尼龙
 Nylon | |
|---|---|
| 密度 | 1.15 g/cm³ |
| 电导率 (σ) | 10-12 S/m |
| 热导率 | 0.25 W/(m·K) |
| 熔点 | 463 K - 624 K 190°C - 350°C 374°F - 663°F |
尼龙（英语：Nylon），又译为奈纶、耐纶、尼纶、锦纶，是一种人造聚合物、纤维、塑料，发明于1935年2月28日，发明者为美国威尔明顿杜邦公司的华莱士·卡罗瑟斯。1938年尼龙正式上市，最早的尼龙制品是牙刷刷毛，于1938年2月24日开始出售；妇女穿的尼龙袜，于1940年5月15日上市。尼龙纤维是多种人造纤维的原材料，而硬质尼龙也被用在建筑业中。
历史
Nylon这名词的起源，众说纷纭。有此一说，它是NY（美国纽约，New York）和Lon（英国伦敦，London）的缩写拼在一起组成的，因为这两个地方是最先生产尼龙的地方，但这个说法毫无根据。1940年，杜邦公司有人说Nyl是随意找出来的，而on则是因为许多纤维（比如棉花，英语Cotton）的英语词以on结束。1978年杜邦发表的一篇文章中又称本来他们打算叫它No-Run（“不跑”），但后来为了让它好听些改成了Nylon。另一种比较常见的传说是尼龙是Now You, Lousy Old Nipponnese（轮到你了，老懒日本）的缩写。背景是1930年代大量便宜的日本纺织品冲击西方社会。因此尼龙被看成是一种对付日本的纺织品来说有竞争力的产品。
Nylon这个词虽然非常普及，但从未被用做商标或受到商标保护。
第二次世界大战期间盟军使用尼龙做的降落伞（此前一般用亚洲丝绸制作），此外轮胎、帐篷、绳索等其它军事物资也用尼龙制造。它甚至被用来制造印刷美国货币的纸。战争开始时棉花占纤维原料的80%，其它20%主要是木头纤维。1945年8月时，棉花的占据量降低到75%，而人造纤维的比例上升到了25%。
在中国大陆，尼龙纤维最早由锦州有机化工厂带领研发，故名锦纶。
性能
聚酰胺为韧性角质状半透明或乳白色结晶性树脂，常制成圆柱状粒料，作塑料用的聚酰胺分子量一般为1.5万～2万。各种聚酰胺的共同特点是耐燃，抗张强度高（达104千帕），耐磨，电绝缘性好，耐热(在455千帕下热变形温度均在150℃以上），熔点150～250℃，熔融态树脂的流动性高，相对密度1.05～1.15（加入填料可增至1.6），大都无毒。但树脂中的单体含量过高时，不宜长期与皮肤或食物接触，各国对此常有食品卫生方面的规定。缺点是吸湿性强，贮运中要避免受潮，加工前常需将树脂烘干，否则制品易产生气泡或表面缺陷。此外，在特殊需要光（热）稳定性、尺寸稳定性和冲击强度的场合，纯聚酰胺满足不了要求，通常用改性的方法加以解决。
结构
从化学的角度来看尼龙是一种缩合聚合物，其组成单位由酰胺连接，因此它也是聚酰胺的一种。尼龙是世界上第一种完全人造的纤维，其原材料是碳、氢和氧。从这些原材料中一般合成两种基本化学物质，在大多数情况下己二胺和己二酸。它们被混合在一起聚合形成尼龙。
尼龙66
最常见的尼龙种类之一为尼龙66，其命名源自己二胺和己二酸所含的六个碳原子。在聚合物的链中己二胺和己二酸互相交替，因此与其它聚合物（如蛋白质）不同的是，在尼龙中其酰胺的方向也不断交替。
尼龙66的结构如图所示：
通过氢和氧之间的氢键作用，尼龙66很容易产生结晶。尼龙66的晶体结构如下图所示：
尼龙6
另一种常见的尼龙是尼龙6，也称为聚己内酰胺。精确地说它并不是一种缩合聚合物，因为它的聚合物中含有所有单体己内酰胺的原子。
尼龙6的结构如图所示（左图乃单体己内酰胺，而右图乃聚己内酰胺）：
尼龙66与尼龙6的结构有细微差别，但是两种材料的性能基本相同。
主要品种
包括脂肪族聚酰胺、脂肪-芳香族聚酰胺及芳香族聚酰胺。脂肪族聚酰胺品种多、产量大、应用广泛，既可作纤维，也可作塑料。聚酰胺纤维也称耐纶，它与聚酰胺塑料的产量比为9∶1。脂肪-芳香族聚酰胺品种少，产量也小。芳香族聚酰胺常简称为聚芳酰胺，主要用作纤维，后者称芳香族聚酰胺纤维，俗称芳纶。聚酰胺品种的名称，工业上习惯用单元链节所含碳原子数来表征，可以大体上按聚合物单体分为p型和mp型两种。p型聚酰胺是由氨基酸H2N(CH2)p-1COOH（或内酰胺）制成的。单元链节结构为：[—HN(CH2)p-1—CO—]，如聚酰胺6[—HN(CH2)5CO—]n；聚酰胺11［—HN（CH2）10CO—]n等。它们的名称中6和11分别表示单元链节中的碳原子数。mp型聚酰胺是由二元酸HOOC—（C-H2）m-2COOH与二元胺H2N(CH2)pNH2制成的，单元链节结构为：[—OC—（CH2）m-2CONH(CH2)pNH—]，如聚酰胺66[—OC（C-H2）4CONH(CH2)6NH—]n，聚酰胺1010[—OC（CH2）8CONH(C-H2)10—NH—]n等。它们的名称中66和1010分别表示单元链节中酸和胺的碳原子数。工业生产的聚酰胺塑料主要品种有聚酰胺66、聚酰胺6、聚酰胺610、聚酰胺1010、聚酰胺11、聚酰胺12和共聚酰胺等。按聚酰胺中加入的添加剂不同，聚酰胺又有增强、耐磨、微晶、防老化等不同的改性品种；按加工成型的方法，可分为注塑、挤出、模压、浇铸、烧结等品种；按其形态还可分为粒料、薄膜、粉末和坯料等。
生产方法
生产聚酰胺的起始原料主要来自石油，少量来自煤和植物原料。尼龙66又称聚己二酰己二胺，它的单体己二酸、己二胺和聚酰胺6的单体己内酰胺均主要来自苯加氢制得的环己烷，少部分来自苯酚。尼龙610和尼龙1010的一个单体为癸二酸，以及和尼龙11的单体氨基十一酸均由农林化工产品蓖麻油碱解制得。尼龙12的单体丁二烯则是碳四馏分分离的产物，所有单体在聚合前均加以精制使达聚合级要求。
聚酰胺改性
主要方法是在聚合过程或加工过程中加入适量的添加剂，以赋予树脂多种不同的特性，使之适于多种不同的使用场合。常用的添加剂有：①稳定剂。包括热稳定剂和光稳定剂，它们分别能提高聚酰胺的抗氧化性和耐光性，制得防老化尼龙。若加入细分散的炭黑2％（质量），聚酰胺便可在室外长期使用。②常用玻璃纤维增强材料。制成增强尼龙以提高刚性，降低蠕变性，并使制品的成型收缩率变小、尺寸稳定性变好。用金属纤维增强，不仅模量高，还具导电性。用矿物也有很好的增强效果，且使加工成型容易，成本降低。二硫化钼和聚四氟乙烯也是聚酰胺的增强材料，且可提高耐磨性。③成核添加剂。用于制得微结晶尼龙，可加快脱模时间，使成型周期缩短20％～30％。此外，根据用途不同，还可加增塑剂和润滑剂等。
另一种改性的方法是共聚，共聚尼龙是良好的包覆材料和衬垫密封材料；聚酰胺与聚烯烃嵌段接枝共聚，可大幅度提高冲击强度和尺寸稳定性，降低吸湿性，甚至可制成易加工、低成本的塑料制品。这种解决聚酰胺缺陷的有效途径，是近年来发展改性品种的方向之一。
用途
聚酰胺塑料制品广泛用作各种机械和电器零件，其中包括轴承、齿轮、滑轮泵叶轮、叶片、高压密封圈、垫、阀座、衬套、输油管、贮油器、绳索、传动带、砂轮胶粘剂、电池箱、电器线圈、电缆接头等。还有包装用带、食品用薄膜（熟食用的高温薄膜和清凉饮料用的低温薄膜）的产量也相当大。美国孟山都公司开发适用于反应注射成型的聚酰胺塑料，又称RIM尼龙，很受各国注目，一些国家制成了玻璃增强RIM尼龙大型汽车壳件，使聚酰胺在与金属材料的竞争中，在汽车制造业减轻重量、节能和降低成本等方面找到了又一途径。
聚酰胺纤维（脂肪族）的主要品种有尼龙66和尼龙6，后者又称锦纶。它们强度高，回弹性好，耐磨性在纺织纤维中最高，耐多次变形性和耐疲劳性接近于涤纶，高于其他纤维。它们有良好的吸温性，但耐光和耐热性差。聚酰胺纤维长丝可制做袜子、内衣、衬衣、运动衫、滑雪衫、雨衣等；短纤维可与棉、毛和粘胶纤维混纺，使织物具有良好的耐磨性和强度。还可用作尼龙搭扣、地毯、装饰布等。工业上主要用于制造帘子布、传送带、渔网、缆绳等。
芳香族聚酰胺纤维是特种纤维，主要品种有对位芳香族聚酰胺纤维和间位芳香族聚酰胺纤维。前者最大特点是高强度（钢丝的5～6倍)、高模量(钢丝的2～3倍)、低比重（钢丝的1／5），它耐高温、抗化学腐蚀，但耐紫外线较差。用作高速飞机的轮胎帘子线，深海作业、航天方面的特种缆绳等。后者最大特点是耐高温，在光焰中难燃，具有自熄性，耐老化性能好，但耐紫外线较差。用于易燃、易爆环境的工作服及宇航服、消防服等。用它制成的纸大量用于电绝缘材料。
