尼龍纖維：編織柔韌“軟鎧甲”

文 郝新敏 梁高勇 郭亞飛

采擷天地之精華，自古以來人類就知道從大自然中獲取纖維材料。亞麻、棉紗、麻繩等是從植物中獲取，羊毛和絲綢等來自動(dòng)物，均屬于天然纖維。當(dāng)人類開始模仿桑蠶吐絲，用人工化學(xué)合成的方法生產(chǎn)纖維，誕生的第一種合成纖維就是尼龍。

尼龍的合成是高分子化學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，被認(rèn)為是20世紀(jì)影響人類生活的100項(xiàng)最偉大發(fā)明之一。它具有纖維強(qiáng)度高、重量輕、易維護(hù)和耐磨等特點(diǎn)，一經(jīng)問世很快風(fēng)靡世界，在民用領(lǐng)域廣受好評(píng)，更是軍需被裝生產(chǎn)的重要原材料。

小纖維蘊(yùn)含大科技 小領(lǐng)域引起大關(guān)注

早在20世紀(jì)60年代，尼龍絲襪因其結(jié)實(shí)耐穿，被家家戶戶爭(zhēng)相購(gòu)買。顧名思義，尼龍絲襪的原料就是尼龍長(zhǎng)絲。尼龍的合成，不僅給人類生活帶來諸多變化，還有力地證明了高分子的存在，為高分子化學(xué)學(xué)科奠定了理論基礎(chǔ)。那么，尼龍是如何被世人發(fā)現(xiàn)的呢？

1928年，年僅32歲的卡羅瑟斯受聘擔(dān)任美國(guó)杜邦公司基礎(chǔ)化學(xué)研究所有機(jī)化學(xué)部的負(fù)責(zé)人。就是這個(gè)年輕人，后來成了“尼龍之父”，為合成纖維乃至整個(gè)高分子科學(xué)的發(fā)展做出了革命性貢獻(xiàn)。

被稱為“尼龍之父”的美國(guó)化學(xué)家卡羅瑟斯

1935年2月，卡羅瑟斯用脂肪族二元胺和二元酸合成聚酰胺66聚合物（即后來的尼龍66）。他發(fā)現(xiàn)，這種聚合物不溶于普通溶劑，具有高熔點(diǎn)，拉制的纖維具有絲的外觀和光澤。1938年7月，卡羅瑟斯所在的公司首次生產(chǎn)出聚酰胺66纖維，其耐磨性和強(qiáng)度超過當(dāng)時(shí)任何一種纖維，用該種纖維作牙刷毛的牙刷開始投放市場(chǎng)。同年10月，世界上第一種合成纖維正式以“Nylon”（尼龍）為商品名，并宣告誕生?！澳猃垺边@個(gè)詞后來在英文中成為聚酰胺類合成纖維的通用商品名稱。

1939年年底，尼龍實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)后，短時(shí)間內(nèi)便風(fēng)行世界，開創(chuàng)了合成纖維的新紀(jì)元。相關(guān)產(chǎn)品銷售時(shí)，被人們爭(zhēng)相搶購(gòu)，火爆場(chǎng)面迫使治安機(jī)關(guān)不得不出動(dòng)警察來維持秩序。當(dāng)時(shí)的一句廣告語——“我們生產(chǎn)和鋼絲一樣結(jié)實(shí)、和蜘蛛絲一樣纖細(xì)美麗的尼龍絲”，傳遍全美國(guó)，波及全世界，尼龍這種新產(chǎn)品幾乎家喻戶曉。

新技術(shù)新產(chǎn)品迭出 新較量新競(jìng)爭(zhēng)激烈

美國(guó)對(duì)尼龍66纖維的商業(yè)化，引發(fā)了相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)與市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)。德國(guó)的斯契萊克在1938年，用單體原料己內(nèi)酰胺合成尼龍6纖維，并于1941年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。之后，隨著聚酰胺纖維工業(yè)的發(fā)展﹐各國(guó)陸續(xù)進(jìn)行多種聚酰胺纖維研究。如荷蘭國(guó)家礦業(yè)公司開發(fā)出聚丁二酰己二胺，即尼龍46，其他還有聚辛酰胺尼龍8、聚壬酰胺尼龍9、聚十二甲基己二胺尼龍612、聚十一酰胺尼龍11等。雖然種類較多，但目前仍以尼龍66與尼龍6為主，二者產(chǎn)量之和占尼龍纖維總產(chǎn)量的95%以上。

20世紀(jì)60年代末，美國(guó)研究人員依據(jù)對(duì)尼龍66合成原理的探索研究，采用芳香族二元胺和二元酸，相繼推出兩種“芳香族聚酰胺”（簡(jiǎn)稱芳綸）纖維，其商品名為諾梅克斯（芳綸1313）和凱夫拉（芳綸1414）。相對(duì)于尼龍66中脂肪族的亞甲基柔性鏈，芳綸纖維具有芳香族剛性鏈結(jié)構(gòu)，因此提高了尼龍66的阻燃性能和高強(qiáng)防彈性能。芳綸優(yōu)異的耐熱阻燃性能和超高強(qiáng)度，作為阻燃纖維和防彈材料，在美軍裝備中沿用至今。

當(dāng)然，在新材料研發(fā)過程中，難免遇到不可攻克的瓶頸。芳綸本身的剛性結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致其對(duì)紡絲溶劑要求過高。杜邦公司采用濃硫酸作溶劑，生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，且污染環(huán)境、價(jià)格昂貴。大分子之間的緊密排列導(dǎo)致芳綸纖維染色性差，印制迷彩偽裝困難。因此，至今阻燃芳綸1313僅用于部分美軍作戰(zhàn)服的制作，作訓(xùn)服仍大量使用尼龍66纖維。

科學(xué)家們至今還在奮力研究阻燃尼龍66纖維，制備新一代作戰(zhàn)服，以實(shí)現(xiàn)阻燃性能與偽裝、耐用、舒適性的統(tǒng)一，達(dá)到一物多用、減輕單兵負(fù)荷的效果。

軍需被裝的“寶中寶” 戰(zhàn)士身上的“軟鎧甲”

大部分人對(duì)尼龍的認(rèn)知僅限于簡(jiǎn)單的服裝，如尼龍襪結(jié)實(shí)耐用，尼龍衣服穿著舒適。其實(shí)，早在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國(guó)陸軍部隊(duì)就將尼龍用于研究制造降落傘、飛機(jī)輪胎簾子布、軍服等百余種軍需品。尼龍纖維被稱作是軍需被裝的“寶中寶”、戰(zhàn)士身上的“軟鎧甲”。

尼龍66纖維具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性及耐磨、耐刺穿、耐撕扯、耐剪切、耐踐踏等力學(xué)性能，滿足了軍需裝備的耐磨耐用、輕量化及偽裝要求，可應(yīng)用于高強(qiáng)耐磨背包、帳篷、睡袋、雨衣、惡劣氣候防護(hù)服等，以及眾多需要高強(qiáng)度、耐磨損用途的產(chǎn)品。隨著科技的發(fā)展，還誕生了一些受現(xiàn)代生物啟發(fā)或模仿生物特性開發(fā)的特種尼龍仿生材料：如通過蒼耳屬植物獲得靈感發(fā)明了尼龍搭扣，受蛛絲啟發(fā)制備高強(qiáng)度尼龍纖維并用作抗撕斷裂降落傘、防彈衣、防彈車、裝甲車輛等結(jié)構(gòu)材料。

尼龍66纖維還具有吸濕快干、柔軟抗皺、輕型舒適的特點(diǎn)，滿足了軍服耐磨耐用、干爽舒適的要求，是軍隊(duì)作戰(zhàn)和訓(xùn)練服裝中主要使用的材料。采用尼龍纖維制備的軍服，可大大提升士兵肌體活動(dòng)力，從根本上解決軍裝應(yīng)用滌綸帶來的易燃熔滴、吸濕性差、低溫硬脆、比重大、穿著不舒適等諸多缺點(diǎn)。至今，美軍及發(fā)達(dá)國(guó)家軍隊(duì)的作戰(zhàn)服裝及野戰(zhàn)裝具的制作，還在大量應(yīng)用尼龍66纖維材料。

目前，美軍作戰(zhàn)訓(xùn)練服裝材料裝備的主要有兩類：一是普通版。采用耐磨作訓(xùn)布料，成分為50%棉與50%尼龍66纖維混紡而成。二是阻燃版。以65%阻燃粘膠、25%芳綸1313、10%尼龍66纖維混紡制成，服裝上的火苗在離開火源后能自動(dòng)熄滅，且不會(huì)產(chǎn)生熔融、脫落、燒焦等現(xiàn)象。

技術(shù)與需求雙驅(qū)動(dòng) 未來發(fā)展令人期待

尼龍66纖維的生產(chǎn)原料主要為己二腈，來源于石油化工產(chǎn)品。面對(duì)世界化石資源的日益匱乏、全球環(huán)境的不斷惡化，尋找清潔能源以替代石油化工產(chǎn)品，已是各國(guó)工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)關(guān)注方向。近年來，研究新型生物基尼龍纖維則成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。

針對(duì)尼龍纖維的特性，基于食桑蠶吐生物啟發(fā)技術(shù)，根據(jù)蠶絲、羊毛等蛋白纖維的奇數(shù)酰胺結(jié)構(gòu)所帶來的不熔滴現(xiàn)象，可尋找利用奇數(shù)碳二元胺與二元酸研制新的尼龍纖維，以期實(shí)現(xiàn)阻燃突破的新思路。國(guó)內(nèi)的軍事科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院及凱賽生物科技、優(yōu)纖科技等公司的研究人員進(jìn)行了大量研究，最終從淀粉中通過生物發(fā)酵制備出戊二胺單體，進(jìn)而與己二酸聚合紡絲制備了生物基尼龍56纖維，該技術(shù)目前處于國(guó)際領(lǐng)先地位。與此同時(shí)，法國(guó)羅地亞公司研究中心、美國(guó)英威達(dá)公司、日本東麗公司和帝人公司、法國(guó)紡織與服裝研究所、德國(guó)巴斯夫公司等，在新型生物基尼龍纖維材料研制中也取得了突破性進(jìn)展。

經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，這種生物基尼龍纖維可替代尼龍66纖維，在軍隊(duì)被裝應(yīng)用上具有廣闊的前景。

——生物基尼龍纖維可滿足軍需品耐磨耐用要求，應(yīng)用于士兵高強(qiáng)耐磨作戰(zhàn)服、攜行具、作戰(zhàn)靴、帳篷、睡袋、身體護(hù)甲、雨衣、惡劣氣候防護(hù)服裝、降落傘等，以及制作眾多需要高強(qiáng)度、耐磨損、柔軟、靈活舒適的產(chǎn)品。

——生物基尼龍纖維的阻燃性能，可打造平戰(zhàn)一體的作訓(xùn)服裝，減少服裝供應(yīng)品種，同時(shí)有效降低阻燃作戰(zhàn)裝備的成本。

——輕量化尼龍織物制成的作戰(zhàn)服，可對(duì)士兵進(jìn)行最基本的保護(hù)，比穿著棉質(zhì)、滌綸軍服的士兵減重20%以上，從而可在作戰(zhàn)中消耗更小的體能。

——生物基尼龍纖維服裝的柔軟性和耐低溫性，可確?？椢镌谑艿侥Σ?xí)r保持靜音；同時(shí)具有超強(qiáng)染色性能，使迷彩印花色牢度更好，保證了偽裝的持久性。

——生物基尼龍纖維制成的作戰(zhàn)服具有很好的干爽性，可確保戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵在貼身穿著時(shí)，快速吸汗、透氣而不膨脹，能直接調(diào)節(jié)士兵體溫，長(zhǎng)久保持干爽。

——生物基尼龍纖維的良好柔軟彈性，通過與棉、毛等纖維混紡使用，結(jié)合特殊整理技術(shù)，可解決禮服、常服手感硬、洗滌維護(hù)困難、穿著不舒適等問題。

——在增材制造（3D打印）領(lǐng)域，尼龍材料因具有耐用性、易于加工和上色等優(yōu)點(diǎn)，也被廣泛應(yīng)用，可將裝備和補(bǔ)給在當(dāng)?shù)刂苯哟蛴?，使軍?duì)的后勤保障變得簡(jiǎn)便快捷。

未來，軍需被裝材料將以尼龍纖維為主角，向高性能化、多功能一體化、智能化、輕量化等方面發(fā)展，全面保障未來戰(zhàn)場(chǎng)所需。