Происхождение и общие характеристики полиамидных волокон
Полиамидные волокна относятся к числу важнейших синтетических материалов, получаемых на основе продуктов нефтехимии. Основу их структуры составляют макромолекулы, содержащие повторяющиеся амидные группы —СО—NH—, соединяющие звенья алифатической или ароматической природы. Наличие водородных связей между этими группами придаёт полиамидам высокую прочность, износостойкость и термостойкость.
В нефтехимической промышленности полиамиды синтезируются в результате поликонденсации диаминов с дикарбоновыми кислотами или путем полимеризации ω-аминокислот и их лактамов. Наиболее известными представителями являются полиамид-6 (капрон) и полиамид-6,6 (нейлон-66).
Сырьё и пути синтеза
Главными мономерами для производства полиамидов служат ε-капролактам, гексаметилендиамин и адипиновая кислота. Все эти вещества получают из нефтяного сырья через ряд промежуточных стадий.
Изготовление ε-капролактама основано на циклогексане, который получают гидрированием бензола. Циклогексан подвергают окислению до циклогексанола и циклогексанона, затем эти продукты превращают в оксим циклогексанона, который перегруппировывается в капролактам по реакции Бекмана.
Производство нейлона-66 начинается с получения гексаметилендиамина из 1,6-гександииамина (через адипонитрил, получаемый из бутадиена или акрилонитрила) и адипиновой кислоты, образующейся при окислении циклогексана смесью азотной кислоты и воздуха.
Реакция поликонденсации адипиновой кислоты с гексаметилендиамином проходит при нагревании с выделением воды и образованием длинных цепей полиамида-66.
Структура и свойства полиамидов
Полимерные цепи полиамидов упорядочены благодаря способности амидных групп образовывать многочисленные межцепные водородные связи. Это обусловливает их высокую кристалличность и плотность упаковки макромолекул.
Основные физико-механические свойства полиамидных волокон:
Однако полиамиды чувствительны к воздействию концентрированных кислот и УФ-излучения, что требует специальных стабилизаторов и защитных покрытий.
Технология получения волокон
Процесс формирования полиамидных волокон осуществляется методом плавления и вытягивания. Полимер расплавляют при температуре, близкой к температуре его плавления, затем экструдируют через фильеры, формируя тончайшие нити. После охлаждения волокна подвергают вытяжке, ориентируя макромолекулы вдоль оси нити, что резко повышает механическую прочность и модуль упругости.
Для улучшения эксплуатационных характеристик применяются термофиксация, стабилизация антиоксидантами и антистатиками, а также модификация путем введения функциональных добавок (пигментов, пластификаторов, наночастиц).
Виды и торговые марки полиамидных волокон
Наиболее распространённые полиамидные волокна — капрон (полиамид-6) и нейлон-66 (полиамид-6,6). Капрон характеризуется высокой устойчивостью к износу и ударным нагрузкам, используется как в текстильной, так и в технической промышленности. Нейлон-66 обладает несколько большей термостойкостью и жёсткостью, что делает его пригодным для изготовления синтетических тканей, ковров, технических нитей и канатов.
Кроме них разработаны полиамид-11 и полиамид-12 (из ω-аминододекановой кислоты и лактама), отличающиеся повышенной гибкостью и низкой водопоглощаемостью. Эти материалы применяются в производстве защитных труб, оболочек кабелей, элементов топливных систем.
Физико-химические особенности и эксплуатационные преимущества
Полиамидные волокна обладают выраженной ориентационной структурой, что обеспечивает им сочетание прочности и эластичности. При нагревании они способны размягчаться, что облегчает термоформование и сплавление с другими полимерами. В отличие от натуральных волокон, полиамиды не подвержены биологическому разрушению, устойчивы к действию микроорганизмов и плесени.
По гигроскопичности полиамиды занимают промежуточное положение между полиэфирными и целлюлозными волокнами. Это обеспечивает комфортность одежды из полиамидных тканей, сохраняя при этом их прочность и износостойкость.
Применение в промышленности
Полиамидные волокна широко используются в текстильной промышленности для изготовления чулочно-носочных изделий, бельевых и технических тканей, ковровых покрытий, ремней и верёвок. В машиностроении и электронике на основе полиамидов изготавливают шестерни, подшипники, корпуса приборов, детали крепежа, изоляционные материалы.
Особое значение имеют армированные полиамиды, в которые вводят стекловолокно, углеродное волокно или минеральные наполнители. Такие композиты отличаются высокой жёсткостью и термостойкостью, успешно заменяя металл в ряде конструкций.
Перспективы развития полиамидных материалов
Современные исследования направлены на создание полиамидов нового поколения с повышенной термостойкостью, улучшенной светостойкостью и биосовместимостью. Разрабатываются биоразлагаемые и биосинтетические аналоги на основе возобновляемого сырья — например, полиамиды из себациновой кислоты и 1,10-декандиамина, получаемых из касторового масла.
Активно развиваются технологии наномодификации полиамидных волокон, позволяющие улучшать их барьерные, антибактериальные и электроизоляционные свойства. Такие материалы находят применение в медицине, авиации, автомобильной промышленности и высокотехнологичных тканях с «умными» функциями.