Нейлон: история изобретения и свойства¶

Нейлон — синтетическое полиамидное волокно, впервые полученное в 1935 году американским химиком Уоллесом Карозерсом в лаборатории компании DuPont. Нейлон стал первым в мире полностью синтетическим волокном, произведённым промышленным способом, что ознаменовало начало эры синтетических материалов в текстильной промышленности.

¶История изобретения

Разработка нейлона велась в рамках программы DuPont по созданию синтетического заменителя шёлка. В 1930 году группа Уоллеса Карозерса синтезировала полимер, получивший название «суперполиамид», однако первые образцы обладали низкой температурой плавления и растворялись в горячей воде. К 1934 году исследователи получили полигексаметиленадипамид (полиамид 66), который плавился при 263 °C и не разрушался в воде.

Промышленное производство началось в 1938 году на заводе в Сили (штат Делавэр). Первоначально материал использовался для изготовления щетины зубных щёток, а в 1940 году DuPont выпустила первые нейлоновые чулки, которые произвели сенсацию на рынке: за первый день продаж в Нью-Йорке было реализовано около 780 тысяч пар.

Во время Второй мировой войны нейлон был переориентирован на военные нужды — из него изготавливали парашюты, тросы, шины для самолётов и бронежилеты. После войны материал вернулся на гражданский рынок, и в 1945 году началась массовая продажа чулок, что вызвало так называемые «нейлоновые бунты» — давку и ажиотаж в магазинах США.

¶Химическая структура и синтез

Нейлон относится к классу полиамидов — полимеров, в молекулах которых повторяющиеся звенья соединены амидными группами (-CO-NH-). Наиболее распространённая разновидность, нейлон-66, получается поликонденсацией адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Каждый из мономеров содержит по шесть атомов углерода, отсюда цифра «66» в названии.

Процесс производства включает несколько стадий: синтез мономеров, поликонденсацию в расплаве при температуре около 280 °C в инертной атмосфере, формование нити через фильеры и вытяжку для ориентации полимерных цепей. Вытяжка увеличивает прочность волокна в 3–4 раза за счёт выпрямления и параллельной укладки макромолекул.

¶Физико-механические свойства

Нейлон обладает комплексом свойств, определивших его широкое применение:

• Высокая прочность — разрывная прочность нейлоновой нити выше, чем у натурального шёлка и хлопка.
• Эластичность — волокно способно растягиваться на 15–25 % без остаточной деформации, что обеспечивает формоустойчивость изделий.
• Износостойкость — устойчивость к истиранию в несколько раз выше, чем у большинства натуральных волокон.
• Лёгкость — плотность нейлона составляет 1,14 г/см³, что легче хлопка и полиэстера.
• Химическая стойкость — устойчив к действию щелочей, масел, бензина и многих растворителей; разрушается концентрированными кислотами.
• Термостойкость — температура плавления нейлона-66 составляет около 260–265 °C, длительная эксплуатация возможна до 120 °C.
• Низкая гигроскопичность — впитывает влагу в пределах 4–8 %, что делает ткань быстросохнущей, но снижает комфорт при носке в жаркую погоду.

К недостаткам нейлона относят низкую светостойкость (разрушается под действием ультрафиолета), накопление статического электричества и склонность к пиллингу — образованию катышков на поверхности ткани.

¶Разновидности

Помимо нейлона-66, промышленное значение имеют другие типы полиамидов:

• Нейлон-6 (поликапролактам) — разработан в Германии в 1938 году Паулем Шлаком, производится полимеризацией капролактама. Более дешёвый в производстве, но несколько уступает нейлону-66 по термостойкости.
• Нейлон-11 и нейлон-12 — получают из растительного сырья (касторового масла), отличаются повышенной влагостойкостью и гибкостью.
• Ароматические полиамиды (арамиды) — например, кевлар и номекс, обладают сверхвысокой прочностью и термостойкостью, используются в бронезащите и огнестойкой одежде.

¶Применение

Сферы использования нейлона охватывают практически все отрасли промышленности:

• Текстильная промышленность — чулочно-носочные изделия, спортивная одежда, купальники, зонты, плащевые ткани.
• Технические изделия — канаты, тросы, рыболовные сети, щетина для щёток, фильтровальные материалы.
• Машиностроение — шестерни, подшипники, втулки, вкладыши, работающие без смазки, благодаря низкому коэффициенту трения.
• Электротехника — изоляция проводов, корпуса разъёмов, детали электроинструмента.
• Медицина — хирургические нити, сетчатые имплантаты, компоненты протезов.
• 3D-печать — нейлоновая нить для FDM-принтеров, отличающаяся прочностью и гибкостью напечатанных деталей.

¶Экологические аспекты

Нейлон относится к нефтехимическим полимерам и не подвергается биологическому разложению. Срок его полного распада в окружающей среде оценивается в 30–40 лет. Переработка нейлона возможна механическим способом (измельчение и переплавка) и химическим (деполимеризация до мономеров), однако реальный уровень вторичной переработки остаётся невысоким. В последние десятилетия развивается производство нейлона из возобновляемого сырья, в частности полиамида 11 из касторового масла.