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工程塑料“山大王”——尼龍是怎么誕生的？
聚酰胺纖維俗稱尼龍（Nylon），英文名稱Polyamide（簡(jiǎn)稱PA），密度1.15g/cm3，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。 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(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。作為塑料圈的一員，不懂尼龍的歷史怎么說得過去呢？今天小編就跟大家學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)尼龍的誕生和發(fā)展歷程。
尼龍的發(fā)展簡(jiǎn)史：
1931年：杜邦公司的卡羅澤斯開發(fā)尼龍-66，成為最先開工業(yè)化的工程塑料，并于1939年杜邦公司組織生產(chǎn)。
1942年：德國(guó)人開發(fā)了尼龍-6的工業(yè)技術(shù)，并作為纖維開發(fā)應(yīng)用。
1961年：中國(guó)開發(fā)PA1010。
1972年：杜邦公司開發(fā)芳香族尼龍工業(yè)化技術(shù)。
一、尼龍的誕生記
本世紀(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)最大工業(yè)公司－杜邦公司的的董事斯蒂恩出于對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)的興趣，開展有關(guān)發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)事實(shí)的基礎(chǔ)研究。
1927年杜邦決定每年支付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年杜邦公司在特拉華州威爾明頓的總部所在地成立了基礎(chǔ)化學(xué)研究所，年僅32歲的卡羅瑟斯（Wallace H. 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。
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。一開始卡羅瑟斯選擇了二元醇與二元羧酸的反應(yīng)，想通過這一被人熟知的反應(yīng)來(lái)了解有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)間的關(guān)系。在進(jìn)行縮聚反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(yán)格控制反應(yīng)的配比，使反應(yīng)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(dá)到10000～20000。
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(yīng)器中取出熔融的聚酯時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)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(xì)絲即使冷卻后還能繼續(xù)拉伸，拉伸長(zhǎng)度可以達(dá)到原來(lái)的幾倍，經(jīng)過冷拉伸后纖維的強(qiáng)度和彈性大大增加。這種奇特現(xiàn)象使他們預(yù)感到這種特性可能具有重大應(yīng)用價(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，卡羅瑟斯和他的助手專注于尋找新的材料，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，但蓖麻油并沒有足夠大的量能被用做原料。
卡羅瑟斯又對(duì)這一系列的聚酯和聚酰胺類化合物進(jìn)行深入的研究。經(jīng)過多方對(duì)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)度超過當(dāng)時(shí)任何一種纖維。
接著，杜邦公司又解決了生產(chǎn)聚酰胺6/6原料的工業(yè)來(lái)源問題，于1939年12月12日重新定名為耐綸(Nylon)開始工業(yè)化生產(chǎn)，這也是最早實(shí)現(xiàn)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(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)。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，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(xiàng)目的整個(gè)研發(fā)預(yù)算。
1938年杜邦公司生產(chǎn)尼龍絲襪風(fēng)靡各地
二戰(zhàn)期間，尼龍工業(yè)被轉(zhuǎn)向制造降落傘、飛機(jī)輪胎簾子布、軍服等軍工產(chǎn)品。美國(guó)陸軍收購(gòu)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(zhàn)過后發(fā)展依舊非常迅速，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)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、衣著到地毯，漁網(wǎng)等，尼龍制產(chǎn)品以難以計(jì)數(shù)的方式出現(xiàn)。
聚酰胺（PA）纖維的應(yīng)用
三、汽車市場(chǎng)的應(yīng)用
尼龍是偶然機(jī)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脂材料也被發(fā)現(xiàn)在汽車市場(chǎng)擁有其重要的市場(chǎng)地位。
“尼龍是夢(mèng)幻般的汽車用材料。”杜邦公司的理查德·梅奧在最近的一次電話采訪中說。他是杜邦公司高性能聚合物的全球業(yè)務(wù)總監(jiān)，在銷售、技術(shù)和管理方面已經(jīng)由20年以上的經(jīng)驗(yàn)，他表示，尼龍定位于樹脂與工程樹脂之間，經(jīng)過多年的發(fā)展，它可以比以前處理更高的溫度。因?yàn)楫?dāng)你增加樹脂玻璃耐熱性的同時(shí)，也提高了它的強(qiáng)度。
其實(shí)早在1941年，尼龍就被用作成型樹脂。這些應(yīng)用包括閥桿、接線夾和擋風(fēng)玻璃刮水器系統(tǒng)。最顯著的一個(gè)汽車應(yīng)用是1956年，法國(guó)汽車制造商雪鐵龍用尼龍制作塑料散熱器風(fēng)扇。
尼龍已經(jīng)被應(yīng)用于各種汽車零部件超過50年
而近年來(lái)，隨著尼龍聚合、改性和加工成型技術(shù)的發(fā)展，尼龍材料在汽車工業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊。多品種、高性能、專用化是當(dāng)前尼龍工程塑料在汽車工業(yè)中應(yīng)用研究的重點(diǎn)。
目前世界PA和PA66在汽車市場(chǎng)中的應(yīng)用占有比例分別為34%和50%，但隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)保要求，PA樹脂和配混料不斷開發(fā)出綜合性能更優(yōu)和滿足專門性能的PA改性配混料，新牌號(hào)層出不窮，汽車是PA最大應(yīng)用市場(chǎng)，反過來(lái)又影響和促進(jìn)PA改性料向高性能化、系列化和專用化方向發(fā)展和新牌號(hào)的研究開發(fā)。預(yù)計(jì)未來(lái)PA在汽車上應(yīng)用仍將保持較高的需求增長(zhǎng)率，尼龍?jiān)蠌S、加工廠和最終用戶合作開發(fā)高性能、容易加工、低成本、針對(duì)性強(qiáng)和環(huán)境更友好的專用PA新配混料來(lái)擴(kuò)大應(yīng)用，進(jìn)入新的汽車部件市場(chǎng)。
回顧尼龍發(fā)展史，尼龍產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展占據(jù)著重要地位。未來(lái)尼龍仍將繼續(xù)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。
