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工程塑料“山大王”——尼龙是怎么诞生的?

聚酰胺纤维俗称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide(简称PA),密度1.15g/cm3,是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称,包括脂肪族PA,脂肪—芳香族PA和芳香族PA。其中脂肪族PA品种多,产量大,应用广泛,其命名由合成单体具体的碳原子数而定。


尼龙是世界上首先研制出的一种合成纤维,也是目前工程塑料中产量最大的品种人们对尼龙并不陌生。在日常生活中尼龙制品比比皆是,但是知道它历史的人就很少了。作为塑料圈的一员,不懂尼龙的历史怎么说得过去呢?今天小编就跟大家学习学习尼龙的诞生和发展历程。

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尼龙的发展简史:

1931年:杜邦公司的卡罗泽斯开发尼龙-66,成为最先开工业化的工程塑料,并于1939年杜邦公司组织生产。

1942年:德国人开发了尼龙-6的工业技术,并作为纤维开发应用。

1961年:中国开发PA1010。

1972年:杜邦公司开发芳香族尼龙工业化技术。


一、尼龙的诞生记

本世纪初,企业界搞基础科学研究还被认为是一种不可思议的事情。1926年,美国最大工业公司-杜邦公司的的董事斯蒂恩出于对基础科学的兴趣,开展有关发现新的科学事实的基础研究。


1927年杜邦决定每年支付25万美元作为研究费用,并开始聘请化学研究人员,到1928年杜邦公司在特拉华州威尔明顿的总部所在地成立了基础化学研究所,年仅32岁的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers,18961937)博士受聘担任该所有机化学部的负责人。


华莱士·卡罗瑟斯


卡罗瑟斯的想法是做一个高聚物纤维,它的面料熔点必须高到足以经受住正常使用,同时还需低到足以进行处理和批量纺织。一开始卡罗瑟斯选择了二元醇与二元羧酸的反应,想通过这一被人熟知的反应来了解有机分子的结构及其性质间的关系。在进行缩聚反应的实验中,得到了分子量约为5000的聚酯分子。为了进一步提高聚合度,卡罗瑟斯改进了高真空蒸馏器并严格控制反应的配比,使反应进行得很完全,在不到两年的时间里使聚合物的分子量达到1000020000


1930年,卡罗瑟斯用乙二醇和癸二酸缩合制取聚酯,罗瑟斯的同事希尔在从反应器中取出熔融的聚酯时发现了一种有趣的现象:这种熔融的聚合物能像棉花糖那样抽出丝来,而且这种纤维状的细丝即使冷却后还能继续拉伸,拉伸长度可以达到原来的几倍,经过冷拉伸后纤维的强度和弹性大大增加。这种奇特现象使他们预感到这种特性可能具有重大应用价值,有可能用熔融的聚合物来纺制纤维。


然而,继续研究表明,从聚酯得到纤维只具有理论上的意义。因为高聚酯在100 ℃以下即熔化,特别易溶于各种有机溶剂,只是在水中还稍稳定些,因此不适合用于纺织。随后,卡罗瑟斯和他的助手专注于寻找新的材料,酰胺由酸及氨的衍生物制成的材料。1934年5月,化学家唐·科夫曼取得了第一个超聚酰胺。两个月后,化学家韦斯利彼得森做出了以蓖麻油作原料的聚酰胺,但蓖麻油并没有足够大的量能被用做原料。


卡罗瑟斯又对这一系列的聚酯和聚酰胺类化合物进行深入的研究。经过多方对比,1935年2月28日首次由己二胺和己二酸合成出的聚酰胺6/6。这种聚酰胺不溶于普通溶剂,熔点为263 ℃,高于通常使用的熨烫温度,拉制的纤维具有丝的外观和光泽,在结构和性质上也接近天然丝,其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维。


接着,杜邦公司又解决了生产聚酰胺6/6原料的工业来源问题,于1939年12月12日重新定名为耐纶(Nylon)开始工业化生产,这也是最早实现工业化的合成纤维品种。回复【尼龙】,查看更多


二、尼龙的处女作——丝袜的诱惑

尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础,尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。用这种纤维织成的尼龙丝袜既透明又比丝袜耐穿,1939年10目24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动,被视为珍奇之物争相抢购。人们曾用“象蛛丝一样细,象钢丝一样强,象绢丝一样美”的词句来赞誉这种纤维,到1940年5月,尼龙纤维织品的销售遍及美国各地,随后剩下的7个月时间,杜邦公司更赚得300万美元,还清尼龙项目的整个研发预算。

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1938年杜邦公司生产尼龙丝袜风靡各地


二战期间,尼龙工业被转向制造降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品。美国陆军收购了全部的尼龙产品,用以制造百余种军事装备。


由于尼龙的特性和广泛的用途,二战过后发展依旧非常迅速,因为战争切断了日本的丝绸用品,尼龙制产品需求较1946年更甚,从丝袜、衣着到地毯,渔网等,尼龙制产品以难以计数的方式出现。

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聚酰胺(PA)纤维的应用


三、汽车市场的应用

尼龙是偶然机遇下创造出的非凡产品。虽然尼龙的处女作是纤维织物,随着时间洪流“丝袜”一词也以替代尼龙成为代名词。而尼龙材料作为模塑树脂材料也被发现在汽车市场拥有其重要的市场地位。


“尼龙是梦幻般的汽车用材料。”杜邦公司的理查德·梅奥在最近的一次电话采访中说。他是杜邦公司高性能聚合物的全球业务总监,在销售、技术和管理方面已经由20年以上的经验,他表示,尼龙定位于树脂与工程树脂之间,经过多年的发展,它可以比以前处理更高的温度。因为当你增加树脂玻璃耐热性的同时,也提高了它的强度。


其实早在1941年,尼龙就被用作成型树脂。这些应用包括阀杆、接线夹和挡风玻璃刮水器系统。最显著的一个汽车应用是1956年,法国汽车制造商雪铁龙用尼龙制作塑料散热器风扇。

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尼龙已经被应用于各种汽车零部件超过50年


而近年来,随着尼龙聚合、改性和加工成型技术的发展,尼龙材料在汽车工业中的应用领域日益广阔。多品种、高性能、专用化是当前尼龙工程塑料在汽车工业中应用研究的重点。


目前世界PA和PA66在汽车市场中的应用占有比例分别为34%和50%,但随着日趋严格的环保要求,PA树脂和配混料不断开发出综合性能更优和满足专门性能的PA改性配混料,新牌号层出不穷,汽车是PA最大应用市场,反过来又影响和促进PA改性料向高性能化、系列化和专用化方向发展和新牌号的研究开发。预计未来PA在汽车上应用仍将保持较高的需求增长率,尼龙原料厂、加工厂和最终用户合作开发高性能、容易加工、低成本、针对性强和环境更友好的专用PA新配混料来扩大应用,进入新的汽车部件市场。


回顾尼龙发展史,尼龙产业在国民经济社会发展占据着重要地位。未来尼龙仍将继续在相关产业飞速发展,促进工程塑料高性能化进程。(来源21中塑在线,艾邦高分子再编辑整理)


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