尼龙纤维

尼龙纤维来源及种类

　　尼龙(Nylon)纤维学名为聚酰胺(polyamide)纤维﹐其原为杜邦公司所生产之聚己二酰己二胺之商品名﹐即一般通称为尼龙六六(Nylon 66)。聚酰胺纤维是第一个合成高分子聚合物商业化之合成纤维制品﹐其为在1937年由美国杜邦公司卡罗瑟斯(Caarothers)研究发明聚六甲基己二酰胺(即尼龙六六酰)﹐因而开启了合成纤维的第一页﹐其至今仍是聚酰胺纤维的代表。
　　卡罗瑟斯于1928年就在研究聚酯纤维﹐其完成脂肪族二元酸及二元醇之聚酯聚合体之基础研究﹐惟因熔点过低而无法实用。但也因此研究而奠定了今日之PET聚酯纤维之辉煌腾达。卡罗瑟斯对于多数分子之分子间结合为新的巨大分子之反应称为聚合(polymerization)反应。而由缩合(condensation)反应之反复继续结合成巨大分子之反应称为聚缩合(polycondensation)反应。在此观念下卡罗瑟斯自1928年起进行链状之高分子合成研究﹐由聚缩合反应合成了聚酰胺类﹐聚醇缩醛类﹐聚醚类等链状高分子化合物﹐历经无数次之基础研究后于1937年由已二胺和已二酸经聚缩合反应而成的聚六甲基己二酰胺即尼龙六六﹐是最早商业化之高分子合成纤维﹐并于1937年做成了第一双尼龙丝袜﹐杜邦公司旋即在1938年9月取得该专利权并以 “Nylon”为商品名﹐在1939年建立第一个量产工厂﹐当时之产能为4000吨每年﹐1944年达25000吨﹐1948年达35000吨﹐1951年增加到65000吨﹐在此同时英国﹐法国﹐意大利﹐西德﹐日本也相继建厂生产﹐在尼龙六六开始商业化之同时﹐德国法本公司(IG Farben/basf)之施拉克(p.schlack)于1938年提出由已内酰胺(Caprolactum﹐缩称CPL)合成聚己酰胺纤维即尼龙六之专利﹐并取得商品名perlon﹐之后随着聚酰胺纤维工业发展﹐各国之纤维材料研究者陆续进行多种聚酰胺纤维之研究﹐较成熟的有荷兰国家矿业公司之聚丁二酰己二胺即尼龙四六﹐其它还有聚辛酰胺之尼龙八﹐聚壬酰胺之尼龙九﹐聚十二甲基己二胺之尼龙六十二﹐聚十一酰胺之尼龙十一等﹐虽然种类多﹐但仍以尼龙六与尼龙六六为大宗﹐其生产量占聚配备胺纤维之95%以上。
　　(一)﹑聚酰胺纤维性能
　　聚酰胺纤维最突出的优点为耐磨性较其它纤维优越﹐其次为它的弹性佳﹐其弹性回复率可媲美羊毛﹐还有其质轻﹐比重为1.14﹐在已商业化之合成纤维中﹐其仅次于聚丙烯(丙纶﹐比重小于1),而较聚酯纤维(比重1.38)轻﹐因此聚酰胺纤维可加工成细匀柔软且平滑之丝﹐供织造成美观耐用之织物﹐另其同聚酯纤维一样具耐腐性﹐不怕虫蛀﹐不怕发霉之优点。
　　聚酰胺纤维之缺点为耐旋光性稍差﹐如在室外长时间受日照时﹐则易生黄﹐强度下降﹐与聚酯丝相比其保型形性较差﹐因此织物较不够挺拔﹐还有其纤维表面光滑﹐较有蜡状感﹐关于这些缺点近年来已研究出各种改善措施﹐如加入耐光剂以改善耐旋光性﹐或制成异型断面以改善外观及光泽﹐以DTY或ATY加工或与其它纤维混纺或交织﹐以改善手感。
　　聚酰胺纤维之各种性能再详述如下﹕
　　1﹑耐磨性﹕聚酰胺纤维之耐磨性是所有纺织纤维中最好的﹐同条件下﹐其耐磨性为棉花之10倍﹐羊毛之20倍﹐嫘萦(rayon)之50倍﹐如在毛纺或棉纺中掺入15%之聚酰胺纤维﹐则其耐磨度比纯羊毛料或棉料提高3倍。
　　2﹑断裂强度﹕衣料用途聚酰胺纤维长纤其断裂强度为5.0~6.4g/d﹐产业用之高强力丝则为7~9.5 g/d甚至更高﹐其湿润状态之断裂强度约为干燥状态之85%~90%。
　　3﹑断裂伸度﹕聚酰胺纤维之断裂伸度依品种之不同而有所差异﹐强力丝之伸度较低在10~25%间﹐一般衣料用丝25~40%﹐其湿润状态之断裂伸度约较干燥状态高3~5%。
　　4﹑弹性回复率﹕聚酰胺纤维之回弹性极佳﹐长纤之伸度10%时﹐其弹性回复率为99%﹐而聚酯在相同状况下为67%﹐嫘萦则仅32%。
　　5﹑耐疲劳性﹕由于聚酰胺纤维之弹性回复率好﹐因此其耐疲功性也佳﹐其耐疲劳性与聚酯丝接近而高于其它化学纤维及天然纤维﹐在相同之试验条件下聚酯酰胺纤维之耐疲劳性比棉纤维高7~8倍﹐比嫘萦高几拾倍。
　　6﹑吸湿性﹕聚酰胺纤维之吸湿性比天然纤维和嫘萦低﹐但在合成纤维仅次于聚氯乙烯醇(PVA,维纶)而高于其它合成纤维﹐nylon 66在温度20摄氏度﹐相对湿度65%时之含水率为3.4~3.8﹐nylon 6则为3.4~5.0﹐故聚酰胺六之吸湿性略高于聚酰胺六六。
　　7﹑染色性﹕聚酰胺纤维之染色性较天然纤维及嫘萦困难﹐但仍较其它合成纤维易染色﹐一般以酸性染料染色。
　　8﹑光学性质﹕聚酰胺纤维具双折射(birefringence)﹐双折射随延伸比变化很大﹐其在充分延伸后﹐尼龙六六纤维之纵向折射率为1.528﹐横向折射率为1.519﹐尼龙六纤维之纵向折射率为1.580﹐横向折射率为1.530﹐聚酰胺纤维表面光泽度较高﹐通常于聚合添加二氧化钛消光。
　　9﹑耐旋光性﹕聚酰胺纤维之耐旋光性能较差﹐于聚合时添加耐光剂制成纤维后可改善耐旋光性能。
　　10﹑耐热性﹕聚酰胺纤维之耐热性不佳﹐在150摄氏度时历经5小时即变黄﹐170度开始软化﹐到215度开始熔化﹐nylon 66耐热性要较nylon 6好﹐其安全温度分别为130及90度﹐热定型温度最高不能超过150度﹐最好在120度以下﹐但聚酰胺纤维耐低温性佳﹐即使在零下70度之低温使用﹐其弹性回复率变化不大。
　　11﹑耐化学品性﹕聚酰胺纤维耐碱性佳﹐但耐酸性则较差﹐在一般室温调件下﹐其可耐7%之盐酸﹐20%之硫酸﹐10%之硝酸﹐50%之烧碱浸泡﹐结果都不受腐蚀﹐因此聚酰胺纤维适用于防腐蚀工作服﹐另外其可用做渔网﹐不怕海水浸蚀﹐尼龙渔网要比一般渔网寿命长3~4倍。
　　(二) 尼龙六及尼龙六六性能比较/聚酰胺纤维之用途
　　尼龙六及尼龙六六纤维占聚酰胺纤维95%以上，它们的主要性能如附表，其物理性能虽然有差异，但在一般用途上，其在外观、手感、强力及耐磨性都十分接近，从其平织布及针织布亦难分轩轾，因而往往可互相替代，但如从成本考虑，则尼龙六较占优势‧尼龙六长丝之收缩率较尼龙六六略高，其较适合针织物及起绒织物‧尼龙六因具较低之软化点，因此较尼龙六六柔软，但其卷曲变形较困难，故尼龙六六之加工丝卷缩坚牢度较尼龙六优越，故如做裤袜材料，尼龙六六要比尼龙六弹性佳，也较耐穿‧因尼龙六六之熔点较尼龙六高且缩率可较低，因此，用于轮胎帘布较尼龙六于制成轮胎后较能耐高速行驶，轮胎亦可行驶较长之里程‧另尼龙六六与聚酯纤维之熔点接近其与聚酯之交织物，可与聚酯相同之温度同浴染，因此尼龙六六之N/T织物(尼龙及聚酯交织物)要较尼龙六之N/T织物染色牢度佳‧
　　聚酰胺纤维可制成长纤或短纤，其用途如下：
　　1﹑长纤：聚酰胺长纤可单独使用，也可与其它纤维交织，也可假捻加工成加工丝供针织或平织用途，在内衣用途可用于男女儿童服装、被套面料、袜子、雨衣等‧另聚酰胺纤维用于航天员外衣之外层及内里，利用其高度强度来保护航天员不受外层空间陨石之袭击，在家饰布可用于窗帘布、浴帘布及雨伞布等，在产业用途可用于渔网、滤布、缆绳、轮胎帘布、轮送带衬布及降落伞布等‧由于其强力高、耐冲击、耐磨性佳，用于轮胎帘布制成轮胎后其行驶里程较以往之嫘萦轮胎帘布行驶之里程高，据实验证明聚酰胺轮胎帘布轮胎可行驶约三十万公里，而嫘荧萦轮胎帘布轮胎仅能行驶约十二万公里，使用于轮胎帘布之聚酰胺长纤以尼龙六六为大宗，其占尼龙六六纤维使用量约50%‧
　　2﹑短纤：聚酰胺短纤与长纤相比在美国其使用量约占21%，在地毯用纤维中，短纤维占90%以上，而聚酰胺纤维又占地毯纤维用量之53%，另外其可与其它纤维混纺用于袜子、华达呢布料、凡立丁布料、毛毯、滤布等‧
　　Nylon 66和Nylon 6性能比较表
　　纤维品种 Nylon 66 Nylon 6
　　长丝 长丝
　　性能指针 一般丝 强力丝 短纤维 一般丝 强力丝
　　断裂强度
　　Cn/dtx 干 4.94~5.65(5.6~6.4) 5.65~7.68(6.4~7.8) 4.15~5.92(4.7~6.7) 4.4~5.65(5.0~6.4) 5.65~7.68(6.4~8.7)
　　(g/den) 湿 3.97~5.29(4.5~6.0) 4.86~6.89(5.5~7.8) 3.44~5.03(3.9~5.7) 3.70~5.21(4.2~5.9) 5.21~6.53(5.9~7.4)
　　打结强度(%，干强) 80~90 60~70 80~90 70~80
　　干湿强度比(%) 90~95 85~90 83~90 84~92 84~92
　　断裂伸度% 干 26~40 16~24 38~50 28~42 16~25
　　湿 30~52 21~28 40~58 36~52 20~30
　　弹性回复率%(伸长3%时) 95~100 98~100 95~100 98~100 98~100
　　杨氏系数(kg/mm²) 235~318 373~447 100~250 200~450 280~510
　　比重 1.14 1.14
　　吸湿性(%)20℃空气 湿度65% 3.4~3.8 3.5~5.0
　　湿度95% 5.8~6.1 8.0~9.0
　　耐热性 软化点235℃，150℃，5hr变黄 熔点260℃ 软化点180℃ 熔点215~220℃熔融同时慢慢燃烧无自燃性
　　耐候性 长期暴露，强度降低，变黄 长期暴露，强度降低，变黄，比Nylon66稍差
　　热稳定性为零时温度 240 一般长丝193~195℃
　　最佳定型温度℃ 干态 130 93
　　湿态(饱和蒸汽) >140 137
　　在水中 98 95
　　最高熨烫温度℃ 205 150
　　(三) 聚酰胺尼龙新纤维之发展趋势及应用
　　尼龙纤维其柔韧性、弹性回复性率、耐磨性、耐碱性、吸湿性及轻量性方面均较聚酯纤维性能佳，但因其成本较聚酯纤维约高一倍，而尼龙66又较尼龙6高20~40%，因此尼龙纤维未来之发展及能否超越聚酯纤维，首要为降低原料成本‧由尼龙66龙头美国杜帮公司及尼龙6龙头德国巴斯夫(BASF)公司联袂合作研究，成功开发出可同时生产尼龙6及尼龙66原料之免开环技术，其均是以AND(Adiponirile)己二綪为原料，而AND则由丁二烯(Butadiene )制得，此原料新制程可节省成本约三分之一，因此进而可降低尼龙纤维之售价，而提高与聚酯纤维之竞争力‧但因新制程投资之研发成本甚高，估计也要9至10年方能达损益平衡，届时方能降低售价，因此近期尼龙纤维制品必朝高附加价值及性能上之改进，如此方能与聚酯纤维相抗衡‧以下就尼龙新纤维之发展及应用趋势做一概述：
　　1﹑导电性：在衣料及地毯用途，抗静电为必要之性能之一，早期是添加聚醚，但在低温下不理想，近来以炭黑等导电性微粒，可涂布或内加以消除静电，此在地毯用途已迅速扩大‧
　　2﹑高强度高模数纤维：使用于轮胎帘布之帘线具有高强度及高模数(high modulus)及耐疲劳之特性，由于聚酰胺分子键成折迭状结构，目前尼龙66及尼龙6之聚酰胺纤维其实际强度及模数仅达到理论值之10%，因此而有液晶纺丝之开发，杜帮公司开发且已量产之“kevler”纤维其属芳香族之聚酰胺纤维，其模数可达理论值之90%‧
　　3﹑衣料服饰用绢绸仿蚕丝素材：衣料服饰用纤维要求穿着舒适及鲜美之外观，除了上述之抗静电外，对光泽、柔软性、吸湿性都需改善，对光泽方面之改善有增加消光剂二氧化钛之添加量至2~3%以达类似棉纤维之钝光之效果，有以亮光粒并以三角或星形断面纺制类似蚕丝之光泽，由于尼龙纤维之弹性回复率较聚酯纤维佳，且其模数(杨氐系数)较低，因此具有较柔软及丰厚之手感‧以不同收缩率之尼龙混纤(如40d/68f+30d/12f高缩)，在染整加工后织物表面浮出0.6d之细丹，因此织物具柔和之光泽及柔软之手感，细丹尼龙使织物之柔软性得到改善，而异收缩混织使织物之丰厚感及鲜明性得到改善，因此今后尼龙纤维之纤维加工必朝此趋势发展‧
　　4﹑轻盈感新尼龙素材：尼龙纤维之比重要较聚酯轻，因此织物具有轻盈之特性，如以中空断面纺制则纤维更具轻盈感，加工后之蓬松感亦较佳，且具有保温性，因此如何研制高中空率之尼龙纤维为尼龙纤维厂之重要研发课题‧
　　5﹑弹性新复合素材：复合纺丝以pu弹性纤维为蕊心，以尼龙为鞘之双组分复合纤维，兼具了pu之高弹性和尼龙轻盈之优点，其在热处理后会呈现自然卷曲之效果，因此其织物具有很好之弹性及舒适且具有自然之透明肤色效果，因此适合于女性内衣、超弹裤袜‧
　　6﹑防水透气新素材：以尼龙6或尼龙66与聚酯行复合纺丝，其断面为橘瓣形(segment pie)即所谓之分割形，增加分割数，其织物之防水透气性会增加，目前之生产技术已可达64分割‧
　　7﹑抗菌防臭素材：在尼龙纺丝制程中混綀一种特殊陶瓷材料，其会释放出微量之银离子而达到良好之抗菌效果，以混綀法可提高抗菌之持久性，纤维经加工、织造、染整后，抗菌性不会遭破壤且至少要经50次以上之洗濯仍能维持抗菌之效果‧
　　8﹑保健性素材：尼龙纤维混綀一种能释放远红外线之陶瓷微粒，而能提高织物之保暖性及舒适性，远红外线是一种具有波长4到50微毫米波长之电磁波，具有促进血液循环因而有保暖之效果‧