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紡織詞典——尼龍

                     

  尼龍是美國(guó)杰出的科學(xué)家卡羅瑟斯(Carothers)及其領(lǐng)導(dǎo)下的一個(gè)科研小組研制出來(lái)的,是世界上出現(xiàn)的第一種合成纖維。尼龍的出現(xiàn)使紡織品的面貌煥然一新,它的合成是合成纖維工業(yè)的重大突破,同時(shí)也是高分子化學(xué)的一個(gè)重要里程碑。
  尼龍簡(jiǎn)介
  
聚酰胺纖維俗稱尼龍(Nylon),英文名稱Polyamide(簡(jiǎn)稱PA),密度1.15g/cm,是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)—[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(chǎn)量大,應(yīng)用廣泛,其命名由合成單體具體的碳原子數(shù)而定。是美國(guó)著名化學(xué)家卡羅瑟斯和他的科研小組發(fā)明的。尼龍,是聚酰胺纖維(錦綸)的一種說(shuō)法,可制成長(zhǎng)纖或短纖。
  錦綸的結(jié)構(gòu)
  
錦綸是聚酰胺纖維的商品名稱,又稱耐綸(Nylon)。英文名稱Polyamide(簡(jiǎn)稱PA),其基本組成物質(zhì)是通過(guò)酰胺鍵—[NHCO]—連接起來(lái)的脂肪族聚酰胺。
  錦綸的分子結(jié)構(gòu)
  
常用的錦綸纖維可分為兩大類。
  一類是由己二胺和己二酸縮聚而得的聚己二酸己二胺,其長(zhǎng)鏈分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
  H—[HN(CH2)XNHCO(CH2)YCO]—OH
  這類錦綸的相對(duì)分子量一般為17000-23000.根據(jù)所用二元胺和二元酸的碳原子數(shù)不同,可以得到不同的錦綸產(chǎn)品,并可通過(guò)加在錦綸后的數(shù)字區(qū)別,其中前一數(shù)字是二元胺的碳原子數(shù),后一數(shù)字是二元酸的碳原子數(shù)。例如錦綸66,說(shuō)明它是由己二胺和己二酸縮聚制得;錦綸610,說(shuō)明它是由己二胺和癸二酸制得。
  另一類是由己內(nèi)酰胺縮聚或開環(huán)聚合得到的,其長(zhǎng)鏈分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
  H—[NH(CH2)XCO]—OH
  根據(jù)其單元結(jié)構(gòu)所含碳原子數(shù)目,可得到不同品種的命名。例如錦綸6,說(shuō)明它是由含6個(gè)碳原子的己內(nèi)酰胺開環(huán)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(tuán),可以在分子間或分子內(nèi)形成氫鍵結(jié)合,也可以與其他分子相結(jié)合,所以錦綸吸濕能力較好,并且能夠形成較好的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。錦綸分子中的—CH2—(亞甲基)之間因只能產(chǎn)生較弱的范德華力,所以—CH2—鏈段部分的分子鏈卷曲度較大。各種錦綸因今—CH2—的個(gè)數(shù)不同,使分子間氫鍵的結(jié)合形式不完全相同,同時(shí)分子卷曲的概率也不一樣。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(jié)構(gòu)性質(zhì)也不完全相同。
  形態(tài)結(jié)構(gòu)
  
采用熔紡法制得的錦綸在顯微鏡中觀察到的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有圓形的截面和無(wú)特殊的縱向結(jié)構(gòu)。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,可制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(tài)結(jié)構(gòu)與紡絲過(guò)程的拉伸及熱處理有密切關(guān)系。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松性,并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(yīng);五葉形纖維有肥光般光澤,手感良好,并抗起球;中空纖維由于內(nèi)部有空腔,密度小,保暖性好。
  聚焦態(tài)結(jié)構(gòu)
  
錦綸的聚焦態(tài)結(jié)構(gòu)與紡絲過(guò)程的拉伸及熱處理有密切關(guān)系。采用一般紡絲速度紡制的錦綸分子容易結(jié)晶,在紡絲過(guò)程中即結(jié)晶,錦綸6在紡絲后的放置過(guò)程中也會(huì)發(fā)生結(jié)晶。由于冷卻成形時(shí)內(nèi)外溫度不一致,一般錦綸的皮層取向度較高,結(jié)晶度較低,而芯層結(jié)晶度較高,取向性較低。錦綸的結(jié)晶度一般為30%~40%,表征取向度的雙折射率為0.05~0.063,相對(duì)密度為1.14。
  錦綸的聚焦態(tài)結(jié)構(gòu)屬于折疊鏈/伸直鏈的晶體共存體系,錦綸的單元晶格均屬三斜晶系,其原纖之間具有較大的微隙,并由一些排列不規(guī)則的無(wú)定形分子所聯(lián)系,而原纖維則由高側(cè)序度的分子所組成的微原纖堆砌而成;微原纖間可能存在較小的微空隙,并由一些側(cè)序度稍差的分子所聯(lián)系。
  不同錦綸的大分子主鏈都由碳原子和氮原子相連而成。在碳原子、氮原子上所附著的原子數(shù)量很少,并且沒有側(cè)基存在,故分子成伸展的平面鋸齒狀,相鄰分子間可借主鏈上的=C=O和=NH生成氫鍵而相互吸引。
  常用的錦綸6具有α、β、Υ三種不同晶體,可以形成三種分子鏈排列密度,其中α晶體最穩(wěn)定,密度較高,為1.235g/㏄,而β和Υ晶體不穩(wěn)定,在一定條件下,可相互轉(zhuǎn)變。錦綸6的晶體屬單斜晶系,由氫鍵連接的分子層在晶體中呈上、下交替排列。
  研發(fā)
  
1928年,美國(guó)最大的化學(xué)工業(yè)公司──杜邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所,年僅32歲的卡羅瑟斯博士受聘擔(dān)任該所的負(fù)責(zé)人。他主要從事聚合反應(yīng)方面的研究。他首先研究雙官能團(tuán)分子的縮聚反應(yīng),通過(guò)二元醇和二元羧酸的酯化縮合,合成長(zhǎng)鏈的、相對(duì)分子質(zhì)量高的聚酯。在不到兩年的時(shí)間內(nèi),卡羅瑟斯在制備線型聚合物特別是聚酯方面,取得了重要的進(jìn)展,將聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量提高到10000~25000,他把相對(duì)分子質(zhì)量高于10000的聚合物稱為高聚物(Superpolymer)。1930年,卡羅瑟斯的助手發(fā)現(xiàn),二元醇和二元羧酸通過(guò)縮聚反應(yīng)制取的高聚酯,其熔融物能像制棉花糖那樣抽出絲來(lái),而且這種纖維狀的細(xì)絲即使冷卻后還能繼續(xù)拉伸,拉伸長(zhǎng)度可達(dá)到原來(lái)的幾倍,經(jīng)過(guò)冷卻拉伸后纖維的強(qiáng)度、彈性、透明度和光澤度都大大增加。這種聚酯的奇特性質(zhì)使他們預(yù)感到可能具有重大的商業(yè)價(jià)值,有可能用熔融的聚合物來(lái)紡制纖維。然而,繼續(xù)研究表明,從聚酯得到纖維只具有理論上的意義。因?yàn)楦呔埘ピ?00℃以下即熔化,特別易溶于各種有機(jī)溶劑,只是在水中還稍穩(wěn)定些,因此不適合用于紡織。
  隨后卡羅瑟斯又對(duì)一系列的聚酯和聚酰胺類化合物進(jìn)行了深入的研究。經(jīng)過(guò)多方對(duì)比,選定他在1935年2月28日首次由己二胺和己二酸合成出的聚酰胺66(第一個(gè)6表示二胺中的碳原子數(shù),第二個(gè)6表示二酸中的碳原子數(shù))。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和光澤,在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上也接近天然絲,其耐磨性和強(qiáng)度超過(guò)當(dāng)時(shí)任何一種纖維。從其性質(zhì)和制造成本綜合考慮,在已知聚酰胺中它是最佳選擇。接著,杜邦公司又解決了生產(chǎn)聚酰胺66原料的工業(yè)來(lái)源問題,1938年10月27日正式宣布世界上第一種合成纖維誕生了,并將聚酰胺66這種合成纖維命名為尼龍(Nylon)。尼龍后來(lái)在英語(yǔ)中成了“從煤、空氣、水或其他物質(zhì)合成的,具有耐磨性和柔韌性、類似蛋白質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的所有聚酰胺的總稱”。
  種類
  
聚酰胺(尼龍)
  聚癸二酸癸二胺(尼龍1010)
  聚十一酰胺(尼龍11)
  聚十二酰胺(尼龍12)
  聚己內(nèi)酰胺(尼龍6)
  聚癸二酰己二胺(尼龍610)
  聚十二烷二酰己二胺(尼龍612)
  聚己二酰己二胺(尼龍66)CAS編碼:32131-17-2
  聚辛酰胺(尼龍8)
  聚9-氨基壬酸(尼龍9)
  尼龍參數(shù)結(jié)構(gòu)
  
尼龍6為聚己內(nèi)酰胺,而尼龍66為聚己二酰己二胺。尼龍66比尼龍6要硬12%,而理論上說(shuō),硬度越高,纖維的脆性越大,從而越容易斷裂。但在地毯使用中這點(diǎn)微小的差別是無(wú)法分別的。
  清洗性及防污性
  影響這兩種性能的是是纖維的截面形狀及后道的防污處理。而纖維本身的強(qiáng)度及硬度對(duì)清洗及防污性影響很小。
  熔點(diǎn)及彈性
  
尼龍6的熔點(diǎn)為220C而尼龍66的熔點(diǎn)為260C。但對(duì)地毯的使用溫度條件而言,這并不是一個(gè)差別。而較低的熔點(diǎn)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(wěn)定性。
  色牢度
  
色牢度并不是尼龍的一個(gè)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(guó)Clemson大學(xué)曾在Tampa國(guó)際機(jī)場(chǎng)分別用巴斯夫Zeftron500尼龍6地毯和杜邦A(yù)ntronXL尼龍66地毯進(jìn)行了一個(gè)長(zhǎng)達(dá)兩年半的實(shí)驗(yàn)。地毯處于人流量極高的狀態(tài)下,結(jié)果表明:巴斯夫Zeftron500尼龍?jiān)陬伾3中约敖q頭耐磨性方面要稍好于杜邦A(yù)ntronXL。兩種紗線的抗塵性能沒有差別。
  屬性
  
由于尼龍具有很多的特性,因此,在汽車、電氣設(shè)備、機(jī)械部構(gòu)、交通器材、紡織、造紙機(jī)械等方面得到廣泛應(yīng)用。
  隨著汽車的小型化、電子電氣設(shè)備的高性能化、機(jī)械設(shè)備輕量化的進(jìn)程加快,對(duì)尼龍的需求將更高更大。特別是尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料,對(duì)其強(qiáng)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(diǎn)也是限制其應(yīng)用的重要因素,特別是對(duì)于PA6、PA66兩大品種來(lái)說(shuō),與PA46、PAl2等品種比具有很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì),雖某些性能不能滿足相關(guān)行業(yè)發(fā)展的要求。因此,必須針對(duì)某一應(yīng)用領(lǐng)域,通過(guò)改性,提高其某些性能,來(lái)擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。由于PA強(qiáng)極性的特點(diǎn),吸濕性強(qiáng),尺寸穩(wěn)定性差,但可以通過(guò)改性來(lái)改善。
  玻璃纖維增強(qiáng)PA
  
在PA加入30%的玻璃纖維,PA的力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐老化性能有明顯提高,耐疲勞強(qiáng)度是未增強(qiáng)的2.5倍。玻璃纖維增強(qiáng)PA的成型工藝與未增強(qiáng)時(shí)大致相同,但因流動(dòng)較增強(qiáng)前差,所以注射壓力和注射速度要適當(dāng)提高,機(jī)筒溫度提高10-40℃。由于玻纖在注塑過(guò)程中會(huì)沿流動(dòng)方向取向,引起力學(xué)性能和收縮率在取向方向上增強(qiáng),導(dǎo)致制品變形翹曲,因此,模具設(shè)計(jì)時(shí),澆口的位置、形狀要合理,工藝上可以提高模具的溫度,制品取出后放入熱水中讓其緩慢冷卻。另外,加入玻纖的比例越大,其對(duì)注塑機(jī)的塑化元件的磨損越大,最好是采用雙金屬螺桿、機(jī)筒。
  阻燃PA
  
由于在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(zhì),對(duì)金屬具有腐蝕作用,因此,塑化元件(螺桿、過(guò)膠頭、過(guò)膠圈、過(guò)膠墊圈、法蘭等)需鍍硬鉻處理。工藝方面,盡量控制機(jī)筒溫度不能過(guò)高,注射速度不能太快,以避免因膠料溫度過(guò)高而分解引起制品變色和力學(xué)性能下降。
  透明PA
  
具有良好的拉伸強(qiáng)度、耐沖擊強(qiáng)度、剛性、耐磨性、耐化學(xué)性、表面硬度等性能,透光率高,與光學(xué)玻璃相近,加工溫度為300--315℃,成型加工時(shí),需嚴(yán)格控制機(jī)筒溫度,熔體溫度太高會(huì)因降解而導(dǎo)致制品變色,溫度太低會(huì)因塑化不良而影響制品的透明度。模具溫度盡量取低些,模具溫度高會(huì)因結(jié)晶而使制品的透明度降低。
  耐候PA
  
在PA中加入了碳黑等吸收紫外線的助劑,這些對(duì)PA的自潤(rùn)滑性和對(duì)金屬的磨損大大增強(qiáng),成型加工時(shí)會(huì)影響下料和磨損機(jī)件。因此,需要采用進(jìn)料能力強(qiáng)及耐磨性高的螺桿、機(jī)筒、過(guò)膠頭、過(guò)膠圈、過(guò)膠墊圈組合。聚酰胺分子鏈上的重復(fù)結(jié)構(gòu)單無(wú)是酰胺基的一類聚合物。
  概括起來(lái),主要在以下幾方面進(jìn)行改性。
 ?、俑纳颇猃埖奈?,提高制品的尺寸穩(wěn)定性。
 ?、谔岣吣猃埖淖枞夹裕赃m應(yīng)電子、電氣、通訊等行業(yè)的要求。
 ?、厶岣吣猃埖臋C(jī)械強(qiáng)度,以達(dá)到金屬材料的強(qiáng)度,取代金屬
 ?、芴岣吣猃埖目沟蜏匦阅?,增強(qiáng)其對(duì)耐環(huán)境應(yīng)變的能力。
 ?、萏岣吣猃埖哪湍バ裕赃m應(yīng)耐磨要求高的場(chǎng)合。
 ?、尢岣吣猃埖目轨o電性,以適應(yīng)礦山及其機(jī)械應(yīng)用的要求。
  ⑦提高尼龍的耐熱性,以適應(yīng)如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等耐高溫條件的領(lǐng)域。
 ?、嘟档湍猃埖某杀?,提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
  總之,通過(guò)上述改進(jìn),實(shí)現(xiàn)尼龍復(fù)合材料的高性能化與功能化,進(jìn)而促進(jìn)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品向高性能、高質(zhì)量方向發(fā)展。
  堆放方法
  
首先要有一個(gè)足夠?qū)挸ǖ膫}(cāng)庫(kù),如果倉(cāng)庫(kù)很小,用什么方法都的堆放不了的(巧媳婦難做無(wú)米之炊)。接下來(lái)按照布料種類進(jìn)行區(qū)分,比如:針織布料和梭織布料都要區(qū)分開,因?yàn)獒樋棽剂铣删淼谋容^柔軟,而梭織布料卷筒起來(lái)比較直挺,還有布料材質(zhì)分類,全棉布料進(jìn)行分開,滌棉布料和纖維布料分成三個(gè)部分。
  1、錯(cuò)誤的堆放方法是,不利于通風(fēng),時(shí)間存放久了,中間部分會(huì)發(fā)霉,全棉布料上會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn),而且布料牢度下降,用手輕輕就可以把布料撕開,大家都知道這樣的布料就成為了廢布。
  2、正確的堆放方法,堆放便于管理,想找什么料子一看便知,好處有利于通風(fēng),便于防火,全棉布料最好放在通風(fēng)良好的地方,比如離門、窗最近的地方,一米是常規(guī)門幅,6到7卷放一排,第2層縱向平放,數(shù)量必須和底部相同,第3層還是橫向平放,數(shù)量相同,以此類推。
  聚酰胺
  詳述
  
聚酰胺(PA,俗稱尼龍)是美國(guó)DuPont公司最先開發(fā)用于纖維的樹脂,于1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。20世紀(jì)50年代開始開發(fā)和生產(chǎn)注塑制品,以取代金屬滿足下游工業(yè)制品輕量化、降低成本的要求。聚酰胺主鏈上含有許多重復(fù)的酰胺基,用作塑料時(shí)稱尼龍,用作合成纖維時(shí)我們稱為錦綸,聚酰胺可由二元胺和二元酸制取,也可以用ω-氨基酸或環(huán)內(nèi)酰胺來(lái)合成。根據(jù)二元胺和二元酸或氨基酸中含有碳原子數(shù)的不同,可制得多種不同的聚酰胺,目前聚酰胺品種多達(dá)幾十種,其中以聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的應(yīng)用最廣泛。
  聚酰胺-6、聚酰胺-66和聚酰胺-610的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)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主要用于紡制合成纖維,稱為錦綸-6和錦綸-66。尼龍-610則是一種力學(xué)性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料。
  PA具有良好的綜合性能,包括力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐化學(xué)藥品性和自潤(rùn)滑性,且摩擦系數(shù)低,有一定的阻燃性,易于加工,適于用玻璃纖維和其它填料填充增強(qiáng)改性,提高性能和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。PA的品種繁多,有PA6、PA66、PAll、PAl2、PA46、PA610、PA612、PAl010等,以及近幾年開發(fā)的半芳香族尼龍PA6T和特種尼龍等很多新品種。尼龍-6塑料制品可采用金屬鈉、氫氧化鈉等為主催化劑,N-乙?;簝?nèi)酰胺為助催化劑,使δ-己內(nèi)酰胺直接在模型中通過(guò)負(fù)離子開環(huán)聚合而制得,稱為澆注尼龍。用這種方法便于制造大型塑料制件。
  主要用于合成纖維
  
聚酰胺主要用于合成纖維,其最突出的優(yōu)點(diǎn)是耐磨性高于其他所有纖維,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(dāng)拉伸至3-6%時(shí),彈性回復(fù)率可達(dá)100%;能經(jīng)受上萬(wàn)次折撓而不斷裂。聚酰胺纖維的強(qiáng)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,用于衣著的錦綸-66和錦綸-6都存在吸濕性和染色性差的缺點(diǎn),為此開發(fā)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(zhì)輕、防皺性優(yōu)良、透氣性好以及良好的耐久性、染色性和熱定型等特點(diǎn),因此被認(rèn)為是很有發(fā)展前途的。
  代替銅等金屬
  由于聚酰胺具有無(wú)毒、質(zhì)輕、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性及較好的耐腐蝕性,因此廣泛應(yīng)用于代替銅等金屬在機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(yè)中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。聚酰胺熔融紡成絲后有很高的強(qiáng)度,主要做合成纖維并可作為醫(yī)用縫線。
  用于各種醫(yī)療及針織品
  在民用上,可以混紡或純紡成各種醫(yī)療及針織品。錦綸長(zhǎng)絲多用于針織及絲綢工業(yè),如織單絲襪、彈力絲襪等各種耐磨解釋的錦綸襪,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(lái)與羊毛或其它化學(xué)纖維的毛型產(chǎn)品混紡,制成各種耐磨經(jīng)穿的衣料。
  在工業(yè)上錦綸大量用來(lái)制造簾子線、工業(yè)用布、纜繩、傳送帶、帳篷、漁網(wǎng)等。在國(guó)防上主要用作降落傘及其他軍用織物。
  發(fā)展趨勢(shì)
  改性PA產(chǎn)品的最新發(fā)展
  
前面提到,玻璃纖維增強(qiáng)PA在20世紀(jì)50年代就有研究,但形成產(chǎn)業(yè)化是20世紀(jì)70年代,自1976年美國(guó)杜邦公司開發(fā)出超韌PA66后,各國(guó)大公司紛紛開發(fā)新的改性PA產(chǎn)品,美國(guó)、西歐、日本、荷蘭、意大利等大力開發(fā)增強(qiáng)PA、阻燃PA、填充PA,大量的改性PA投放市場(chǎng)。
  20世紀(jì)80年代,相容劑技術(shù)開發(fā)成功,推動(dòng)了PA合金的發(fā)展,世界各國(guó)相繼開發(fā)出PA/PE、PA/PP、PA/ABS、PA/PC、PA/PBT、PA/PET、PA/PPO、PA/PPS、PA/I.CP(液晶高分子)、PA/PA等上千種合金,廣泛用于汽車、機(jī)車、電子、電氣械、紡織、體育用品、辦公用品、家電部件等行業(yè)。
  20世紀(jì)90年代,改性尼龍新品種不斷增加,這個(gè)時(shí)期改性尼龍走向商品化,形成了新的產(chǎn)業(yè),并得到了迅速發(fā)展,20世紀(jì)90年代末,世界尼龍合金產(chǎn)量達(dá)110萬(wàn)噸/年。
  在產(chǎn)品開發(fā)方面,主要以高性能尼龍PPO/PA6,PPS/PA66、增韌尼龍、納米尼龍、無(wú)鹵阻燃尼龍為主導(dǎo)方向;在應(yīng)用方面,汽車部件、電器部件開發(fā)取得了重大進(jìn)展,如汽車進(jìn)氣歧管用高流動(dòng)改性尼龍已經(jīng)商品化,這種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件的塑料化,除在應(yīng)用方面具有重大意義外,更重要的是延長(zhǎng)了部件的壽命,促進(jìn)了工程塑料加工技術(shù)的發(fā)展。
  改性尼龍發(fā)展的趨勢(shì)
  
尼龍作為工程塑料中最大最重要的品種,具有很強(qiáng)的生命力,主要在于它改性后實(shí)現(xiàn)高性能化,其次是汽車、電器、通訊、電子、機(jī)械等產(chǎn)業(yè)自身對(duì)產(chǎn)品高性能的要求越來(lái)越強(qiáng)烈,相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,促進(jìn)了工程塑料高性能化的進(jìn)程,改性尼龍未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)如下。
 ?、俑邚?qiáng)度高剛性尼龍的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大,新的增強(qiáng)材料如無(wú)機(jī)晶須增強(qiáng)、碳纖維增強(qiáng)PA將成為重要的品種,主要是用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件,機(jī)械部件以及航空設(shè)備部件。
 ?、谀猃埡辖鸹瘜⒊蔀楦男怨こ趟芰习l(fā)展的主流。尼龍合金化是實(shí)現(xiàn)尼龍高性能的重要途徑,也是制造尼龍專用料、提高尼龍性能的主要手段。通過(guò)摻混其他高聚物,來(lái)改善尼龍的吸水性,提高制品的尺寸穩(wěn)定性,以及低溫脆性、耐熱性和耐磨性。從而,適用車種不同要求的用途。
  ③納米尼龍的制造技術(shù)與應(yīng)用將得到迅速發(fā)展。納米尼龍的優(yōu)點(diǎn)在于其熱性能、力學(xué)性能、阻燃性、阻隔性比純尼龍高,而制造成本與普通尼龍相當(dāng)。因而,具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。
 ?、苡糜陔娮?、電氣、電器的阻燃尼龍與日俱增,綠色化阻燃尼龍?jiān)絹?lái)越受到市場(chǎng)的重視。
  ⑤抗靜電、導(dǎo)電尼龍以及磁性尼龍將成為電子設(shè)備、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械的首選材料。
 ?、藜庸ぶ鷦┑难芯颗c應(yīng)用,將推動(dòng)改性尼龍的功能化、高性能化的進(jìn)程。
 ?、呔C合技術(shù)的應(yīng)用,產(chǎn)品的精細(xì)化是推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。
  聚酰胺纖維是大分子鏈上具有C9-NH基團(tuán)一類纖維的總稱。常用的為脂肪族聚酯胺夕主要品種有聚酰胺6和'聚酰胺66,我國(guó)商品名稱為錦綸6和錦綸66。錦綸纖維以長(zhǎng)絲為主,少量的短纖維主要用于和棉,毛或其它化纖混紡。錦綸長(zhǎng)絲大量用于變形加工制造彈力絲,作為機(jī)織或針織原料。錦綸纖維一般采用熔體法紡絲。錦綸6和錦綸66纖維的強(qiáng)度為4~5.3cN/dtex,高強(qiáng)滌綸可達(dá)7.9cN/dtex以上,伸長(zhǎng)率18%~45%,在10%伸長(zhǎng)時(shí)的彈性回復(fù)率在90%以上。據(jù)測(cè)定,錦綸纖維的耐磨為棉纖維的20倍、羊毛的20倍、粘膠的50倍。耐疲勞性能居各種纖維之首。在民用上大量用于加工襪子和其他混紡制品,提高織物的耐磨牢度,但錦綸纖維模量低,抗摺皺性能不及滌綸,限制了錦綸在衣著領(lǐng)域的應(yīng)用。錦綸簾子線的壽命比粘膠大3倍,沖擊吸收能大,因此輪胎能在壞的路面上行駛,但由于錦綸簾子線伸長(zhǎng)大,汽車停止時(shí),輪胎變形產(chǎn)生平點(diǎn),起動(dòng)初期汽車跳動(dòng)厲害。因此只能用于貨車的輪胎,不宜作客車的輪胎簾子線之用。
  錦綸纖維表面平整,不加油劑的纖維摩擦系數(shù)很高,錦綸油劑貯存日久易失效,紡織加工時(shí)還需要重新添加油劑。
  錦綸纖維的吸濕比滌綸高,錦綸6與錦綸66在標(biāo)準(zhǔn)條件下的回潮率為4.5%,在合纖中僅次于維綸。染色性能好,可用酸性染料,分散性染料及其他染料染色。
  改性尼龍的概念和分類
  
改性尼龍是工程塑料中的一類,是以尼龍?jiān)蠟榛显诩右愿淖兤湮锢硇再|(zhì)而形成的顆粒狀產(chǎn)品。此類產(chǎn)品產(chǎn)出是依據(jù)一些生產(chǎn)廠家所需求的不同而進(jìn)行改性制作的。
  改性尼龍大致包括:增強(qiáng)尼龍,增韌尼龍,耐磨尼龍,無(wú)鹵阻燃尼龍,導(dǎo)電尼龍,阻燃尼龍等等。
  1.熱性質(zhì):玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg)及熔點(diǎn)(Tm);熱變形溫度(HDT)高;長(zhǎng)期使用溫度高(UL-746B);使用溫度范圍大;熱膨脹系數(shù)小。
  2.機(jī)械性質(zhì):高強(qiáng)度、高機(jī)械模數(shù)、低潛變性、強(qiáng)耐磨損及耐疲勞性。
  3.其它:耐化學(xué)藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。此類產(chǎn)品產(chǎn)出是依據(jù)一些生產(chǎn)廠家所需求的不同而進(jìn)行改性制作的,改性尼龍大致包括:增強(qiáng)尼龍,增韌尼龍,耐磨尼龍,無(wú)鹵阻燃尼龍,導(dǎo)電尼龍,阻燃尼龍等等。改性尼龍具有很多的特性,因此,在汽車、電氣設(shè)備、機(jī)械部構(gòu):、交通器材、紡織、造紙機(jī)械等方面得到廣泛應(yīng)用。
  尼龍歷史
  美國(guó)杜邦公司
  
人們對(duì)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。尼龍是世界上首先研制出的一種合成纖維。
  二十世紀(jì)初,企業(yè)界搞基礎(chǔ)科學(xué)研究還被認(rèn)為是一種不可思議的事情。1926年美國(guó)最大的工業(yè)公司-杜邦公司的出于對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的興趣,建議該公司開展有關(guān)發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)事實(shí)的基礎(chǔ)研究。1927年該公司決定每年支付25萬(wàn)美元作為研究費(fèi)用,并開始聘請(qǐng)化學(xué)研究人員,到1928年杜邦公司成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所,年僅32歲的卡羅瑟斯(WallaceH.Carothers,1896~1937)博士受聘擔(dān)任該所有機(jī)化學(xué)部的負(fù)責(zé)人。
  卡羅瑟斯,美國(guó)有機(jī)化學(xué)家。1896年4月27日出生于美國(guó)愛荷華州威爾明頓。1937年4月29日卒于美國(guó)費(fèi)城。1924年獲伊利諾伊大學(xué)博士學(xué)位后,先后在該大學(xué)和哈佛大學(xué)擔(dān)任有機(jī)化學(xué)的教學(xué)和研究工作。1928年應(yīng)聘在美國(guó)杜邦公司設(shè)于威爾明頓的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行有機(jī)化學(xué)研究。他主持了一系列用聚合方法獲得高分子量物質(zhì)的研究。1935年以己二酸與己二胺為原料制得聚合物,由于這兩個(gè)組分中均含有6個(gè)碳原子,當(dāng)時(shí)稱為聚合物66。他又將這一聚合物熔融后經(jīng)注射針壓出,在張力下拉伸稱為纖維。這種纖維即聚酰胺66纖維,1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化后定名為耐綸(Nylon),是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的合成纖維品種。
  尼龍的合成奠定了合成纖維工業(yè)的基礎(chǔ),尼龍的出現(xiàn)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銷售尼龍絲長(zhǎng)襪時(shí)引起轟動(dòng),被視為珍奇之物爭(zhēng)相搶購(gòu)。很多底層女人因?yàn)橘I不到絲襪,只好用筆在腿上繪出紋路,冒充絲襪。人們?cè)?ldquo;象蛛絲一樣細(xì),象鋼絲一樣強(qiáng),象絹絲一樣美”的詞句來(lái)贊譽(yù)這種纖維,到1940年5月,尼龍纖維織品的銷售遍及美國(guó)各地。
  從第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)直到1945年,尼龍工業(yè)被轉(zhuǎn)向制降落傘、飛機(jī)輪胎簾子布、軍服等軍工產(chǎn)品。由于尼龍的特性和廣泛的用途,第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展非常迅速,尼龍的各種產(chǎn)品從絲襪、衣著到地毯,漁網(wǎng)等,以難以計(jì)數(shù)的方式出現(xiàn),是三大合成纖維之一。
  用尼龍制成的熱氣球,可以做得很大。
  尼龍(英語(yǔ)Nylon)是一種人造的高分子聚合物。1935年2月28日杜邦公司的華萊士•卡羅瑟斯在美國(guó)威爾明頓發(fā)明了這種塑料。1938年尼龍正式上市,最早的尼龍制品是尼龍制的牙刷的刷子(1938年2月24日開始出售)和婦女穿的尼龍襪(1940年5月15日上市)。今天,尼龍纖維是多種人造纖維的原材料。硬的尼龍被用在建筑業(yè)中。
  尼龍這個(gè)詞雖然非常普及,但從未被用做商標(biāo)或受到商標(biāo)保護(hù)。
  第二次世界大戰(zhàn)期間盟軍使用尼龍做的降落傘(此前一般用亞洲絲綢制作),此外輪胎、帳篷、繩索等其它軍事物資也用尼龍制造。它甚至被用來(lái)制造印刷美國(guó)貨幣的紙。戰(zhàn)爭(zhēng)開始時(shí)棉花占纖維原料的80%,其它20%主要是木頭纖維。1945年8月時(shí),棉花的占據(jù)量降低到75%,而人造纖維的比例上升到了25%。
  中國(guó)錦西化工廠
  
1958年4月,第一批中國(guó)國(guó)產(chǎn)己內(nèi)酰胺試驗(yàn)樣品終于在遼寧省錦西化工廠試制成功。產(chǎn)品送到北京纖維廠一次抽絲成功,從此拉開了中國(guó)合成纖維工業(yè)的序幕。因?yàn)樗Q生在錦西化工廠,所以這種合成纖維后來(lái)就被命名為“錦綸”,也就是尼龍。由于錦綸在當(dāng)時(shí)一窮二白的新中國(guó)建國(guó)初期具有重要的國(guó)防軍事用途,因此錦綸誕生的意義不言而喻。
  尼龍纖維

  納米尼龍
  
據(jù)日本東麗化學(xué)公司消息,該公司已經(jīng)成功開發(fā)出直徑比以往極細(xì)纖維還小兩位數(shù)的納米級(jí)單絲結(jié)構(gòu)的“納米纖維”新技術(shù),通過(guò)控制納米構(gòu)造技術(shù)達(dá)到纖維細(xì)度的極限。東麗化學(xué)公司稱,該公司利用這項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)開發(fā)直徑為10μm的單絲140萬(wàn)根以上所構(gòu)成的納米尼龍纖維。這種纖維與以往產(chǎn)品進(jìn)行比較,表面積是過(guò)去產(chǎn)品的1000倍左右,具有很高的表面活性。
  超強(qiáng)尼龍纖維
  
Triangle–Raleigh尼龍纖維有許多用途,從服裝、地毯到繩索到微機(jī)的數(shù)據(jù)線都可以利用該種纖維。目前,北卡羅萊納州大學(xué)紡織學(xué)院的研究員正努力改進(jìn)這種纖維,據(jù)報(bào)道說(shuō)已經(jīng)研制出最強(qiáng)脂肪族尼龍纖維。
  科學(xué)家聚合體教授--托奈里博士與紡織工程、化學(xué)和自然科學(xué)助理教授理查德.克塔克博士正在研究一種方法,在不需要昂貴的費(fèi)用、復(fù)雜的過(guò)程的情況下,產(chǎn)生更高強(qiáng)度的尼龍纖維。他們利用脂肪族尼龍或者尼龍進(jìn)行研究,這種尼龍的碳援助利用直鏈或者開放型支鏈連接在以前,強(qiáng)調(diào)不環(huán)鏈大。
  更強(qiáng)壯的脂肪族尼龍能夠應(yīng)用于繩索、裝卸皮帶、降落傘和汽車輪胎,或者產(chǎn)生能夠適合高溫利用的合成材料。這個(gè)發(fā)現(xiàn)最近在費(fèi)城召開的美國(guó)化學(xué)科學(xué)年會(huì)上介紹,刊登在聚合體定期刊物上。
  這種纖維利用聚合體或者包括許多單位的長(zhǎng)鏈分子制作而成。當(dāng)這些聚合體鏈被整齊的安排,這種聚合體將成水晶狀態(tài)。
  這些盤繞的聚合體需要拉伸,如果他們要制作成更強(qiáng)的纖維,需要消除他們的彈性。在尼龍鏈中加入氫可以防止拉伸,因此克服這種結(jié)合對(duì)產(chǎn)生更強(qiáng)的尼龍纖維來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵因素。
  超強(qiáng)纖維,以凱夫拉爾纖維為例,是從芳香尼龍聚合體中制作而成,十分僵硬,長(zhǎng)鏈包含環(huán)鏈,芳香尼龍制作很困難,因此十分昂貴。
  因此托奈里教授和克塔克博士利用聚酰胺66(尼龍66)來(lái)進(jìn)行研究,這種材料是一種商業(yè)熱塑性材料,很容易制作,但是拉伸和排列困難。同時(shí),取消尼龍66的彈性也很困難。
  這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以解決尼龍66在三氯化鎵中能夠溶解的問題,能夠有效的打破氫粘合的問題。允許聚合體鏈延伸。
  托奈里教授說(shuō),這種新纖維可能比典型的脂肪族尼龍的強(qiáng)度高10倍。利用脂肪族尼龍來(lái)生產(chǎn)十分經(jīng)濟(jì)可行。高強(qiáng)調(diào)的纖維如凱夫拉爾纖維必須在專業(yè)化的工廠生產(chǎn),這是因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中需要濃硫酸。而這種新纖維能夠利用普通的紡紗纖維單位制作,在加工過(guò)程中沒有特別的地方。
  托奈里和克塔克博士還在繼續(xù)他們的研究。目前對(duì)如果打破氫粘合和將對(duì)尼龍66纖維產(chǎn)生如何的影響還不可而知。
  PA尼龍
  
PA的機(jī)械性能中如抗拉抗壓強(qiáng)度隨溫度和吸濕量而改變,所以水相對(duì)是PA的增塑劑,加入玻纖后,其抗拉抗壓強(qiáng)度可提高2倍左右,耐溫能力也相應(yīng)提高,PA本身的耐磨能力非常高,所以可在無(wú)潤(rùn)滑下不停操作,如想得到特別的潤(rùn)滑效果,可在PA中加入硫化物。
  合適的塑料產(chǎn)品:各種齒輪,渦輪,齒條,凸輪,軸承,螺旋槳,傳動(dòng)皮帶。
  其它:收縮率1-2%需注意成型后吸濕的尺寸變化。
  吸水率100%相對(duì)吸濕飽和時(shí)能吸8%
  合適壁厚:2-3.5mm
    PA66
  
疲勞強(qiáng)度和鋼性較高,耐熱性較好,摩擦系數(shù)低,耐磨性好,但吸濕性大,尺寸穩(wěn)定性不夠。
  應(yīng)用:中等載荷,使用溫度<100-120度無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑條件下工作的耐磨受力傳動(dòng)零件。
  PA6
  
疲勞強(qiáng)度鋼性,耐熱性低于尼龍66,但彈性好,有較好的消振,降噪能力。白色
  應(yīng)用:輕載荷,中等溫度(80-100)無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑情況
    PA610
  
強(qiáng)度.剛性耐熱性低于尼龍66,但吸濕性小,耐磨性好。土黃色
  應(yīng)用:同尼龍6,宜作要求比較精密的齒輪,工作條件濕度變化大的零件。
  PA1010
  
強(qiáng)度,剛性耐熱性低于尼龍66,吸濕性低于尼龍610,成型工藝好,耐磨性好。
  應(yīng)用:輕載荷,溫度不高,濕度變化較大,的條件下無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑的情況下工作的零件
    MCPA
  
強(qiáng)度,耐疲勞性,耐熱性,剛性均優(yōu)于PA6及PA66,吸濕性低于PA6及PA66,耐磨性好,能直接在模型中聚合成型,宜澆鑄大型零件。應(yīng)用:高載荷,高使用溫度(低于120)無(wú)潤(rùn)滑或少潤(rùn)滑的情況下。乳白色
  鑄造尼龍
  
鑄造尼龍(MC尼龍)也稱單體澆注尼龍,是用已內(nèi)酰胺單體在強(qiáng)堿(如NaoH)和一些助催化劑的作用下,用模具直接聚合成型得到制品的毛坯件,由于把聚合和成型過(guò)程結(jié)合一起,因而成型方便、設(shè)備投資少,易于制造大型機(jī)器零件。它的力學(xué)性能和物理新能都比尼龍6高??芍圃鞄资Э说凝X輪、渦輪、軸承等。
  尼龍1010
  
尼龍1010是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的一種工程塑料,用蓖麻油做原料,提取癸二胺及癸二酸再縮合而成的。成本低、經(jīng)濟(jì)效果好、自潤(rùn)滑性和耐磨性極好、耐油性好,脆性轉(zhuǎn)化溫度低(約在-60℃),機(jī)械強(qiáng)度較高,廣泛用于機(jī)械零件和化工、電氣零件。


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