kuiturakenne

Kuiturakenne tarkoittaa kuitujen ja niiden ympäröivän materiaalin järjestäytymisen sekä rakennekerrosten hierarkian kuvausta. Termiä käytetään biotieteissä, kasvi- ja materiaalitieteissä sekä tekstiiliteollisuudessa. Kuiturakenne kertoo, miten molekyylit, mikrofibrillit sekä suuremmat rakenteet muodostuvat kuituihin, sekä miten näiden tasojen suuntautuminen ja koostumus vaikuttavat materiaalin ominaisuuksiin.

Hierarkkinen rakenne muodostuu useista tasoista: molekyyliketjusta ja sekundaarisesta rakenteesta, mikrofibrilleistä, fibrilleistä ja lopulta koko kuituun tai kuitujen nipuihin. Kuitujen suunnan homogeenisuus tai anisotropia sekä kiteisyys ja kemialliset sidokset määräävät mekaaniset ominaisuudet kuten jäykkyyden, lujuuden ja venyvyyden. Esimerkiksi kasvin soluseinän cellulosen mikrofibrillit ovat keskeisiä rakennetta tuki- ja mekaanisessa toiminnassa, kun taas eläinkudoksissa kollageenin järjestäytyminen määrittelee kudosten vastustuskyvyn ja elastisuuden. Tekstiileissä ja komposiiteissa kuiturakenne vaikuttaa kuormituksen kestävyyteen sekä käsiteltävyyteen.

Tutkimuksessa kuiturakennetta tarkastellaan useilla menetelmillä: mikroskopia (valo- ja elektronimikroskopia), sekä diffraktio- ja scattering-tekniikat (XRD, SAXS/WAXS) kiteisyyden ja rakenneosien jakautumisen arvioimiseksi. Lisäksi kemiallinen koostumus ja termiset sekä mekaaniset mittaukset yhdistetään rakenteen ja käytöksen ymmärtämiseksi.

Kuiturakenne on keskeinen tekijä sekä luonnollisten että keinotekoisesti valmistettujen kuitujen suunnittelussa ja käytössä. Se vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin, kestävyyteen ja toiminnallisuuteen sekä biologisissa kudoksissa että tekstiileissä, bio­polymeerikomposiiteissa ja puupohjaisissa materiaaleissa. Ymmärrys kuiturakenteesta auttaa kehittämään parempia materiaaleja sekä ymmärtämään kudostoksien patologiaa.