尼龙

尼龙纤维的历史

    尼龙纤维生产方法的发明者是华莱士·卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers),他于1928年提出该方法,曾在哈佛大学任教。他对涉及分子长链连接的聚合物理论很感兴趣,并发现二元酸与多元醇之间形成的化合物在加热后会结合形成聚酯,大分子相互连接可形成纤维。然而,当时发现的这种纤维尚不适合用作纺织纤维,因此经过不断改良,直到1939年才得以作为纺织品生产。

    第一种成功投入使用的尼龙是尼龙6.6,以尼龙丝袜的形式出售,并广受欢迎;此后又生产出其他类型的尼龙,如尼龙6,10、尼龙6等。

    尼龙是指由大量酰胺分子以长链方式连接合成而成的纤维的统称。这些酰胺基团必须结合成单一分子,并且必须具备能够形成纤维的特性。因此,尼龙并非某一种特定纤维的名称,而是由酰胺类化合物合成的材料的统称。

尼龙纤维的生产

    生产尼龙纤维的基本原料是煤、空气和水。将这些原料放入高压反应釜中混合,发生反应生成己二酸和己二胺。将两种物质分离出来后,再按等比例混合,发生反应生成尼龙盐,进而连接成长链大分子。反应在旋转式压力反应釜中进行,通过控制温度和压力,使各物质结合成足够大的分子。这一熔融过程称为熔融纺丝(Melt Spinning)。

    所生产出的尼龙纤维非常光亮且半透明。要将其制成织物,必须在液态尼龙溶液中加入二氧化钛使纤维变得不透明,然后挤压成扁平的带状条。经干燥硬化后,将其磨成粉末,再加热至熔化后挤出成纤维。为防止尼龙丧失其特性,在熔融过程中必须将熔融槽内的氧气完全排除。

    此阶段所得的尼龙纤维强度较低,每旦尼尔仅约1.0-1.3克,且纤维仍不透明,因此必须经过一道称为冷拉伸(cold drawn)的拉伸工艺。将其拉伸400%后,纤维会变得透明,强度提高至每旦尼尔5.8克,并具有17%的伸长率。

    尼龙是一种长分子纤维,为聚酰胺直链结构。可制成纤维的聚合物平均分子量必须在12,000-20,000之间;若低于6,000则无法制成纤维,因为纤维会变脆;但若高于20,000则会熔化,同样不适合用作纤维。

尼龙织物的特性(尼龙6.6、尼龙6)

纤维的物理特性

1. 外观
    尼龙纤维光滑且有光泽。截面呈圆形,但商品名为Antron的尼龙6.6例外,其截面呈圆角三角形。纵向观察时,纤维整根呈光滑均匀的条状,相当清澈透明,并散布着细小的斑点。
2. 强度
    强度因生产用途不同而有所差异。对于要求极高强度的工业用途,伸长率会相应降低;例如强度为每旦尼尔8.8克时伸长率为18%,而强度为每旦尼尔4.3克时伸长率则为45%。湿态强度会略有下降,约为干态强度的80-90%,这是一项良好的特性。
3. 弹性与伸长率
    尼龙是一种弹性极佳的纤维;例如拉伸8%后可100%回复原状,拉伸16%后可回复91%。尼龙在断裂前最多可拉伸达22%。这一特性在需要弹性的用途中十分有用,例如工业用途以及需要贴身合体的服装。
4. 吸湿性
    与天然纤维相比,尼龙的吸湿量很低,但在合成纤维中,尼龙的吸湿性是最好的。在标准条件下,尼龙6.6的吸湿率为4.2-4.5%,尼龙6的吸湿率为3.5-5.0%。
5. 耐热性
    尼龙纤维属于热塑性纤维(遇热先熔化后燃烧)。尼龙6.6的熔点为250摄氏度,尼龙6的熔点约为210摄氏度。

纤维的化学特性
    尼龙纤维耐碱性优于耐酸性。盐酸(HCL)、硝酸(HNO3)、亚硫酸(H2SO2)等无机酸可溶解尼龙,苯酚、间甲酚、甲酸等某些有机溶剂也可溶解该纤维。
织物常用的干洗液或去渍溶剂不会损伤尼龙织物。

纤维的生物特性
    尼龙对霉菌和细菌具有相当的抵抗力。若尼龙织物经过淀粉上浆整理,则容易滋生霉菌。虫蛀和蛾类不会啃食尼龙织物,但若长期折叠存放,蚂蚁或昆虫可能会沿折痕啃咬。

尼龙纤维及其用途

    尼龙织物具有良好的特性,适合制作多种耐用、不易撕裂的服装及配饰。它常与其他纤维混纺,以提升其尺寸与形状稳定性以及耐磨性等特性。不过,尼龙的吸湿性较低,若用于制作服装,应选择组织较为宽松、编织不太紧密的织物,以便空气和体内湿气容易蒸发,穿着时不会感到闷热。针织尼龙布耐用、弹性佳、保形性好,且便于身体活动,适合用作运动服。以紧密平滑组织织造的尼龙布适合用来制作防水伞布,若再经过防水整理,效果会非常好。尼龙纤维也适合用来制作地毯、家具装饰布和绳索。无论是制成布料还是其他制品,尼龙纤维都易于打理;可使用肥皂、洗涤剂及漂白剂,并以一般湿洗方式清洗。但尼龙织物不宜长时间曝晒于阳光下,因为颜色容易褪色,织物强度也会下降。

如今,为满足使用者的多样需求,尼龙纤维已被生产出多种类型,例如:

尼龙4是通过2-吡咯烷酮聚合而成,增添了与天然纤维类似的特性,即良好的吸湿性,且耐热性高于尼龙6。
尼龙5 聚戊内酰胺特性与尼龙6.6相似,产于美国。
尼龙7 聚庚酰胺,商品名为Enant,特性与尼龙6.6及尼龙6相似,但耐热性更强、熔点更高,不过吸湿性较低;产于俄罗斯。
尼龙6T或Nomex熔点较高(370摄氏度),密度也高于尼龙6和尼龙6.6,但伸长率较低。
Qiana尼龙产量较少、价格较高,织物手感华丽,质地类似丝绸。它极耐皱,染色和印花效果俱佳,且不易褪色,常被制成最精细的针织纱线。
尼龙6,10常用于制作地毯、仿毛皮织物或需要特殊质感的织物。
名为Rilsan的尼龙11与尼龙6及尼龙6,6相似。它吸湿性低、熔点低、密度小,常被制成柔软蓬松的纱线。
尼龙22具有不易积聚静电的特性,光泽如丝绸,弹性极佳,不易沾污,白色织物能极好地保持洁白。

    在聚酰胺纤维家族中,还有一种由杜邦公司于1963年新研发生产的纤维,名为Nomex尼龙。此后,又于1973年生产出另一种名为Kevlar的纤维。这两者均以芳纶(aramid)这一通用名称为人所知。芳纶纤维具有多项优于尼龙纤维的特性:不燃烧、强度高且耐用,织物也相对轻盈,比重约为1.38-1.44克/立方厘米,吸湿率为4.5-7%。该纤维耐酸、耐碱及耐有机溶剂性能良好,但不耐阳光照射。芳纶纤维被用于制作宇航员的服装及装备,以及窗帘、枕头、床单、绳索、地毯、耐热垫和需要耐热性能的装备材料。