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      工程塑料“山大王”——尼龍是怎么誕生的?

      發布時間:2018-02-05 信息來源:立心新材

      尼龍的發展簡史:

      1931年:杜邦公司的卡羅澤斯開發尼龍-66,成為最先開工業化的工程塑料,并于1939年杜邦公司組織生產。

      1942年:德國人開發了尼龍-6的工業技術,并作為纖維開發應用。

      1961年:中國開發PA1010。

      1972年:杜邦公司開發芳香族尼龍工業化技術。

      一、尼龍的誕生記

      本世紀初,企業界搞基礎科學研究還被認為是一種不可思議的事情。1926年,美國最大工業公司-杜邦公司的的董事斯蒂恩出于對基礎科學的興趣,開展有關發現新的科學事實的基礎研究。


      1927年杜邦決定每年支付25萬美元作為研究費用,并開始聘請化學研究人員,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研究所,年僅32歲的卡羅瑟斯(Wallace H. Carothers,1896~1937)博士受聘擔任該所有機化學部的負責人。

      華萊士·卡羅瑟斯


      卡羅瑟斯的想法是做一個高聚物纖維,它的面料熔點必須高到足以經受住正常使用,同時還需低到足以進行處理和批量紡織。一開始卡羅瑟斯選擇了二元醇與二元羧酸的反應,想通過這一被人熟知的反應來了解有機分子的結構及其性質間的關系。在進行縮聚反應的實驗中,得到了分子量約為5000的聚酯分子。為了進一步提高聚合度,卡羅瑟斯改進了高真空蒸餾器并嚴格控制反應的配比,使反應進行得很完全,在不到兩年的時間里使聚合物的分子量達到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器中取出熔融的聚酯時發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,而且這種纖維狀的細絲即使冷卻后還能繼續拉伸,拉伸長度可以達到原來的幾倍,經過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值,有可能用熔融的聚合物來紡制纖維。



      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,化學家唐·科夫曼取得了第一個超聚酰胺。兩個月后,化學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。


      卡羅瑟斯又對這一系列的聚酯和聚酰胺類化合物進行深入的研究。經過多方對比,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,在結構和性質上也接近天然絲,其耐磨性和強度超過當時任何一種纖維。


      接著,杜邦公司又解決了生產聚酰胺6/6原料的工業來源問題,于1939年12月12日重新定名為耐綸(Nylon)開始工業化生產,這也是最早實現工業化的合成纖維品種。



      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銷售尼龍絲長襪時引起轟動,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”的詞句來贊譽這種纖維,到1940年5月,尼龍纖維織品的銷售遍及美國各地,隨后剩下的7個月時間,杜邦公司更賺得300萬美元,還清尼龍項目的整個研發預算。

      1938年杜邦公司生產尼龍絲襪風靡各地


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


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

      聚酰胺(PA)纖維的應用


      三、汽車市場的應用

      尼龍是偶然機遇下創造出的非凡產品。雖然尼龍的處女作是纖維織物,隨著時間洪流“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現在汽車市場擁有其重要的市場地位。


      “尼龍是夢幻般的汽車用材料?!倍虐罟镜睦聿榈隆っ穵W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務總監,在銷售、技術和管理方面已經由20年以上的經驗,他表示,尼龍定位于樹脂與工程樹脂之間,經過多年的發展,它可以比以前處理更高的溫度。因為當你增加樹脂玻璃耐熱性的同時,也提高了它的強度。


      其實早在1941年,尼龍就被用作成型樹脂。這些應用包括閥桿、接線夾和擋風玻璃刮水器系統。最顯著的一個汽車應用是1956年,法國汽車制造商雪鐵龍用尼龍制作塑料散熱器風扇。


      尼龍已經被應用于各種汽車零部件超過50年


      而近年來,隨著尼龍聚合、改性和加工成型技術的發展,尼龍材料在汽車工業中的應用領域日益廣闊。多品種、高性能、專用化是當前尼龍工程塑料在汽車工業中應用研究的重點。


      目前世界PA和PA66在汽車市場中的應用占有比例分別為34%和50%,但隨著日趨嚴格的環保要求,PA樹脂和配混料不斷開發出綜合性能更優和滿足專門性能的PA改性配混料,新牌號層出不窮,汽車是PA最大應用市場,反過來又影響和促進PA改性料向高性能化、系列化和專用化方向發展和新牌號的研究開發。預計未來PA在汽車上應用仍將保持較高的需求增長率,尼龍原料廠、加工廠和最終用戶合作開發高性能、容易加工、低成本、針對性強和環境更友好的專用PA新配混料來擴大應用,進入新的汽車部件市場。


      回顧尼龍發展史,尼龍產業在國民經濟社會發展占據著重要地位。未來尼龍仍將繼續在相關產業飛速發展,促進工程塑料高性能化進程。(來源21中塑在線,艾邦高分子再編輯整理)







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