Нейлоновые волокна

Нейлоновые волокна — это синтетические полимерные волокна, получаемые из полиамидов, в первую очередь из полигексаметиленадипинамида (нейлон-6,6) и поликапролактама (нейлон-6). Относятся к классу химических волокон и являются одними из первых полностью синтетических волокон, созданных человеком. Ключевые характеристики нейлоновых волокон — высокая прочность на разрыв, упругость, износостойкость, устойчивость к истиранию и действию многих химических веществ, а также способность сохранять форму после термофиксации.

История

Открытие и первые разработки

История нейлоновых волокон началась в 1930-х годах в лабораториях компании DuPont (США). Под руководством химика Уоллеса Карозерса была разработана технология синтеза полиамидов. В 1935 году был впервые получен полигексаметиленадипинамид (нейлон-6,6), а в 1938 году DuPont объявила о создании нового синтетического волокна, названного «нейлон». Первая промышленная установка по производству нейлоновых волокон была запущена в 1939 году в городе Сифорд (штат Делавэр, США).

Внедрение и массовое производство

Первоначально нейлон использовался для производства женских чулок, которые поступили в продажу в 1940 году и мгновенно завоевали популярность благодаря своей прочности и эластичности. Во время Второй мировой войны (1939–1945) производство нейлона было переориентировано на военные нужды: из него изготавливали парашюты, шины для колёс, тросы, палатки и другие изделия. После войны нейлон стал широко применяться в текстильной промышленности, машиностроении и быту.

Развитие в СССР и России

В Советском Союзе разработка синтетических волокон началась в 1940-х годах. В 1948 году было освоено промышленное производство полиамидного волокна из капролактама, получившего название капрон (аналог нейлона-6). Крупные производства были созданы в городах: Клин (Московская область), Волжский (Волгоградская область), Кирово-Чепецк (Кировская область) и других. В 1960-х годах капрон стал одним из основных видов синтетических волокон в СССР, используемым для производства технических тканей, корда для шин, рыболовных сетей и бытовых изделий (чулок, носков, трикотажа). В постсоветский период производство нейлоновых волокон в России сократилось, но сохранилось на ряде предприятий, таких как «КуйбышевАзот» (Самарская область) и «Щёкиноазот» (Тульская область).

Химический состав и получение

Сырьё

Основным сырьём для производства нейлоновых волокон служат продукты нефтехимии: адипиновая кислота, гексаметилендиамин (для нейлона-6,6) или капролактам (для нейлона-6). В процессе поликонденсации или полимеризации образуются длинные макромолекулы полиамида.

Технология производства

Процесс получения нейлоновых волокон включает несколько этапов:

1. Синтез полимера — получение полиамида в виде гранул или крошки.
2. Плавление — полимер нагревают до температуры плавления (около 260–280 °C для нейлона-6,6).
3. Формование — расплав продавливают через фильеры (металлические пластины с мельчайшими отверстиями) в поток холодного воздуха. Образующиеся нити затвердевают.
4. Вытяжка — нити растягивают в 4–6 раз для ориентации молекул вдоль оси волокна, что увеличивает прочность и упругость.
5. Термофиксация — нити нагревают для стабилизации структуры.
6. Крутка и текстурирование — придание волокну заданных свойств (объёмности, извитости).

Классификация

По химическому составу

• Нейлон-6,6 (полигексаметиленадипинамид) — более прочный и термостойкий, используется для технических изделий.
• Нейлон-6 (поликапролактам) — более эластичный, легче окрашивается, применяется в текстиле.
• Нейлон-11 и нейлон-12 — менее распространены, обладают повышенной гибкостью и устойчивостью к влаге.

По типу волокна

• Мононить — одиночное непрерывное волокно (леска, струны).
• Комплексная нить — несколько элементарных нитей, скрученных вместе (текстильные нити).
• Штапельное волокно — короткие отрезки (резка) длиной 30–120 мм, используемые для производства пряжи.
• Текстурированное волокно — объёмное, извитое, с повышенной воздухопроницаемостью (эластик, лайкра).

По назначению

• Текстильные — для одежды, чулочно-носочных изделий, трикотажа.
• Технические — для корда, ремней, канатов, фильтров, щетины.
• Специальные — для медицинских нитей (шовный материал), парашютов, бронежилетов.

Свойства

Физико-механические

• Плотность: 1,14–1,15 г/см³.
• Прочность на разрыв: 40–85 сН/текс (у высокопрочных модификаций до 100 сН/текс).
• Удлинение при разрыве: 15–45 % (в зависимости от вытяжки).
• Упругость: после снятия нагрузки восстанавливает форму на 90–95 %.
• Износостойкость: в 10–20 раз выше, чем у хлопка.
• Термостойкость: плавится при 215–265 °C (в зависимости от типа), начинает размягчаться при 180–200 °C.

Химические

• Устойчив к действию щелочей, масел, бензина, спиртов.
• Разрушается под действием концентрированных кислот (серной, азотной).
• Подвержен гидролизу при длительном воздействии воды и высокой температуры.
• Фотохимическая деструкция: под действием ультрафиолета теряет прочность (желтеет, становится хрупким).

Гигиенические

• Низкая гигроскопичность (впитывает 3–5 % влаги).
• Электризуется (накапливает статическое электричество).
• Плохо пропускает воздух (в текстиле часто комбинируют с хлопком или вискозой).

Применение

Текстильная промышленность

Нейлоновые волокна широко используются для производства:

• Чулочно-носочных изделий (колготки, носки, гольфы).
• Спортивной одежды (купальники, лыжные костюмы, ветровки).
• Бельевого трикотажа.
• Плащевых и курточных тканей.
• Искусственного меха и ковровых покрытий.

Технические изделия

• Корд для автомобильных шин (усиливает каркас).
• Канаты, верёвки, шнуры (для альпинизма, судоходства, такелажа).
• Рыболовные сети и лески.
• Фильтровальные ткани (для химической, пищевой промышленности).
• Ремни, ленты, стропы.
• Щётки и ворсовые материалы.

Медицина

• Хирургические шовные нити (не рассасывающиеся, стерильные).
• Искусственные сосуды и протезы (в комбинации с другими материалами).

Военная и авиационная промышленность

• Парашюты (ткани из нейлона обладают высокой прочностью и малой массой).
• Бронежилеты (в составе композитных материалов).
• Чехлы и упаковка для техники.

Интересные факты

• Название «нейлон» было выбрано DuPont как случайное сочетание букв, не имеющее смысла, чтобы избежать ассоциаций с другими словами. Существует популярная, но недостоверная версия, что название образовано от New York (NY) и London (LON).
• Первые нейлоновые чулки были представлены на Всемирной выставке 1939 года в Нью-Йорке. В первый день продаж (15 мая 1940 года) было продано 4 миллиона пар.
• В СССР нейлоновые волокна называли «капрон» (от капролактама). В 1960-х годах капроновые чулки считались дефицитом и символом моды.
• Нейлон-6,6 плавится при более высокой температуре (265 °C), чем нейлон-6 (215 °C), что делает его более термостойким.
• Из нейлоновых волокон изготавливают щетину для зубных щёток — она долговечнее натуральной.

Источники

• Карозерс У. «Полиамиды и синтетические волокна» (1937).
• Энциклопедия полимеров. Том 2. — М.: Химия, 1974.
• Технология химических волокон / под ред. А. А. Конкина. — М.: Химия, 1980.
• Справочник по текстильным волокнам / под ред. В. Е. Гусева. — М.: Легкая индустрия, 1979.
• Материалы ОАО «КуйбышевАзот» (Самара) — описание производства капрона.
• ГОСТ 28106–89 «Волокна и нити полиамидные. Технические условия».