尼龙纤维：编织柔韧“软铠甲”

郝新敏梁高勇　郭亚飞

2019-10-25 09:47:55　来源：解放军报

图为生物基尼龙纤维生产简易流程。

　　采撷天地之精华，自古以来人类就知道从大自然中获取纤维材料。亚麻、棉纱、麻绳等是从植物中获取，羊毛和丝绸等来自动物，均属于天然纤维。当人类开始模仿桑蚕吐丝，用人工化学合成的方法生产纤维，诞生的第一种合成纤维就是尼龙。

　　尼龙的合成是高分子化学发展史上的一个重要里程碑，被认为是20世纪影响人类生活的100项最伟大发明之一。它具有纤维强度高、重量轻、易维护和耐磨等特点，一经问世很快风靡世界，在民用领域广受好评，更是军需被装生产的重要原材料。

小纤维蕴含大科技

　　小领域引起大关注

　　早在上世纪60年代，尼龙丝袜因其结实耐穿，被家家户户争相购买。顾名思义，尼龙丝袜的原料就是尼龙长丝。尼龙的合成，不仅给人类生活带来诸多变化，还有力地证明了高分子的存在，为高分子化学学科奠定了理论基础。那么，尼龙是如何被世人发现的呢？

　　1928年，年仅32岁的卡罗瑟斯受聘担任美国杜邦公司基础化学研究所有机化学部的负责人。就是这个年轻人，后来成了“尼龙之父”，为合成纤维乃至整个高分子科学的发展做出了革命性贡献。

　　1935年2月，卡罗瑟斯用脂肪族二元胺和二元酸合成聚酰胺66聚合物（即后来的尼龙66）。他发现，这种聚合物不溶于普通溶剂，具有高熔点，拉制的纤维具有丝的外观和光泽。1938年7月，卡罗瑟斯所在公司首次生产出聚酰胺66纤维，其耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，用该种纤维作牙刷毛的牙刷开始投放市场。同年10月，世界上第一种合成纤维正式以“Nylon”（尼龙）为商品名，并宣告诞生。“尼龙”这个词后来在英文中成为聚酰胺类合成纤维的通用商品名称。

　　1939年底，尼龙实现工业化量产后，短时间内便风行世界，开创了合成纤维的新纪元。相关产品销售时，被人们争相抢购，火爆场面迫使治安机关不得不出动警察来维持秩序。当时的一句广告语——“我们生产和钢丝一样结实、和蜘蛛丝一样纤细美丽的尼龙丝”，传遍全美国，波及全世界，尼龙这种新产品几乎家喻户晓。

新技术新产品迭出

　　新较量新竞争激烈

　　美国对尼龙66纤维的商业化，引发了相关领域技术与市场的激烈竞争。德国的斯契莱克在1938年，用单体原料己内酰胺合成尼龙6纤维，并于1941年实现工业化生产。之后，随着聚酰胺纤维工业的发展?各国陆续进行多种聚酰胺纤维研究。如荷兰国家矿业公司开发出聚丁二酰己二胺，即尼龙46，其他还有聚辛酰胺尼龙8、聚壬酰胺尼龙9、聚十二甲基己二胺尼龙612、聚十一酰胺尼龙11等。虽然种类较多，但目前仍以尼龙66与尼龙6为主，二者产量之和占尼龙纤维总产量的95%以上。

　　20世纪60年代末，美国研究人员依据对尼龙66合成原理的探索研究，采用芳香族二元胺和二元酸，相继推出两种“芳香族聚酰胺”（简称芳纶）纤维，其商品名为诺梅克斯（芳纶1313）和凯夫拉（芳纶1414）。相对于尼龙66中脂肪族的亚甲基柔性链，芳纶纤维具有芳香族刚性链结构，因此提高了尼龙66的阻燃性能和高强防弹性能。芳纶优异的耐热阻燃性能和超高强度，作为阻燃纤维和防弹材料，在美军装备中沿用至今。

　　当然，在新材料研发过程中，难免遇到不可攻克的瓶颈。芳纶本身的刚性结构特性，导致其对纺丝溶剂要求过高。杜邦公司采用浓硫酸作溶剂，生产工艺流程复杂，且污染环境、价格昂贵。大分子之间的紧密排列导致芳纶纤维染色性差，印制迷彩伪装困难。因此，至今阻燃芳纶1313仅用于部分美军作战服制作，作训服仍大量使用尼龙66纤维。

　　科学家们至今还在奋力研究阻燃尼龙66纤维，制备新一代作战服，以实现阻燃性能与伪装、耐用、舒适性的统一，达到一物多用、减轻单兵负荷的效果。

军需被装的“宝中宝”

　　战士身上的“软铠甲”

　　大部分人对尼龙的认知仅限于简单的服装，如尼龙袜结实耐用，尼龙衣服穿着舒适。其实，早在第二次世界大战期间，美国陆军部队就将尼龙用于研究制造降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等百余种军需品。尼龙纤维被称作是军需被装的“宝中宝”、战士身上的“软铠甲”。

　　尼龙66纤维具有优异的强度、韧性及耐磨、耐刺穿、耐撕扯、耐剪切、耐践踏等力学性能，满足了军需装备的耐磨耐用、轻量化及伪装要求，可应用于高强耐磨背包、帐篷、睡袋、雨衣、恶劣气候防护服等，以及众多需要高强度、耐磨损用途的产品。随着科技的发展，还诞生了一些受现代生物启发或模仿生物特性开发的特种尼龙仿生材料：如通过苍耳属植物获得灵感发明了尼龙搭扣，受蛛丝启发制备高强度尼龙纤维并用作抗撕断裂降落伞、防弹衣、防弹车、装甲车辆等结构材料。

　　尼龙66纤维还具有吸湿快干、柔软抗皱、轻型舒适的特点，满足了军服耐磨耐用、干爽舒适的要求，是军队作战和训练服装中主要使用的材料。采用尼龙纤维制备的军服，可大大提升士兵肌体活动力，从根本上解决军装应用涤纶带来的易燃熔滴、吸湿性差、低温硬脆、比重大、穿着不舒适等诸多缺点。至今，美军及发达国家军队的作战服装及野战装具的制作，还在大量应用尼龙66纤维材料。

　　目前，美军作战训练服装材料装备的主要有两类：一是普通版。采用耐磨作训布料，成分为50%棉与50%尼龙66纤维混纺而成。二是阻燃版。以65%阻燃粘胶、25%芳纶1313、10%尼龙66纤维混纺制成，服装上的火苗在离开火源后能自动熄灭，且不会产生熔融、脱落、烧焦等现象。

　　技术与需求双驱动

　　未来发展令人期待

　　尼龙66纤维的生产原料主要为己二腈，来源于石油化工产品。面对世界化石资源的日益匮乏、全球环境的不断恶化，寻找清洁能源以替代石油化工产品，已是各国工业发展的重点关注方向。近年来，研究新型生物基尼龙纤维则成为一个重要的发展方向。

　　针对尼龙纤维的特性，基于食桑蚕吐生物启发技术，根据蚕丝、羊毛等蛋白纤维的奇数酰胺结构所带来的不熔滴现象，可寻找利用奇数碳二元胺与二元酸研制新的尼龙纤维，以期实现阻燃突破的新思路。国内的军事科学院、中国科学院及凯赛生物科技、优纤科技等公司的研究人员进行了大量研究，最终从淀粉中通过生物发酵制备出戊二胺单体，进而与己二酸聚合纺丝制备了生物基尼龙56纤维，该技术目前处于国际领先地位。与此同时，法国罗地亚公司研究中心、美国英威达公司、日本东丽公司和帝人公司、法国纺织与服装研究所、德国巴斯夫公司等，在新型生物基尼龙纤维材料研制中也取得了突破性进展。

　　经过系统研究发现，这种生物基尼龙纤维可替代尼龙66纤维，在军队被装应用上具有广阔的前景。

　　——生物基尼龙纤维可满足军需品耐磨耐用要求，应用于士兵高强耐磨作战服、携行具、作战靴、帐篷、睡袋、身体护甲、雨衣、恶劣气候防护服装、降落伞等，以及制作众多需要高强度、耐磨损、柔软、灵活舒适的产品。

　　——生物基尼龙纤维的阻燃性能，可打造平战一体的作训服装，减少服装供应品种，同时有效降低阻燃作战装备的成本。

　　——轻量化尼龙织物制成的作战服，可对士兵进行最基本的保护，比穿着棉质、涤纶军服的士兵减重20%以上，从而可在作战中消耗更小的体能。

　　——生物基尼龙纤维服装的柔软性和耐低温性，可确保织物在受到摩擦时保持静音；同时具有超强染色性能，使迷彩印花色牢度更好，保证了伪装的持久性。

　　——生物基尼龙纤维制成的作战服具有很好的干爽性，可确保战场上的士兵在贴身穿着时，快速吸汗、透气而不膨胀，能直接调节士兵体温，长久保持干爽。

　　——生物基尼龙纤维的良好柔软弹性，通过与棉、毛等纤维混纺使用，结合特殊整理技术，可解决礼服、常服手感硬、洗涤维护困难、穿着不舒适等问题。

　　——在增材制造（3D打印）领域，尼龙材料因具有耐用性、易于加工和上色等优点，也被广泛应用，可将装备和补给在当地直接打印，使军队的后勤保障变得简便快捷。

　　未来，军需被装材料将以尼龙纤维为主角，向高性能化、多功能一体化、智能化、轻量化等方面发展，全面保障未来战场所需。

编辑：迟语洋

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