 H4]
* ايثلين [مونمر صناعي ] بلمرة[تجميع[ بولي ايثلين [بوليمر صناعي]
مثال : أكتب معادلة تصف بلمرة 4 جزيئات من الأثيلين
C8H16 بلمرة [تجميع] 4C2H4
أنواع البولي أيثلين
1- بولي ايثلين عالي الكثافة : 1- غير متفرع السلاسل 2- مترابط و صلب 3- قوى و غير شفاف 4- عالي الكثافة . يستخدم في عبوات التخزين و القناني البلاستيكية.
2- بولي ايثلين قليل الكثافة : 1- متفرع 2- قليل المتانة و الترابط 3- شفاف 4- قليل الكثافة . يستخدم في كفوف اليدين و رقائق التغطية .
الداينيما: سلاسل طويلة حوالي مليون جزيء من الأثيلين يستعمل في شباك الصيد و السترات الواقية للرصاص
ألياف البولي أثيلين مبنية من بولي اثيلين تتكون من ايثلين تتركب من ذرات [ كربون + هيدروجين]
صفات الألياف
1- درجة التوصيل للحرارة:حسب تراعى عند اختيار الألياف فالألياف التي تحجز الهواء بداخلها و لا تنقله تستعمل كعوازل حرارية لذلك تستخدم المصنوعات القطنية في الأغطية و المفارش.
2-المتانة: تعبر عن مدى تحمل الألياف للقوى المؤثرة عليها دون أن تنقطع . و من المصنوعات التي تصنع من ألياف قوية شبلك الصيد و فراشي الأسنان و المناطيد.
3- الاستطالة :تعبر عن قدرة الألياف علي التمدد دون أن تنقطع لأكبر مساحة ممكنة . بزيادة الاستطالة تزيد جودة المنتج مثل مشدات الأكواع و الركب التي تتعرض للشد و الثني .
4- المرونة : تعبر عن قدرة الألياف علي استعادة شكلها الأصلي بعد زوال القوة المؤثرة علية .و من هذه الألياف ثياب السباحة و الغوص مرنة و متينة
5- الامتصاص : تعبر عن قدرة الألياف علي استيعاب السوائل . و تحسب النسبة المئوية للامتصاص كما يأتى
نسبة الامتصاص = كتلة القماش رطباً – كتلة القماش جافاً × 100% =
كتلة القماش جافاً
أذا كانت نسبة الامتصاص 5% فأقل يكون القماش قليل الامتصاص و أذا كانت أعلي من 5 % تكون عالية
الألياف الطبيعية مثل القطن أكثر قدرة علي الامتصاص من الألياف الصناعية مثل النايلون لوجود مواقع و فراغات في الألياف الطبيعية أكثر الصناعية قادرة علي جذب الماء .
6- القدرة علي التلوين: تعبر قدرة الألياف علي الالتصاق بالمواد الملونة. و هي صفة مهمة في صناعة الألياف
تصنيف الألياف حسب مصادره
أولاً الألياف الطبيعية
1- الألياف الطبيعية النباتية:[ ألياف السيليلوز]
سميت بألياف السيليلوز لان السيليلوز المادة الأساسية لهذه الألياف . ومنها القطن والكتان و الجوت و القنب.
أ- القطن :[ألياف بذرية] 90% سيليلوز و ماء و مواد شمعية تسهل الغزل . تعتمد صفات القطن علي
1- طرق زراعية 2- العناية به 3- العوامل الخارجية كالشمس 4- طرق تصنيعه ومعالجتها صناعيا
لون القطن ابيض مائل للاصفرار و كلما ذادت نسبة السيليلوز ذادت المرونة تجرى للقطن عملية تسمى مرسرة القطن [تحرير القطن] نسبة لجون مرسر خطواتها:
1- غمر القطن في صودا كاوية 2- شد القطن3- إضافة محاليل مخففة لتعادل الصودا الكاوية
الهدف من عملية المرسرة للحصول علي قطن لامع ناعم و متين
ب- الكتان : [ألياف لحائية] يستخدم في النسيج 71% سيليلوز يتراوح طول ألياف الكتان من 15 – 80 سم
لونه ابيض مصفر أقل مرونة من القطن لان نسبة السيليلوز في الكتان أقل من السيليلوز في القطن .
ج- الجوت: [ ألياف لحائية] قليل المرونة و قصيرة يستخدم في الحبال و الأقمشة الخشنة و أكياس تعبئة المحاصيل و السجاد و الموكيت .
الألياف اللحائية : عبارة عن حزم ليفية توجد بين قشرة الساق و اللب الخشبي .
2- الألياف الطبيعية الحيوانية [ألياف البروتين ]
سميت ألياف البروتين لان البروتين يشكل المادة الأساسية مثل الحرير و الصوف و الكشمير و المهير
أ- الصوف [ألياف شعرية ]: تتكون من المادة بروتينيه [الكراتين] المتكون من كربون + هيدروجين+ نيتروجين + كبريت يتميز الصوف 1- المتانة 2- قدرة علي الاستطالة 3- امتصاص الرطوبة 4- حفظ الحرارة
فقد المسامية [ التلبد] :عملية تحدث للصوف عند تعرضه للحرارة أو الماء الساخن فيصبح خشن الملمس و ينكمش ولا يعود لوضعه الطبيعي بسبب التصاق وتشابك الألياف بسبب انتفاخ المسامات و انغلاق المسامات الهوائية.
ب- الحرير[ألياف إفرازية ]: يتكون من المادة البروتينية [الفبروين] و مادة السيرسين يختلف الفبروين عن الكراتين في عدم وجود الكبريت في الفبروين و وجودة باقي العناصر الكيميائية.
ينتج الحرير من دودة القز و يتراوح طول الخيط [ 1365 - 1820 متر] تتعرض الشرانق لبخار الماء او الماء الساخن حتى لا تثقب الشرانق الشعيرات و تقطع خيوط الحرير و نحصل علية خيط مستمر و لون ابيض.
ثانياً الألياف الصناعية
قام الكونت هيلار شارد ونية بعمل [ حرير الرايون أو حرير شارد ونية] وهو عبارة عن 1- معالجة القطن بمزيج من الكيميائيات و الكحول 2- تمرير القطن من خلال ثقوب صغيرة 3- يتبخر الكحول و ينتج ألياف
براقة كأنها تشع نوراً
أنواع الألياف الصناعية
أ- الألياف الصناعية المحورة
1- الألياف التحويلية السيليلولوزية : مثل الريون الذي نحصل علية من زغب القطن و لب الخشب .
2- الألياف التحويلية البروتينية: مثل الكازئين الذي نحصل علية من بروتين الحليب
3- الألياف التحويلية المعدنية : الناتجة من الصخور المعدنية المستخدمة في البناء للعزل الحراري .
ب- الألياف الصناعية التركيبية : نحصل عليها من البلمرة مثل النايلون [بولي أميد ] و البوليستر و الأكريلك.
المطاط
1-ألياف المطاط الطبيعي [ لاستكس ] : يستخرج من شجرة الهيفيا و تحدث له عملية [فلكنة المطاط]: وهى عبارة عن خلط المطاط السائل مع الكبريت و تسخينه بمعزل عن الهواء .
يصنع منه المشدات لمرونته و استطالته لكن من عيوبه تأثره بالحرارة يغطى بالقطن لتسهيل امتصاص الأصباغ.
2- ألياف المطاط الصناعي [سباندكس] :يحضر من معالجة البوليستر بمواد كيميائية و هو أكثر متانة من الطبيعي.
الألياف الضوئية
الألياف الضوئية: شعيرات رفيعة لا يتعدى سمكها الشعرة من الزجاج أو البلاستيك تنقل الإشارات الضوئية .
أجزاء الليف الضوئية: 1- القلب: زجاج فائق النقاء يمثل طريق و مسار الإشارة الضوئية.
2- الغلاف الواقي:غلاف بلاستيكي يحمى الليف الضوئية من الكسر و الضرر.
3- العاكس: المادة التي تحيط القلب الزجاجي مصنوعة من الزجاج تعكس الضوء ليبقي داخل القلب الزجاجي
أنواع الألياف الضوئية
1- ألياف أحادية النمط : تحمل أشارة ضوئية واحدة فقط تستخدم في الهاتف و كوابل التلفاز.
2- ألياف متعددة الأنماط : تنقل أكثر من أشارة ضوئية تستخدم في شبكات الحاسوب.
مميزات الألياف الضوئية: 1- قدرة عالية علي حمل المعلومات 2- الإشارات المرسلة محصنة ضد التشويش.
3- لا تحتاج ألي طاقة كبيرة لأن احتمال فقد الإشارة أثناء التوصيل قليل .
استخدامات الألياف الضوئية: 1- تستخدم في الانترنت و الحاسوب 2- صناعة الكاميرات الرقمية ومنها الطبية 3- صناعة مجسات للتنقيب في باطن الأرض .