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物，均屬于天然纖維。當人類開始模仿桑蠶吐絲，用人工化學合成的方法生產(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發(fā)展史上的一個重要里程碑，被認為是20世紀影響人類生活的100項最偉大發(fā)明之一。它具有纖維強度高、重量輕、易維護和耐磨等特點，一經(jīng)問世很快風靡世界，在民用領域廣受好評，更是軍需被裝生產(chǎn)的重要原材料。

小纖維蘊含大科技 小領域引起大關注

早在20世紀60年代，尼龍絲襪因其結實耐穿，被家家戶戶爭相購買。顧名思義，尼龍絲襪的原料就是尼龍長絲。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，為高分子化學學科奠定了理論基礎。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任美國杜邦公司基礎化學研究所有機化學部的負責人。就是這個年輕人，后來成了“尼龍之父”，為合成纖維乃至整個高分子科學的發(fā)展做出了革命性貢獻。

被稱為“尼龍之父”的美國化學家卡羅瑟斯

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，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，其耐磨性和強度超過當時任何一種纖維，用該種纖維作牙刷毛的牙刷開始投放市場。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。“尼龍”這個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，尼龍實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)后，短時間內便風行世界，開創(chuàng)了合成纖維的新紀元。相關產(chǎn)品銷售時，被人們爭相搶購，火爆場面迫使治安機關不得不出動警察來維持秩序。當時的一句廣告語——“我們生產(chǎn)和鋼絲一樣結實、和蜘蛛絲一樣纖細美麗的尼龍絲”，傳遍全美國，波及全世界，尼龍這種新產(chǎn)品幾乎家喻戶曉。

新技術新產(chǎn)品迭出 新較量新競爭激烈

美國對尼龍66纖維的商業(yè)化，引發(fā)了相關領域技術與市場的激烈競爭。德國的斯契萊克在1938年，用單體原料己內酰胺合成尼龍6纖維，并于1941年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。之后，隨著聚酰胺纖維工業(yè)的發(fā)展﹐各國陸續(xù)進行多種聚酰胺纖維研究。如荷蘭國家礦業(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60年代末，美國研究人員依據(jù)對尼龍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構，因此提高了尼龍66的阻燃性能和高強防彈性能。芳綸優(yōu)異的耐熱阻燃性能和超高強度，作為阻燃纖維和防彈材料，在美軍裝備中沿用至今。

當然，在新材料研發(fā)過程中，難免遇到不可攻克的瓶頸。芳綸本身的剛性結構特性，導致其對紡絲溶劑要求過高。杜邦公司采用濃硫酸作溶劑，生產(chǎn)工藝流程復雜，且污染環(huán)境、價格昂貴。大分子之間的緊密排列導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，作訓服仍大量使用尼龍66纖維。

科學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，以實現(xiàn)阻燃性能與偽裝、耐用、舒適性的統(tǒng)一，達到一物多用、減輕單兵負荷的效果。

軍需被裝的“寶中寶” 戰(zhàn)士身上的“軟鎧甲”

大部分人對尼龍的認知僅限于簡單的服裝，如尼龍襪結實耐用，尼龍衣服穿著舒適。其實，早在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國陸軍部隊就將尼龍用于研究制造降落傘、飛機輪胎簾子布、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)異的強度、韌性及耐磨、耐刺穿、耐撕扯、耐剪切、耐踐踏等力學性能，滿足了軍需裝備的耐磨耐用、輕量化及偽裝要求，可應用于高強耐磨背包、帳篷、睡袋、雨衣、惡劣氣候防護服等，以及眾多需要高強度、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、裝甲車輛等結構材料。

尼龍66纖維還具有吸濕快干、柔軟抗皺、輕型舒適的特點，滿足了軍服耐磨耐用、干爽舒適的要求，是軍隊作戰(zhàn)和訓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力，從根本上解決軍裝應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。至今，美軍及發(fā)達國家軍隊的作戰(zhàn)服裝及野戰(zhàn)裝具的制作，還在大量應用尼龍66纖維材料。

目前，美軍作戰(zhàn)訓練服裝材料裝備的主要有兩類：一是普通版。采用耐磨作訓布料，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熄滅，且不會產(chǎn)生熔融、脫落、燒焦等現(xiàn)象。

技術與需求雙驅動 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，已是各國工業(yè)發(fā)展的重點關注方向。近年來，研究新型生物基尼龍纖維則成為一個重要的發(fā)展方向。

針對尼龍纖維的特性，基于食桑蠶吐生物啟發(fā)技術，根據(jù)蠶絲、羊毛等蛋白纖維的奇數(shù)酰胺結構所帶來的不熔滴現(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，以期實現(xiàn)阻燃突破的新思路。國內的軍事科學院、中國科學院及凱賽生物科技、優(yōu)纖科技等公司的研究人員進行了大量研究，最終從淀粉中通過生物發(fā)酵制備出戊二胺單體，進而與己二酸聚合紡絲制備了生物基尼龍56纖維，該技術目前處于國際領先地位。與此同時，法國羅地亞公司研究中心、美國英威達公司、日本東麗公司和帝人公司、法國紡織與服裝研究所、德國巴斯夫公司等，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，在軍隊被裝應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，應用于士兵高強耐磨作戰(zhàn)服、攜行具、作戰(zhàn)靴、帳篷、睡袋、身體護甲、雨衣、惡劣氣候防護服裝、降落傘等，以及制作眾多需要高強度、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)一體的作訓服裝，減少服裝供應品種，同時有效降低阻燃作戰(zhàn)裝備的成本。

——輕量化尼龍織物制成的作戰(zhàn)服，可對士兵進行最基本的保護，比穿著棉質、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，可確保織物在受到摩擦時保持靜音；同時具有超強染色性能，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)場上的士兵在貼身穿著時，快速吸汗、透氣而不膨脹，能直接調節(jié)士兵體溫，長久保持干爽。

——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，結合特殊整理技術，可解決禮服、常服手感硬、洗滌維護困難、穿著不舒適等問題。

——在增材制造（3D打印）領域，尼龍材料因具有耐用性、易于加工和上色等優(yōu)點，也被廣泛應用，可將裝備和補給在當?shù)刂苯哟蛴。管婈牭暮笄诒Ｕ献兊煤啽憧旖荨?/p>

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)場所需。