Нейлон (полиамид-6,6). Нейлон- синтетический полиамид, один из самых распространенных полимеров, используемых в качестве волокна. Виды- анид (найлон-66) — презентация

Современный турист на 80 % состоит из… нейлона. Как и почему это произошло — читайте в нашей статье

В 1939 году на Всемирной выставке в Нью-Йорке компания DuPont встречала посетителей макетом 12-метровых женских ножек, одетых в чулки из невиданного доселе синтетического материала. Рекламный шоу-стоппер оказался отличной метафорой: именно в этот день изобретение американского химика Уоллеса Хьюма Карозерса, названное нейлоном, начало свое триумфальное шествие по планете.

В течение многих десятков лет нейлоновая «дорога» напоминала то хайвей, то заросшую бурьяном тропинку, но безраздельное господство естественных материалов ушло в прошлое навсегда. Натуральный шелк уступил место синтетике, а великий шелковый путь передал эстафету не менее великому нейлоновому.

Уоллес Хьюм Карозерс (англ. Wallace Hume Carothers) — американский ученый и изобретатель, ведущий химик-органик компании DuPont, решил непростую задачу синтеза полимера с высокой молекулярной массой 28 февраля 1935 года. Новый синтетический материал получил название полиамид 6,6. Однако его коммерческое использование под именем нейлон началось спустя три с лишним года. Карозерс не дожил до премьеры совсем немного — 28 апреля 1937 года он покончил с собой, сдавшись в борьбе с острым психическим расстройством, преследовавшим его всю жизнь.

Уоллес Хьюм Карозерс — американский ученый, ведущий химик-органик компании DuPont, изобретатель нейлона

На протяжении без малого десяти лет, в течение которых Уоллес Карозерс возглавлял лабораторию DuPont, известную также как «Зал чистой науки» (Puruty Hall), под его руководством были впервые синтезированы полиэфир, больше известный как полиэстер, неопрен и нейлон. Все три полимера теперь широко используются в производстве материалов для outdoor, поэтому лабораторию DuPont можно смело считать колыбелью многих современных экипировочных технологий.

Америка всегда была территорией бизнеса, поэтому не удивительно, что изобретение нейлона сразу заинтересовало коммерсантов. Чулочный старт коммерческого использования нейлона оказался на редкость успешным: в первый день продаж счастливыми обладательницами новеньких чулок стали миллион женщин. И это несмотря на то что нейлоновые чулки были заметно дороже шелковых.

В наши дни довольно сложно представить себе, как искусственный нейлон может быть дороже натурального шелка, но в то время все было именно так. Нейлон был не только дороже, но и намного престижнее. Обладание нейлоновыми чулками подчеркивало особый статус владелицы и ее финансовое положение.

Дороговизна и престижность нейлоновых изделий нашли отражение даже в творчестве таких, казалось бы, бесконечно далеких от коммерции людей, как, например, Владимир Высоцкий. В своей песне «Диалог у телевизора» он упоминает одну из разновидностей нейлоновых тканей:

Мои друзья хоть не в болонии, Зато не тащат из семьи…

Болонья — тоже нейлоновая ткань с водонепроницаемым покрытием — была широко известна в середине 1970-х как материал для производства довольно недешевых непромокаемых курток и плащей.

Коммерческое использование нейлона в Америке прерывалось лишь однажды, во время Второй мировой войны. Прочность и легкость нового материала привели к тому, что нейлон был признан стратегическим материалом, и все мощности по его производству были задействованы на изготовлении изделий для армии, главным образом — парашютов. Первые парашюты из нейлона — материала «тоньше паутины и прочнее стали» — появились в 1938 году. И по сей день сочетание цены, прочности, легкости и долговечности нейлона в производстве парашютов остается непревзойденным.

Что за ткань

Химическая компания Dupont дала жизнь многим синтетическим материалам, и нейлон из их числа. Через 3 года после создания ученые стали заниматься синтетическими полиамидами вплотную. По одной из версий, название Nylon появилось как аббревиатура от «Нью-Йоркская Лаборатория органических нитросоединений», хотя эта информация так и не была подтверждена.

Американский нейлон дал начало многим синтетическим тканям: капрону, ундекану, аниду. Среди синтетических полиамидных волокон, аналогичных нейлону, – энант или найлон 7. Хотя за рубежом все эти разновидности именуются нейлоном.

Что это за ткань – нейлон, и в чем ее особенности? Нейлоновая нить получается методом химического синтеза. Она характеризуется прочностью, при этом имеет малый вес. Если капрон и анид представляют собой разновидности нейлона, то полиэстеровые полотна получают иным методом. В основе нейлона – полиамиды, а ПЭ изготавливают из полиэтилентерефталатов. Что выбрать – нейлон или полиэстер – зависит от назначения изделия. Первый прочнее и не впитывает влагу, зато полиэстер не реагирует на ультрафиолет. Оба материала одинаково часто используются в производстве рипстоп – таких тканей, что нашли применение в военном деле.

Синтетическое волокно на основе полиамидов отличается меньшим весом и гладкой структурой. Материал выглядит технологично, просвечивает, но после обработки приобретает привлекательный вид. По описанию, эта ткань обладает завидной прочностью на разрыв, за что ее ценят в текстильной промышленности.

Кевлар тоже родственник нейлона

Кевлар — удивительное волокно, тоже полиамид, ткань из которого настолько прочна, что может останавливать пули, — был впервые получен в середине 60-х годов XX века все в тех же лабораториях DuPont. С 1971 года началось его коммерческое использование. Кевлар отличается от нейлона одной группой атомов, но прочность его выше в сотни раз. Правда, при этом он заметно тяжелее. Кевлар применяется там, где нужно усилить сопротивляемость изделия разрыву или истиранию, например в трекинговой обуви или одежде для мотоциклистов.

Состав

Нить нейлоновая имеет 100%-синтетический состав, однако ее нередко включают в полотна натурального или искусственного происхождения. Нейлон способен усилить хлопок и шерсть, а также вискозу, лиоцелл и другие целлюлозные волокна.

Химическая формула имеет вид: [-OC-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-]n. Если в составе нейлона нет вспомогательных компонентов, то получается прочная, не склонная к растяжению ткань. Нейлон 100% имеет уникальные характеристики: высокую степень кристалличности и температуру плавления, низкий коэффициент трения.

Нейлоновое волокно используется в производстве пленок и тонких покрытий. Для получения жесткого нейлона требуется залив в форму жидкого полиамида под высоким давлением. Такой метод используется при изготовлении пластмасс.

Получение

Полиамиды получают поликонденсацией амидов многоосновных кислот с альдегидами, поликонденсацией высших аминокислот или диаминов с дикарбоновыми кислотами, конденсацией капролактама и солей диаминов дикарбоновых кислот и др.

Схема получения полиамидных волокон и нитей строится на базе синтеза капролактама из бензола, его полимеризации в полиамид и дальнейшей переработке в волокна и нити. Технологический процесс получения полиамидных волокон включает в себя три основных этапа: синтез полимера, формование и его текстильную обработку. Перерабатывают полиамид литьем под давлением, экструзией, прессованием, полимеризацией в форме (капролон), пневмо- и вакуум-формованием.

Полиимид , в отличие от фторопласта, легко подвергается травлению в концентрированных щелочах, что позволяет готовить сквозные отверстия в пленке. Таким методом получают электрические переходы при формировании многослойных коммутационных плат на полиимидной пленке. Чтобы использовать ее как подложку для вакуумного напыления тонкопленочных проводниковых слоев (обычно Cr-Си), необходима предварительная обработка — активация поверхности с целью преодоления ее адгезионной инертности. Активация представляет, по существу, частичную деструкцию или модификацию внешних слоев с образованием ненасыщенных адсорбционно-способных связей. Достигается это в результате воздействия концентрированного (около 250 г/л) раствора NaOH с добавкой жидкого стекла при 353 К (80 °С). Возможна и активация поверхности полиимида в плазме тлеющего разряда в атмосфере кислорода, однако такой обработки недостаточно для надежной металлизации, особенно если платы в процессе дальнейшей обработки и эксплуатации подвергаются изгибам. Полиимид вполне стабилен при нагреве в вакууме, поэтому его используют как подложки гибких тонкопленочных коммутационных плат (резистивные элементы на таких подложках не изготавливают). В отличие его tg[pic]=0,003. Полиимид обладает повышенным влагопоглощением, и, вероятно, поэтому диэлектрические потери уменьшаются с повышением температуры: так, при 493 К его tg[pic]=0,0006. Недостаток полиамида-повышенное влагопоглощение (1 … 3% за 30 сут.), поэтому он нуждается в технологической сушке (особенно при изготовлении изделий из пресс-порошков) и защите.

Виды и их свойства

Характеристики синтетики определяются ее разновидностями. Выделяют различные марки нейлона, которые отличаются по плотности, жесткости, назначению. Выделим основные виды полиамидных тканей:

• nylon 66 – он же анид, обычно выпускается в виде моноволокна или комплексных нитей. Идет на изготовление чулочно-носочных изделий, искусственного меха и др. Плотность нейлона данного типа составляет 1. 14. Это самый распространенный полиамид, объем которого на рынке составляет более 40%;
• нейлон 7 – свойства ткани сопоставимы с предыдущей разновидностью, однако данный вид боле эластичный и прочный. Известен как энант;
• капрон – эластичная разновидность, нашедшая широкое применение в производстве одежды и аксессуаров. Температура плавления – 215 °С;
• ундекан или рильсан – эластичное полиамидное волокно, широко используется при изготовлении плащей;
• нейлон 4 или 40d – известен как рипстоп. Комбинированная ткань из армированной нити с нейлоном. Обладает высокой прочностью на разрыв;
• баллистический нейлон – разновидность рипстоп. Производится из 1050D или 840D нитей. Используется при изготовлении военной одежды и бронежилетов. Баллистик защищает военных от осколочных ранений и взрывной волны. Материал дополнен водоотталкивающим покрытием и полиуретаном. В настоящее время вытесняется кевларом;
• нейлон 600d – тонкая и легкая разновидность, где числовой показатель указывает на толщину нити, исходя из массы. Используется преимущественно для пошива рюкзаков;
• нейлон PA 12 – улучшенная разновидность анида, известна как нейлон водонепроницаемый. Нейтрален к воздействию растворителей и солей. Прочен и износоустойчив, но имеет меньшую температуру плавления – 178 °С;
• шовный нейлон – материал, используемый в хирургии. Из него получают нити, которыми скрепляют раны и постоперационные швы.

Под названием «нейлон» идут не только полиамидные ткани. Так нейлон рома представляет собой трикотаж для пошива одежды. В его составе присутствуют полиэстер, вискоза и лайкра.

Свойства нейлона не позволяют носить верхнюю одежду из этого материала без утеплителя. Обычно синтетику дополняют экопухом или синтепоном. Верх изделия и подкладочная ткань могут быть нейлоновыми, а вот прослойку подбирают теплосберегающую, чаще на основе ПЭ.

Помимо нейлоновых полотен, встречаются и нетканые материалы. Сетка нейлон идет в качестве ограждений, декоративных конструкций. Сетчатый материал с мелким зерном используется в фильтрах.

Полиамиды нашил применение в 3D-печати. Так, на смену PLA и AB-пластике пришла печать нейлоном. Это технологичный материал, который позволяет создавать объемные модели с минимальными усилиями на профессиональном уровне.

Как улучшают нейлон

Эластичный нейлон

Обычное нейлоновое полотно не растягивается, и это затрудняет его использование в одежде. Часто для увеличения эластичности материала к нейлоновой нити добавляются эластомеры — полимерные волокна с высокой степенью растягиваемости. Сами по себе эластомерные волокна недостаточно прочны, поэтому применяются обычно в сочетании с нейлоновой или полиэстеровой нитью.

Пожалуй, самый знаменитый эластомер — эластан,более известный как лайкра, был впервые получен в 1959 году компанией Invista. Марка Lycra — это коммерческое название эластана, производимого Invista. Известно еще одно название эластана — спандекс.

Нейлон с лайкрой чаще всего применяется в спортивной одежде, которая должна плотно облегать и тянуться. Такую одежду используют, к примеру, велосипедисты-шоссейники. Эластичный материал не препятствует движениям, а гладкость и плотное прилегание к телу не создают аэродинамических помех. На ярлыке такого изделия скорее всего будет надпись: Polyamid 80 %, Lyсra 20 % или Nylon 80 %, Lykra 20 %.

Нейлоновую нить можно сделать эластичной и без добавления эластомеров. Для этого волокну придают так называемую извитость, после чего оно становится похоже на пружинку, а его растягиваемость про сравнению с ровной нитью существенно увеличивается.

Рипстоп

Армирующие нити вплетены в полотно из более тонких волокон

Рипстоп (англ. ripstop) — термин английского происхождения, буквально переводится как прекращение разрыва. Технология ripstopувеличивает прочность тканого полотна с помощью вплетения в него более плотных и прочных нитей. Чтобы не слишком утяжелять ткань, армирующие нити вплетают через равномерные промежутки, в результате чего на полотне образуется узор «в клеточку». Сетка из более плотных нитей укрепляет полотно и делает его устойчивым к разрывам. Даже если ткань будет пропорота гвоздем, то разрыв, скорее всего, будет остановлен на границе такой клетки.

Кордура

Этот тип прочной и износостойкой нейлоновой ткани изобретен и запатентован компанией DuPont, а затем продан Invista. Несмотря на то, что Cordura® — это торговая марка, кордурами принято называть все крепкие нейлоновые ткани.

Часто для улучшения водоотталкивающих свойств поверхность нейлоновых тканей или даже отдельных волокон покрывают тонким слоем полиуретана или силикона. Такие ткани используются, к примеру, для изготовления тентов палаток.

Слой полиуретана (PU) обычно наносится на внутреннюю поверхность ткани и, в зависимости от толщины пленки, придает материалу большую или меньшую водонепроницаемость. Например, считается, что нейлоновое дно хорошей туристской палатки должно иметь водонепроницаемость не менее 8000 мм водного столба. За величину этого показателя как раз и отвечает толщина полиуретанового покрытия.

Силиконовое покрытие нейлона отталкивает воду благодаря очень низкой смачиваемости силикона. Силиконизированная ткань обычно легче нейлона с PU-покрытием и довольно скользкая на ощупь.

Смесовые ткани

Натуральные шерстяные или хлопчатобумажные ткани давным-давно зарекомендовали себя как очень удобные и приятные в носке. Однако они обладают некоторыми недостатками. Один из главных — плохая износостойкость. Шерсть к тому же тянется или, наоборот, усаживается при стирке. Для того чтобы улучшить характеристики натуральных тканей, к ним добавляют синтетические волокна, и часто это именно нейлон. Добавление нейлоновых нитей придает изделию дополнительную прочность, износостойкость и практичность.

Преимущества

На ощупь материал нейлон гладкий и шелковистый. Его сравнивают с шелком, но между этими материалами мало общего, кроме гладкости и блеска. По прочности полиамид превосходит натуральные материалы. Он не пропускает воздух и считается водостойким. Такие характеристики позволяют использовать нейлоновое полотно в качестве защитного покрытия.

К прочим преимуществам можно отнести:

• простоту ухода – ткань не накапливает грязь и не нуждается в частых стирках. В случае загрязнения легко отстирывается в мыльном растворе, не требует глажки и специальных условиях хранения;
• доступную цену – дешевизна сырья и минимум ручного труда при изготовлении позволяют снизить себестоимость. Материал представлен на рынке в большом разнообразии и достаточном количестве;
• легкость – с учетом высокой прочности и малого веса полотно получается необыкновенно практичным и удобным в эксплуатации. Недаром его активно используют в военной промышленности и при изготовлении защитной экипировки;
• формоустойчивость – полотно не деформируется, не дает усадку и остается в первозданном виде даже при длительной эксплуатации;
• эстетичность – ткань представлена в разнообразных цветах, а приятный глянец и гладкая фактура делают вид полотна привлекательным. По этой причине ткань все чаще используют при изготовлении одежды и аксессуаров.

Технология производства

Производство полиамидов осуществляется двумя способами :

• полимеризацией капролактама (для поли-е-капрамидов), которая осуществляется преобразованием циклической связи N-C в линейный полимер;
• цепной реакцией поликонденсации гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (для поли-ц-бензамидов), в результате которой формируются цепи полиамида.

Оба процесса могут выполняться в непрерывном (самый распространенный) и периодическом режимах.

Непрерывный технологический процесс полимеризации капролактама состоит из следующих этапов:

1. Подготовительный. На этом этапе получают соль АГ из адипшювой кислотой и гексаметилендиамина. Для этого адипшювую кислоту растворяют в метаноле в специальном аппарате, оснащенном мешалкой и обогревом. Одновременно происходит расплавление порошка капролактама в плавителе, оснащенном шнековым питателем;
2. На втором этапе происходит полимеризация . Это осуществляется следующим образом: подготовленный раствор вводят в колонну полимеризации. Используются колонны одного из трех типов: Г-образного, вертикального или U-образного. Туда же поступает расплавленный капролактам. Возникает реакция нейтрализации и раствор закипает. Образующиеся пары поступают в теплообменники;
3. На следующем этапе полимер из колонны в расплавленном виде выдавливается в специальную фильеру , а затем поступает на охлаждение. Для этого предусмотрены ванны с проточной водой или поливочные барабаны;
4. В охлажденном виде посредством валков или направляющих жгуты и ленты полимера поступают к измельчающему станку;
5. На следующем этапе полученная полиамидная крошка промывается горячей водой и фильтруется от низкосортных примесей;
6. Завершается технологический процесс высушиванием полиамидной крошки специальных сушилках вакуумного типа.

Непрерывный технологический процесс поликонденсации (получение поли-ц-бензамидов) включает этапы, аналогичные полимеризации капролактама. Разница заключается в методах обработки сырья.

• процесс получения солей АГ такой же, как и при полимеризации, но после выделения они кристаллизуются и в реактор подаются в виде порошка, а не раствора;
• цепная реакция поликонденсации происходит в реакторе-автоклаве . Это цилиндрический аппарат горизонтального типа с мешалкой;
• поликонденсация осуществляется в среде чистого азота при t=220°С и Р=1,76МПа. Продолжительность процесса от одного до двух часов. Затем давление на один час снижают до атмосферного, после чего вновь проводят реакцию при Р=1,76МПа. Полный цикл получения полиамида этого вида проходит в течение 8-ми часов ;
• после его окончания расплавленный полиамид фильтруется, охлаждается и измельчается на гранулы, которые просушиваются горячим воздухом в пневматических сушилках.

Недостатки

Минусы у полиамидного волокна также имеются. Не забудем, что это синтетика с характерными особенностями: низкой воздухопроводностью, негигроскопичностью и малой гигиеничностью. Лицам с повышенной чувствительностью кожи не стоит носить нейлоновые вещи, так как возможны аллергические реакции и раздражение. К недостаткам синтетики причисляют:

• накапливает статическое электричество;
• выгорает под солнечными лучами;
• оплавляется при высоких температурах;
• теряет прочность при контакте с хлором.

Чаще полиамидное волокно воспринимают как техническую ткань, которая не предназначена для прямого контакта с телом, но которая способна улучшать характеристики верхней одежды и других изделий.

Область применения

В чистом виде синтетика применяется редко. Обычно полиамидными волокнами усиливают натуральные или искусственные нити. Изделия из нейлона различаются по назначению и свойствам. Тонкая и прочная ткань идет в качестве подкладочной или защитной. Чаще нейлоновые полотна используются при пошиве верхней одежды: курток, ветровок. Востребованы плащи и дождевики из нейлона. Подобная одежда защищает от дождя и ветра, но не согревает. По этой причине нейлоновые изделия дополняют подстежками с теплосберегающими свойствами.

Женщинам доступны колготки и чулки из нейлона. Несмотря на низкие показатели терморегуляции, нейлоновые волокна нередко используются при изготовлении термобелья и изделий для похудения. Именно синтетика обеспечивает так называемый «эффект сауны».

В производстве аксессуаров полиамидные ткани также нашли применение. Из нейлона делают сумки и рюкзаки, перчатки и украшения для волос. Нейлоновые ремешки и браслеты для часов отличаются прочностью и имеют привлекательный внешний вид.

Рукодельницы используют пряжу с добавлением полиамидных волокон для повышения прочности изделий. Нейлоновые нитки идут на изготовление ковриков и циновок, чехлов и предметов декора. В интерьере найдется место для легких и полупрозрачных занавесок с полиамидным волокном. Причем синтетика менее прихотлива в уходе и служит дольше.

В туризме, военном деле и спорте технологичная ткань также востребована. Она используется как парашютный материал, из нее шьют фартуки и защитную одежду. Тросы и веревки из нейлона характеризуются высокой прочностью и не истираются. Из промышленной синтетики изготавливают палатки, защитные пленки, укрывной материал. Популярность приобрели гитарные струны из нейлона.

Уход

Неприхотливость материала – одно из главных достоинств. Уход и обработка нейлоновых полотен не вызывают затруднений. Ткань не накапливает грязь, но если вещь все-таки нуждается в стирке, то достаточно застирать изделие в мыльной воде при температуре 30 °С. Порошки подбираются щадящие, без отбеливателей и хлора. Отжимать изделие можно в машинке или вручную, но без чрезмерного выкручивания.

Гладить нейлон требуется в исключительных случаях. Ткань не склонна к сминанию – если изделие высушить расправленным, то утюжка не потребуется. Высокие температуры опасны для нейлоновых изделий, по этой причине их глядят в режиме «шелка» без пара.

Чтобы вещь оставалась привлекательной и не теряла цвет, ее не сушат под прямыми солнечными лучами. Также нейлоновые изделия стирают отдельно от цветных вещей.

Уважаемые читатели сайта Tkan.Club, если у вас остались вопросы по этой теме – мы с радостью на них ответим. Оставляйте свои отзывы, комментарии, делитесь историями если имели дело с этим материалом! Ваш жизненный опыт может пригодиться другим читателям.