Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Табиғи талшықтар – синтезсіз, өсімдіктер, жануарлар немесе минералдар сияқты табиғи көздерден алынған талшықтар.
Fibers obtained from natural sources such as plants, animals or minerals without synthesis
Табиғи талшықтар (немесе табиғи талшықтар, жазудағы айырмашылықтарды қараңыз) – геологиялық процестер арқылы немесе өсімдіктер мен жануарлардың денелерінен өндірілетін талшықтар. Оларды композиттік материалдардың құрамдас бөлігі ретінде пайдалануға болады, онда талшықтардың бағыты қасиеттеріне әсер етеді. Табиғи талшықтардан қағаз немесе киіз жасауға да болады. Адамдардың талшықтарды қолдануының ең ерте дәлелі – Грузия Республикасындағы тарихи үңгірде табылған 36 000 жыл бұрынғы жүн мен боялған зығыр талшықтары. Табиғи талшықтарды жоғары технологиялық қолдануда да пайдалануға болады, мысалы, автомобильдер мен медициналық құралдарға арналған композиттік бөлшектерде. Шыны талшықтарымен күшейтілген композиттермен салыстырғанда, табиғи талшықтардан жасалған композиттер төмен тығыздық, жақсы жылу оқшаулау және теріге азырақ тітіркену сияқты артықшылықтарға ие. Сонымен қатар, шыны талшықтардан айырмашылығы, табиғи талшықтар қолданыстан шыққаннан кейін бактериялармен ыдырай алады. Табиғи талшықтар суды жақсы сіңіреді және әртүрлі текстураларда кездеседі. Мысалы, мақтадан жасалған маталар жеңіл, жұмсақ және әртүрлі өлшемдер мен түстерде болады. Жылы және ылғалды климатта өмір сүретін адамдар синтетикалық талшықтардан жасалған киімдерге қарағанда көбінесе мақта сияқты табиғи талшықтардан жасалған киімдерді ұнатады.
Natural fibers or natural fibres (see spelling differences) are fibers that are produced by geological processes, or from the bodies of plants or animals. They can be used as a component of composite materials, where the orientation of fibers impacts the properties. Natural fibers can also be matted into sheets to make paper or felt. The earliest evidence of humans using fibers is the discovery of wool and dyed flax fibers found in a prehistoric cave in the Republic of Georgia that date back to 36,000 BP. Natural fibers can be used for high tech applications, such as composite parts for automobiles and medical supplies. Compared to composites reinforced with glass fibers, composites with natural fibers have advantages such as lower density, better thermal insulation, and reduced skin irritation. Further, unlike glass fibers, natural fibers can be broken down by bacteria once they are no longer used. Natural fibers are good water absorbents and can be found in various textures. Cotton fibers made from the cotton plant, for example, produce fabrics that are light in weight, soft in texture, and which can be made in various sizes and colors. Clothes made of natural fibers such as cotton are often preferred over clothing made of synthetic fibers by people living in hot and humid climates.
Кератин
Кератин – көптеген омыртқалы жануарлардың қатты беттерінде орналасқан құрылымдық белок. Кератиннің екі түрі бар: α-кератин және β-кератин, олар хордалардың әртүрлі кластарында кездеседі. Бұл кератиндердің атаулары ақуыздық құрылымдарға сәйкес келеді: альфа-кератин спираль тәрізді, ал бета-кератин – жапырақша тәрізді. Альфа-кератин сүтқоректілердің шашында, терісінде, тырнақтарында, мүйізінде және қауырсындарында кездеседі, ал бета-кератин құстар мен бауырындардың қабықтарында, қауырсындарында және тұмсықтарында болады. Кератиннің екі түрлі құрылымының әртүрлі механикалық қасиеттері бар, бұл олардың қолданылуында көрінеді. Кератин фибриллаларының салыстырмалы орналасуы механикалық қасиеттерге маңызды әсер етеді. Адам шашындағы альфа-кератин талшықтары жоғары дәрежеде тізілген, бұл шамамен 200 МПа тартылу беріктігін қамтамасыз етеді. Бұл кернеу беріктігі адам тырнағынан (20 МПа) әлдеқайда жоғары, себебі адам шашының кератин талшықтары көбірек тізілген. Сүйекте коллаген болады және деформация жылдамдығына сезімталдық көрсетеді, яғни деформация жылдамдығы артаған сайын қаттылығы да артады, бұл құбылыс деформация қатаю деп те аталады. Өрмек жібінде қатты және серпімді аймақтар бар, олар деформация жылдамдығына сезімталдығына үлеседі, нәтижесінде жіп деформация қатаюын көрсетеді.
Keratin is a structural protein located at the hard surfaces in many vertebrates. Keratin has two forms, α keratin and β keratin, that are found in different classes of chordates. The naming convention for these keratins follows that for protein structures: alpha keratin is helical and beta keratin is sheet like. Alpha keratin is found in mammalian hair, skin, nails, horn and quills, while beta keratin can be found in avian and reptilian species in scales, feathers, and beaks. The two different structures of keratin have dissimilar mechanical properties, as seen in their dissimilar applications. The relative alignment of the keratin fibrils significantly impacts the mechanical properties. In human hair the filaments of alpha keratin are highly aligned, giving a tensile strength of approximately 200MPa. This tensile strength is an order of magnitude higher than human nails (20MPa), because human hair's keratin filaments are more aligned. Bone contains collagen and exhibits strain rate sensitivity in that the stiffness increases with strain rate, also known as strain hardening. Spider silk has hard and elastic regions that together contribute to its strain rate sensitivity, these cause the silk to exhibit strain hardening as well.
Табиғи талшықты композиттер
Табиғи талшықтар синтетикалық немесе шыны талшықтар сияқты композиттік материалдарда да қолданылады. Биокомпозиттер деп аталатын бұл композиттер синтетикалық полимерлер матрицасындағы табиғи талшықтан тұрады. Табиғи талшықтар синтетикалық нығайту талшықтарына қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие. Ең бастысы, олар биоразлагаюшы және жаңаруға жарамды. Сонымен қатар, олардың тығыздығы төмен және өңдеуге кеткен шығындар синтетикалық материалдарға қарағанда арзан. Табиғи талшықтармен нығайтылған композиттерді жобалаудағы мәселелерге төмен механикалық күш (табиғи талшықтар шыны талшықтардай мықты емес) және талшықтар мен матрицаны байланыстырудың қиындығы жатады. Гидрофобты полимерлік матрицалар гидрофильді талшықтар үшін жеткіліксіз жабысуды қамтамасыз етеді. Толық синтетикалық нанокомпозиттер бар, бірақ наноөлшемді биополимерлер де синтетикалық матрицаларда сыналып жатыр. Нанокомпозиттерде бірнеше түрлі ақуыз негізді наноөлшемді талшықтар қолданылады. Оларға коллаген, целлюлоза, хитин және туникан жатады. Табиғи талшықты нанокомпозиттердегі қиындықтар дисперсияның нашарлығынан және кішкентай талшықтардың матрицада жинақталу бейімінен туындайды. Жоғары беттік аудан мен көлем арақатынасының нәтижесінде талшықтар микродеңгейдегі композиттерге қарағанда жинақталуға бейім. Сонымен қатар, жүктемеге төтеп беретін целлюлоза немесе басқа толтырғыш негізді нанокомпозит жасау үшін жеткілікті таза коллаген микрофибрилдерін алу үшін коллаген көздерін қосымша өңдеуге шығын мен қиындықтар туындайды. Хитин сонымен қатар бірнеше медициналық қолданыстарда қолданылған. Ол тінді жаңарту үшін сүйек толтыру материалы, дәрі жеткізуші және қосымша зат ретінде, сондай-ақ ісікке қарсы агент ретінде қолданылған. Сыртқы материалдың организмге енуі көбінесе иммундық жауапты тудырады, ол материалға организмнің реакциясына байланысты әртүрлі оң немесе теріс салдарға әкелуі мүмкін. Табиғи түрде синтезделген ақуыздан жасалған нәрсе, мысалы, кератин негізді имплантат, организмде табиғи тінді мойындау потенциалына ие. Бұл сирек жағдайларда импланттың құрылымы тінді қайта өсіруге көмектесетін және импланттың үстіне құрылым құрайтын интеграцияға немесе импланттың ыдырауына әкелуі мүмкін, онда ақуыздардың тірек бөліктері организмде бөліну үшін танылады.
Natural fibers are also used in composite materials, much like synthetic or glass fibers. These composites, called biocomposites, are a natural fiber in a matrix of synthetic polymers. Natural fibers can have different advantages over synthetic reinforcing fibers. Most notably they are biodegradable and renewable. Additionally, they often have low densities and lower processing costs than synthetic materials. Design issues with natural fiber reinforced composites include poor strength (natural fibers are not as strong as glass fibers) and difficulty with actually bonding the fibers and the matrix. Hydrophobic polymer matrices offer insufficient adhesion for hydrophilic fibers. Completely synthetic nanocomposites do exist, however nanosized biopolymers are also being tested in synthetic matrices. Several types of protein based, nanosized fibers are being used in nanocomposites. These include collagen, cellulose, chitin and tunican. Difficulties in natural fiber nanocomposites arise from dispersity and the tendency small fibers to aggregate in the matrix. Because of the high surface area to volume ratio the fibers have a tendency to aggregate, more so than in micro scale composites. Additionally secondary processing of collagen sources to obtain sufficient purity collagen micro fibrils adds a degree of cost and challenge to creating a load bearing cellulose or other filler based nanocomposite. Chitin has also been used several of medical applications. It has been incorporated as a bone filling material for tissue regeneration, a drug carrier and excipient, and as an antitumor agent. Insertion of foreign materials into the body often triggers an immune response, which can have a variety of positive or negative outcomes depending on the bodies response to the material. Implanting something made from naturally synthesized proteins, such as a keratin based implant, has the potential to be recognized as natural tissue by the body. This can lead either to integration in rare cases where the structure of the implant promotes regrowth of tissue with the implant forming a superstructure or degradation of the implant in which the backbones of the proteins are recognized for cleavage by the body.