聚酰胺纖維
| 聚酰胺纖維 |
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中文名稱；尼龍 外文名稱；Nylon 別譯；耐綸、錦綸 發明者；華萊士·卡羅瑟斯 全稱；聚酰胺 簡稱；PA 商業名稱；錦綸 |
尼龍是美國傑出的科學家卡羅瑟斯（Carothers）及其領導下的一個科研小組研製出來的，是世界上出現的第一種合成纖維，尼龍是聚酰胺纖維（錦綸）的一種說法。
尼龍的出現使紡織品的面貌煥然一新，它的合成是合成纖維工業的重大突破，同時也是高分子化學的一個非常重要里程碑。[1]
目錄
結構
聚酰胺俗稱尼龍（Nylon），英文名稱Polyamide（簡稱PA），是分子主鏈上含有重複酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱，包括脂肪族PA，脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品種多，產量大，應用廣泛，其命名由合成單體具體的碳原子數而定。由美國著名化學家卡羅瑟斯和他的科研小組發明的。
分子結構
常用的錦綸纖維可分為兩大類。
一類是由二胺和二酸縮聚而得的聚二酸二胺，其長鏈分子的化學結構式為：
H-[HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-OH
這類錦綸的相對分子量一般為17000-23000。根據所用二元胺和二元酸的碳原子數不同，可以得到不同的錦綸產品，並可通過加在錦綸後的數字區別，其中前一數字是二元胺的碳原子數，後一數字是二元酸的碳原子數。例如錦綸66，說明它是由己二胺和己二酸縮聚製得；錦綸610，說明它是由己二胺和癸二酸製得。
另一類是由內酰胺縮聚或開環聚合得到的，其長鏈分子的化學結構式為：
H-[NH(CH2)xCO]-OH
根據其單元結構所含碳原子數目，可得到不同品種的命名。例如錦綸6，說明它是由含6個碳原子的己內酰胺開環聚合而得。
錦綸6、錦綸66及其他脂肪族錦綸都由帶有酰胺鍵（-NHCO-）的線型大分子組成。錦綸分子中有-CO-、-NH-基團，可以在分子間或分子內形成氫鍵結合，也可以與其他分子相結合，所以錦綸吸濕能力較好，並且能夠形成較好的結晶結構。
錦綸分子中的-CH2-(亞甲基）之間因只能產生較弱的范德華力，所以-CH2-鏈段部分的分子鏈捲曲度較大。各種錦綸因今-CH2-的個數不同，使分子間氫鍵的結合形式不完全相同，同時分子捲曲的概率也不一樣。另外，有些錦綸分子還有方向性。分子的方向性不同，纖維的結構性質也不完全相同。
形態結構
採用熔紡法製得的錦綸在顯微鏡中觀察到的形態結構具有圓形的截面和無特殊的縱向結構。在電子顯微鏡下可觀察到絲狀的原纖組織，錦綸66的原纖寬約10-15nm。如用異形噴絲板，可製成各種特殊截面形狀的錦綸，如多角形、多葉形、中空等異形截面。它的聚焦態結構與紡絲過程的拉伸及熱處理有密切關係。不同錦綸的大分子主鏈都由碳原子和氮原子相連而成。
異形纖維可改變纖維的彈性，使纖維具有特殊的光澤與膨鬆性，並改善纖維的抱合性能與覆蓋能力以及抗起球、減少靜電等性能。如三角形纖維有閃光效應；五葉形纖維有肥光般光澤，手感良好，並抗起球；中空纖維由於內部有空腔，密度小，保暖性好。
聚酰胺（PA，俗稱尼龍）是美國DuPont公司最先開發用於纖維的樹脂，於1939年實現工業化。20世紀50年代開始開發和生產注塑製品，以取代金屬滿足下游工業製品輕量化、降低成本的要求。聚酰胺主鏈上含有許多重複的酰胺基，用作塑料時稱尼龍，用作合成纖維時我們稱為錦綸，聚酰胺可由二元胺和二元酸製取，也可以用ω-氨基酸或環內酰胺來合成。根據二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數的不同，可製得多種不同的聚酰胺，聚酰胺品種多達幾十種，其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應用最廣泛。
聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的鏈節結構分別為[NH(CH2)5CO]、[NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO]和[NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]。聚酰胺-6和聚酰胺-66主要用於紡制合成纖維，稱為錦綸-6和錦綸-66。尼龍-610則是一種力學性能優良的熱塑性工程塑料。
PA具有良好的綜合性能，包括力學性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學藥品性和自潤滑性，且摩擦係數低，有一定的阻燃性，易於加工，適於用玻璃纖維和其他填料填充增強改性，提高性能和擴大應用範圍。
PA的品種繁多，有PA6、PA66、PAll、PA12、PA46、PA610、PA612、PA1010等，以及近幾年開發的半芳香族尼龍PA6T和特種尼龍等很多新品種。 尼龍-6塑料製品可採用金屬鈉、氫氧化鈉等為主催化劑，N-乙酰基己內酰胺為助催化劑，使δ-己內酰胺直接在模型中通過負離子開環聚合而製得，稱為澆注尼龍。用這種方法便於製造大型塑料製件。
用途
聚酰胺主要用於合成纖維，其最突出的優點是耐磨性高於其他所有纖維，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混紡織物中稍加入一些聚酰胺纖維，可大大提高其耐磨性；當拉伸至3-6%時，彈性回復率可達100%；能經受上萬次折撓而不斷裂。
聚酰胺纖維的強度比棉花高1-2倍、比羊毛高4-5倍，是粘膠纖維的3倍。但聚酰胺纖維的耐熱性和耐光性較差，保持性也不佳，做成的衣服不如滌綸挺括。另外，用於衣着的錦綸-66和錦綸-6都存在吸濕性和染色性差的缺點，為此開發了聚酰胺纖維的新品種——錦綸-3和錦綸-4的新型聚酰胺纖維，具有質輕、防皺性優良、透氣性好以及良好的耐久性、染色性和熱定型等特點，因此被認為是很有發展前途的。
該類產品用途廣，是以塑代鋼、鐵、銅等金屬的好材料，是重要的工程塑料；鑄型尼龍廣泛代替機械設備的耐磨部件，代替銅和合金作設備的耐磨損件。適用於製作耐磨零件，傳動結構件，家用電器零件，汽車製造零件，絲杆防止機械零件，化工機械零件，化工設備。如渦輪、齒輪、軸承、葉輪、曲柄、儀錶板，驅動軸，閥門、葉片、絲杆、高壓墊圈、螺絲、螺母、密封圈，梭子、套簡，軸套連接器等。
代替銅等金屬
由於聚酰胺具有無毒、質輕、優良的機械強度、耐磨性及較好的耐腐蝕性，因此廣泛應用於代替銅等金屬在機械、化工、儀表、汽車等工業中製造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。聚酰胺熔融紡成絲後有很高的強度，主要做合成纖維並可作為醫用縫線。
用於各種醫療及針織品
在民用上，可以混紡或純紡成各種醫療及針織品。錦綸長絲多用於針織及絲綢工業，如織單絲襪、彈力絲襪等各種耐磨的錦綸襪，錦綸紗巾，蚊帳，錦綸花邊，彈力錦綸外衣，各種錦綸綢或交織的絲綢品。錦綸短纖維大都用來與羊毛或其他化學纖維的毛型產品混紡，製成各種耐磨經穿的衣料。
在工業上錦綸大量用來製造帘子線、工業用布、纜繩、傳送帶、帳篷、漁網等。在國防上主要用作降落傘及其他軍用織物。
技術參數
清洗性及防污性
影響這兩種性能的是纖維的截面形狀及後道的防污處理。而纖維本身的強度及硬度對清洗及防污性影響很小。
熔點及彈性
尼龍6的熔點為220℃而尼龍66的熔點為260℃。但對地毯的使用溫度條件而言，這並不是一個差別。而較低的熔點使得尼龍6與尼龍66相比具有更好的回彈性，抗疲勞性及熱穩定性。
色牢度
色牢度並不是尼龍的一個特性，是尼龍中的染料而不是尼龍本身在光照下褪色。
耐磨性及抗塵性
美國Clemson大學曾在Tampa國際機場分別用 Zeftron500尼龍6地毯和Antron XL尼龍66地毯進行了一個 長達兩年半的實驗。地毯處於人流量極高的狀態下，結果表明：巴斯夫Zeftron500尼龍在顏色保持性及絨頭耐磨性方面要稍好於 Antron XL。兩種紗線的抗塵性能沒有差別。
主要產品
隨着汽車的小型化、電子電氣設備的高性能化、機械設備輕量化的進程加快，對尼龍的需求將更高更大。特別是尼龍作為結構性材料，對其強度、耐熱性、耐寒性等方面提出了很高的要求。尼龍的固有缺點也是限制其應用的重要因素，特別是對於PA6、PA66兩大品種來說，與PA46、PAl2等品種比具有很強的價格優勢，雖某些性能不能滿足相關行業發展的要求。
因此，必須針對某一應用領域，通過改性，提高其某些性能，來擴大其應用領域。 由於PA強極性的特點，吸濕性強，尺寸穩定性差，但可以通過改性來改善。
增強PA
在PA中 加入30%的玻璃纖維，PA的力學性能、尺寸穩定性、耐熱性、耐老化性能有明顯提高，耐疲勞強度是未增強的2.5倍。玻璃纖維增強PA的成型工藝與未增強時大致相同，但因流動較增強前差，所以注射壓力和注射速度要適當提高，機筒溫度提高10-40℃。由於玻纖在注塑過程中會沿流動方向取向，引起力學性能和收縮率在取向方向上增強，導致製品變形翹曲，因此，模具設計時，澆口的位置、形狀要合理，工藝上可以提高模具的溫度，製品取出後放入熱水中讓其緩慢冷卻。另外，加入玻纖的比例越大，其對注塑機的塑化元件的磨損越大，最好是採用雙金屬螺杆、機筒。
阻燃PA
由於在PA中加入了阻燃劑，大部分阻燃劑在高溫下易分解，釋放出酸性物質，對金屬具有腐蝕作用，因此，塑化元件（螺杆、過膠頭、過膠圈、過膠墊圈、法蘭等）需鍍硬鉻處理。工藝方面，儘量控制機筒溫度不能過高，注射速度不能太快，以避免因膠料溫度過高而分解引起製品變色和力學性能下降。
透明PA
具有良好的拉伸強度、耐衝擊強度、剛性、耐磨性、耐化學性、表面硬度等性能，透光率高，與光學玻璃相近，加工溫度為300--315 ℃，成型加工時，需嚴格控制機筒溫度，熔體溫度太高會因降解而導致製品變色，溫度太低會因塑化不良而影響製品的透明度。模具溫度儘量取低些，模具溫度高會因結晶而使製品的透明度降低。
耐候PA
在PA 中加入了炭黑等吸收紫外線的助劑，這些對PA的自潤滑性和對金屬的磨損大大增強，成型加工時會影響下料和磨損機件。因此，需要採用進料能力強及耐磨性高的螺杆、機筒、過膠頭、過膠圈、過膠墊圈組合。聚酰胺分子鏈上的重複結構單元是酰胺基的一類聚合物。
概括起來，主要在以下幾方面進行改性：
①改善尼龍的吸水性，提高製品的尺寸穩定性。
②提高尼龍的阻燃性，以適應電子、電氣、通訊等行業的要求。③提高尼龍的機械強度，以達到金屬材料的強度，取代金屬
④提高尼龍的抗低溫性能，增強其對耐環境應變的能力。
⑤提高尼龍的耐磨性，以適應耐磨要求高的場合。⑥提高尼龍的抗靜電性，以適應礦山及其機械應用的要求。
⑦提高尼龍的耐熱性，以適應如汽車發動機等耐高溫條件的領域。
⑧降低尼龍的成本，提高產品競爭力。
總之，通過上述改進，實現尼龍複合材料的高性能化與功能化，進而促進相關行業產品向高性能、高質量方向發展。
納米尼龍
據日本東麗化學公司消息，該公司已經成功開發出直徑比以往極細纖維還小兩位數的納米級單絲結構的「納米纖維」新技術，通過控制納米構造技術達到纖維細度的極限。東麗化學公司稱，該公司利用這項新技術已經開發直徑為10μm的單絲140萬根以上所構成的納米尼龍纖維。這種纖維與以往產品進行比較，表面積是過去產品的1000倍左右，具有很高的表面活性。
參考來源