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工程塑料“山大王”——尼龍是怎么誕生的?

時(shí)間:2019-11-17 10:00 閱讀:1544 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

 聚酰胺纖維俗稱(chēng)尼龍(Nylon),英文名稱(chēng)Polyamide(簡(jiǎn)稱(chēng)PA),密度1.15g/cm3,是分子主鏈上含有重復酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹(shù)脂總稱(chēng),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(chǎn)量大,應用廣泛,其命名由合成單體具體的碳原子數而定。

 

尼龍是世界上首先研制出的一種合成纖維,也是目前工程塑料中產(chǎn)量最大的品種。人們對尼龍并不陌生。在日常生活中尼龍制品比比皆是,但是知道它歷史的人就很少了。作為塑料圈的一員,不懂尼龍的歷史怎么說(shuō)得過(guò)去呢?今天小編就跟大家學(xué)習學(xué)習尼龍的誕生和發(fā)展歷程。

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尼龍的發(fā)展簡(jiǎn)史:

1931年:杜邦公司的卡羅澤斯開(kāi)發(fā)尼龍-66,成為最先開(kāi)工業(yè)化的工程塑料,并于1939年杜邦公司組織生產(chǎn)。

1942年:德國人開(kāi)發(fā)了尼龍-6的工業(yè)技術(shù),并作為纖維開(kāi)發(fā)應用。

1961年:中國開(kāi)發(fā)PA1010。

1972年:杜邦公司開(kāi)發(fā)芳香族尼龍工業(yè)化技術(shù)。


一、尼龍的誕生記

本世紀初,企業(yè)界搞基礎科學(xué)研究還被認為是一種不可思議的事情。1926年,美國最大工業(yè)公司-杜邦公司的的董事斯蒂恩出于對基礎科學(xué)的興趣,開(kāi)展有關(guān)發(fā)現新的科學(xué)事實(shí)的基礎研究。


1927年杜邦決定每年支付25萬(wàn)美元作為研究費用,并開(kāi)始聘請化學(xué)研究人員,到1928年杜邦公司在特拉華州威爾明頓的總部所在地成立了基礎化學(xué)研究所,年僅32歲的卡羅瑟斯(Wallace H. Carothers,18961937)博士受聘擔任該所有機化學(xué)部的負責人。

 

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華萊士·卡羅瑟斯

 

卡羅瑟斯的想法是做一個(gè)高聚物纖維,它的面料熔點(diǎn)必須高到足以經(jīng)受住正常使用,同時(shí)還需低到足以進(jìn)行處理和批量紡織。一開(kāi)始卡羅瑟斯選擇了二元醇與二元羧酸的反應,想通過(guò)這一被人熟知的反應來(lái)了解有機分子的結構及其性質(zhì)間的關(guān)系。在進(jìn)行縮聚反應的實(shí)驗中,得到了分子量約為5000的聚酯分子。為了進(jìn)一步提高聚合度,卡羅瑟斯改進(jìn)了高真空蒸餾器并嚴格控制反應的配比,使反應進(jìn)行得很完全,在不到兩年的時(shí)間里使聚合物的分子量達到1000020000。


1930年,卡羅瑟斯用乙二醇和癸二酸縮合制取聚酯,羅瑟斯的同事希爾在從反應器中取出熔融的聚酯時(shí)發(fā)現了一種有趣的現象:這種熔融的聚合物能像棉花糖那樣抽出絲來(lái),而且這種纖維狀的細絲即使冷卻后還能繼續拉伸,拉伸長(cháng)度可以達到原來(lái)的幾倍,經(jīng)過(guò)冷拉伸后纖維的強度和彈性大大增加。這種奇特現象使他們預感到這種特性可能具有重大應用價(jià)值,有可能用熔融的聚合物來(lái)紡制纖維。


 

然而,繼續研究表明,從聚酯得到纖維只具有理論上的意義。因為高聚酯在100 ℃以下即熔化,特別易溶于各種有機溶劑,只是在水中還稍穩定些,因此不適合用于紡織。隨后,卡羅瑟斯和他的助手專(zhuān)注于尋找新的材料,酰胺由酸及氨的衍生物制成的材料。1934年5月,化學(xué)家唐·科夫曼取得了第一個(gè)超聚酰胺。兩個(gè)月后,化學(xué)家韋斯利彼得森做出了以蓖麻油作原料的聚酰胺,但蓖麻油并沒(méi)有足夠大的量能被用做原料。

 

卡羅瑟斯又對這一系列的聚酯和聚酰胺類(lèi)化合物進(jìn)行深入的研究。經(jīng)過(guò)多方對比,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。這種聚酰胺不溶于普通溶劑,熔點(diǎn)為263 ℃,高于通常使用的熨燙溫度,拉制的纖維具有絲的外觀(guān)和光澤,在結構和性質(zhì)上也接近天然絲,其耐磨性和強度超過(guò)當時(shí)任何一種纖維。

 

接著(zhù),杜邦公司又解決了生產(chǎn)聚酰胺6/6原料的工業(yè)來(lái)源問(wèn)題,于1939年12月12日重新定名為耐綸(Nylon)開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn),這也是最早實(shí)現工業(yè)化的合成纖維品種。

二、尼龍的處女作——絲襪的誘惑

 

尼龍的合成奠定了合成纖維工業(yè)的基礎,尼龍的出現使紡織品的面貌煥然一新。用這種纖維織成的尼龍絲襪既透明又比絲襪耐穿,1939年10目24日杜邦公在總部所在地公開(kāi)銷(xiāo)售尼龍絲長(cháng)襪時(shí)引起轟動(dòng),被視為珍奇之物爭相搶購。人們曾用“象蛛絲一樣細,象鋼絲一樣強,象絹絲一樣美”的詞句來(lái)贊譽(yù)這種纖維,到1940年5月,尼龍纖維織品的銷(xiāo)售遍及美國各地,隨后剩下的7個(gè)月時(shí)間,杜邦公司更賺得300萬(wàn)美元,還清尼龍項目的整個(gè)研發(fā)預算。

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1938年杜邦公司生產(chǎn)尼龍絲襪風(fēng)靡各地

 

二戰期間,尼龍工業(yè)被轉向制造降落傘、飛機輪胎簾子布、軍服等軍工產(chǎn)品。美國陸軍收購了全部的尼龍產(chǎn)品,用以制造百余種軍事裝備。

 

由于尼龍的特性和廣泛的用途,二戰過(guò)后發(fā)展依舊非常迅速,因為戰爭切斷了日本的絲綢用品,尼龍制產(chǎn)品需求較1946年更甚,從絲襪、衣著(zhù)到地毯,漁網(wǎng)等,尼龍制產(chǎn)品以難以計數的方式出現。

 

聚酰胺(PA)纖維的應用

 


三、汽車(chē)市場(chǎng)的應用

尼龍是偶然機遇下創(chuàng )造出的非凡產(chǎn)品。雖然尼龍的處女作是纖維織物,隨著(zhù)時(shí)間洪流“絲襪”一詞也以替代尼龍成為代名詞。而尼龍材料作為模塑樹(shù)脂材料也被發(fā)現在汽車(chē)市場(chǎng)擁有其重要的市場(chǎng)地位。

 

“尼龍是夢(mèng)幻般的汽車(chē)用材料。”杜邦公司的理查德·梅奧在最近的一次電話(huà)采訪(fǎng)中說(shuō)。他是杜邦公司高性能聚合物的全球業(yè)務(wù)總監,在銷(xiāo)售、技術(shù)和管理方面已經(jīng)由20年以上的經(jīng)驗,他表示,尼龍定位于樹(shù)脂與工程樹(shù)脂之間,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,它可以比以前處理更高的溫度。因為當你增加樹(shù)脂玻璃耐熱性的同時(shí),也提高了它的強度。

 

其實(shí)早在1941年,尼龍就被用作成型樹(shù)脂。這些應用包括閥桿、接線(xiàn)夾和擋風(fēng)玻璃刮水器系統。最顯著(zhù)的一個(gè)汽車(chē)應用是1956年,法國汽車(chē)制造商雪鐵龍用尼龍制作塑料散熱器風(fēng)扇。

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尼龍已經(jīng)被應用于各種汽車(chē)零部件超過(guò)50年

 

而近年來(lái),隨著(zhù)尼龍聚合、改性和加工成型技術(shù)的發(fā)展,尼龍材料在汽車(chē)工業(yè)中的應用領(lǐng)域日益廣闊。多品種、高性能、專(zhuān)用化是當前尼龍工程塑料在汽車(chē)工業(yè)中應用研究的重點(diǎn)。

 

目前世界PA和PA66在汽車(chē)市場(chǎng)中的應用占有比例分別為34%和50%,但隨著(zhù)日趨嚴格的環(huán)保要求,PA樹(shù)脂和配混料不斷開(kāi)發(fā)出綜合性能更優(yōu)和滿(mǎn)足專(zhuān)門(mén)性能的PA改性配混料,新牌號層出不窮,汽車(chē)是PA最大應用市場(chǎng),反過(guò)來(lái)又影響和促進(jìn)PA改性料向高性能化、系列化和專(zhuān)用化方向發(fā)展和新牌號的研究開(kāi)發(fā)。預計未來(lái)PA在汽車(chē)上應用仍將保持較高的需求增長(cháng)率,尼龍原料廠(chǎng)、加工廠(chǎng)和最終用戶(hù)合作開(kāi)發(fā)高性能、容易加工、低成本、針對性強和環(huán)境更友好的專(zhuān)用PA新配混料來(lái)擴大應用,進(jìn)入新的汽車(chē)部件市場(chǎng)。

 

回顧尼龍發(fā)展史,尼龍產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展占據著(zhù)重要地位。未來(lái)尼龍仍將繼續在相關(guān)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,促進(jìn)工程塑料高性能化進(jìn)程。

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