나일론은 폴리아미드 섬유(나일론)의 이름입니다. 나일론은 세계 최초의 합성 섬유입니다. 나일론은 미국 과학자 캐러더스와 그의 리더십 하에 있는 연구팀에 의해 개발되었습니다.
나일론의 등장은 직물에 새로운 모습을 가져왔습니다. 나일론의 합성은 합성 섬유 산업에서 큰 돌파구이며 폴리머 화학에서도 매우 중요한 이정표입니다.
Structure
폴리아미드(일반적으로 나일론으로 알려짐)는 분자의 주 사슬에 반복적인 아미드기([NHCO])를 포함하는 열가소성 수지를 총칭하는 용어로, 지방족 폴리아미드, 지방족-방향족 폴리아미드, 방향족 폴리아미드 등이 있습니다. 그중 지방족 폴리아미드는 종류가 다양하고 생산량이 많으며 응용 분야가 넓습니다. 그 명칭은 합성 단량체의 탄소 원자 수에 따라 결정됩니다.
분자 구조
일반적으로 사용되는 나일론 섬유는 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
한 유형은 디아민과 디산의 축합반응으로 얻은 폴리디산 디아민이며, 그 긴 사슬 분자의 화학 구조는 다음과 같습니다.
H-[HN(CH2)xNHCO(CH2)yCO]-OH
이 유형의 나일론의 상대 분자량은 일반적으로 17000-23000입니다. 사용된 디아민과 이염기산의 탄소 원자에 따라 다른 나일론 제품을 얻을 수 있으며 나일론 뒤에 추가된 숫자로 구별할 수 있습니다. 여기서 첫 번째 숫자는 디아민의 탄소 번호이고 두 번째 숫자는 이염기산의 탄소 번호입니다. 예를 들어, 나일론 66은 헥사메틸렌디아민과 아디프산의 중축합으로 만들어졌다는 것을 의미합니다. 나일론 610은 헥사메틸렌디아민과 세바신산으로 만들어졌다는 것을 의미합니다.
다른 유형은 락탐 중합 또는 고리 개방 중합에 의해 얻어지며, 긴 사슬 분자의 화학 구조는 다음과 같습니다.
H-[NH(CH2)xCO]-OH
다양한 유형의 섬유는 단위 구조의 탄소 원자 수에 따라 이름이 지정됩니다. 예를 들어, 나일론 6은 6개의 탄소 원자를 포함하는 카프로락탐의 고리 개방 중합으로 얻어졌다는 것을 의미합니다.
나일론 6, 나일론 66 및 기타 지방족 나일론은 아미드 결합(-NHCO-)이 있는 선형 거대 분자로 구성됩니다. 나일론 분자는 -CO- 및 -NH- 그룹을 포함하고 있으며, 이는 분자 간 또는 분자 내에서 수소 결합을 형성할 수 있으며, 다른 분자와 결합할 수도 있으므로 나일론은 수분 흡수 능력이 우수하고 좋은 결정 구조를 형성할 수 있습니다.
나일론 분자의 -CH2-(메틸렌)는 약한 반데르발스 힘만 생성할 수 있으므로 -CH2- 부분의 분자 사슬 컬링 정도는 비교적 크다. 다양한 나일론의 -CH2- 수가 다르면 분자 간의 수소 결합 형태가 달라지고 분자 컬링 확률도 다르다. 또한 일부 나일론 분자는 방향성을 갖는다. 분자 방향이 다르면 섬유의 구조적 특성이 달라진다.
형태학적 구조
용융방사로 만든 나일론의 형태적 구조는 원형 단면을 가지고 있으며 현미경으로 관찰할 때 특별한 종방향 구조는 없습니다. 전자현미경으로 필라멘트 섬유 조직을 관찰할 수 있으며 나일론 66의 섬유 폭은 약 10-15nm입니다. 특수 모양의 방적 돌기를 사용하면 다각형, 다엽, 중공 및 기타 특수 모양의 단면과 같은 다양한 특수 단면 모양의 나일론을 만들 수 있습니다. 그 초점 상태 구조는 방적 공정의 스트레칭 및 열처리와 밀접한 관련이 있습니다. 다른 나일론의 거대 분자의 주쇄는 탄소 원자와 질소 원자로 연결됩니다.
특수 모양의 섬유는 섬유의 탄력성을 변화시키고, 특별한 광택과 부피감을 갖게 하며, 섬유의 응집력과 커버력, 안티 필링 및 안티 정전 특성을 개선할 수 있습니다. 예를 들어, 삼각형 섬유는 플래싱 효과가 있고, 펜타플로벌 섬유는 지방 빛과 같은 광택이 있고, 촉감이 좋으며, 안티 필링이 있습니다. 중공 섬유는 내부에 공동이 있고, 밀도가 낮으며, 보온성이 좋습니다.
폴리아미드(PA, 일반적으로 나일론이라고 함)는 미국의 듀폰이 섬유용으로 처음 개발한 수지이며, 1939년에 산업화되었습니다. 1950년대에는 가볍고 비용 절감이 가능한 하류 산업 제품의 요구 사항을 충족하기 위해 금속을 대체하는 사출 성형 제품을 개발하고 생산하기 시작했습니다. 폴리아미드의 주 사슬에는 많은 반복된 아미드 그룹이 포함되어 있습니다. 플라스틱으로 사용할 경우 나일론이라고 합니다. 합성 섬유로 사용할 경우 회사에서는 나일론이라고 합니다. 폴리아미드는 디아민과 이염기산에서 제조하거나 ω-아미노산 또는 고리형 락탐에서 합성할 수 있습니다. 디아민, 이염기산 또는 아미노산에 포함된 탄소 원자 수에 따라 다양한 폴리아미드를 생산할 수 있습니다. 수십 가지의 폴리아미드 종류가 있으며, 그 중 폴리아미드-6, 폴리아미드-66 및 폴리아미드-610이 가장 널리 사용됩니다.
폴리아미드-6, 폴리아미드-66 및 폴리아미드-610의 사슬 구조는 각각 [NH(CH2)5CO], [NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO] 및 [NH(CH2)6NHCO(CH2)8CO]입니다. 폴리아미드-6 및 폴리아미드-66은 주로 나일론-6 및 나일론-66이라고 하는 합성 섬유를 방사하는 데 사용됩니다. 나일론-610은 우수한 기계적 특성을 가진 열가소성 엔지니어링 플라스틱입니다.
PA는 기계적 특성, 내열성, 내마모성, 내화학성 및 자체 윤활성을 포함한 종합적인 특성이 우수하고 마찰 계수가 낮고 난연성이 일정하며 가공이 용이합니다. 유리 섬유 및 기타 필러로 개질물을 채우고 강화하여 성능을 개선하고 적용 범위를 확장하는 데 적합합니다.
폴리아닐린(PA)에는 PA6, PA66, PA11, PA12, PA46, PA610, PA612, PA1010 등 다양한 종류가 있으며, 최근에는 반방향족 나일론인 PA6T나 특수 나일론과 같은 새로운 종류도 개발되었습니다. 나일론-6 플라스틱 제품은 금속 나트륨, 수산화나트륨 등을 주 촉매로, N-아세틸카프로락탐을 보조 촉매로 사용하여 음이온 개환 중합을 통해 δ-카프로락탐을 모델에서 직접 합성할 수 있는데, 이를 캐스트 나일론이라고 합니다. 이 방법은 대형 플라스틱 부품 제조에 편리합니다.
폴리아미드는 주로 합성 섬유에 사용됩니다. 가장 두드러진 장점은 다른 모든 섬유보다 내마모성이 높다는 것입니다. 면보다 10배, 양모보다 20배 더 내마모성이 뛰어납니다. 혼방 직물에 약간의 폴리아미드 섬유를 추가하면 내마모성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 3-6%로 늘릴 때 탄성 회복률은 100%에 도달할 수 있으며 수만 번의 접힘과 굽힘을 견뎌내도 끊어지지 않습니다.
폴리아미드 섬유의 강도는 면보다 1~2배, 울보다 4~5배, 비스코스 섬유보다 3배 높습니다. 그러나 폴리아미드 섬유는 내열성과 내광성이 좋지 않고 유지력이 좋지 않습니다. 이로 만든 옷은 폴리에스터만큼 바삭하지 않습니다. 또한 의류에 사용되는 나일론-66과 나일론-6은 흡습성과 염색성이 좋지 않은 단점이 있습니다. 이러한 이유로 가볍고 주름이 잘 지지 않으며 통기성이 좋고 내구성, 염색성 및 열 고정성이 좋은 새로운 종류의 폴리아미드 섬유인 나일론-3과 나일론-4가 개발되어 개발 전망이 매우 밝다고 여겨집니다.
이런 종류의 제품은 용도가 광범위합니다. 강철, 철, 구리 및 기타 금속을 플라스틱으로 대체하기에 좋은 재료입니다. 중요한 엔지니어링 플라스틱입니다. 주조 나일론은 기계 장비의 내마모성 부품을 널리 대체하고 장비의 내마모성 부품으로 구리 및 합금을 대체합니다. 내마모성 부품, 변속기 구조 부품, 가전 제품 부품, 자동차 제조 부품, 기계 부품을 방지하기 위한 나사 막대, 화학 기계 부품 및 화학 장비를 만드는 데 적합합니다. 터빈, 기어, 베어링, 임펠러, 크랭크, 계기판, 구동축, 밸브, 블레이드, 나사 막대, 고압 세척기, 나사, 너트, 씰, 셔틀, 슬리브, 슬리브 커넥터 등
구리 및 기타 금속을 대체합니다
폴리아미드는 무독성이고 가벼우며, 기계적 강도, 내마모성, 내식성이 뛰어나기 때문에 기계, 화학, 계측, 자동차 및 기타 산업에서 베어링, 기어, 펌프 블레이드 및 기타 부품을 제조하는 데 구리 및 기타 금속을 대체하는 데 널리 사용됩니다. 폴리아미드를 용융 방사하여 실로 만든 후 강도가 높고 주로 합성 섬유 및 의료용 봉합사로 사용됩니다.
다양한 의료 및 편물 제품에 사용
민간에서 사용하는 경우, 다양한 의료 및 뜨개질 제품으로 혼합하거나 방적할 수 있습니다. 나일론 필라멘트는 주로 싱글 스타킹, 탄성 스타킹 및 기타 내마모성 나일론 스타킹, 나일론 스카프, 모기장, 나일론 레이스, 탄성 나일론 겉옷, 다양한 나일론 실크 또는 짜여진 실크 제품과 같은 뜨개질 및 실크 산업에서 사용됩니다. 나일론 스테이플 섬유는 주로 양모 또는 기타 화학 섬유 양모 제품과 혼합하여 다양한 내마모성 및 내구성 있는 의류 소재를 만드는 데 사용됩니다.
산업계에서는 나일론을 대량으로 사용하여 코드, 산업용 직물, 케이블, 컨베이어 벨트, 텐트, 어망 등을 만든다. 국방계에서는 주로 낙하산이나 군용 직물로 사용한다.
연구개발 역사
1927년, 미국 최대의 화학회사가 연간 250,000만 달러의 연구비를 지불하기로 결정하고 화학 연구원을 고용하기 시작했습니다.
1928년 회사는 기초화학연구소를 설립했고, 당시 32세였던 카로더스 박사가 연구소장으로 영입되었다. 그는 주로 중합반응에 대한 연구에 종사했다. 그는 먼저 이작용성 분자의 중축합 반응을 연구했고, 디올과 디카르복실산의 에스테르화 축합을 통해 고분자량의 장쇄 폴리에스테르를 합성했다. 10,000년도 채 안 되는 기간에 카로더스는 선형 중합체, 특히 폴리에스테르의 제조에 중요한 진전을 이루었고, 중합체의 상대 분자량을 25,000~10,000으로 높였다. 그는 상대 분자량이 XNUMX보다 높은 중합체를 슈퍼폴리머라고 불렀다.
1930년, 캐러더스의 조수는 폴리축합 반응을 통해 디올과 디카르복실산으로 만든 용융 폴리에스터가 솜사탕처럼 실로 뽑힐 수 있고, 섬유 필라멘트가 냉각 후에도 계속 늘어날 수 있으며, 늘어나는 길이는 원래 길이의 몇 배에 달한다는 것을 발견했습니다. 냉각 및 늘어진 후 섬유의 강도, 탄성, 투명성 및 광택이 크게 증가했습니다.
이 폴리에스터의 독특한 특성으로 인해 그들은 그것이 상업적으로 큰 가치가 있을 수 있고 용융된 폴리머로부터 섬유를 뽑아낼 수 있을 것이라고 생각했습니다. 그러나 추가 연구에 따르면 폴리에스터로부터 섬유를 얻는 것은 단지 이론적으로 중요한 의미가 있었습니다. 하이 폴리에스터는 100°C 이하에서 녹고 다양한 유기 용매에 특히 잘 녹기 때문에 물에서 약간 더 안정적일 뿐이므로 섬유 사용에는 적합하지 않습니다.
그 후 카로더스는 일련의 폴리에스터와 폴리아미드 화합물에 대한 심층 연구를 수행했습니다. 그는 여러 차례 비교한 후 폴리아미드-66(첫 번째 6은 디아민의 탄소 원자 수를 나타내고 두 번째 6은 디산의 탄소 원자 수를 나타냄)을 선택했으며, 28년 1935월 263일에 헥사메틸렌디아민과 아디프산에서 처음으로 합성했습니다. 이 폴리아미드는 일반적인 용매에 녹지 않으며 녹는점은 66°C로 일반적으로 사용되는 다림질 온도보다 높습니다. 인발된 섬유는 실크의 외관과 광택을 가지고 있으며 구조와 특성 면에서도 천연 실크에 가깝습니다. 그 내마모성과 강도는 당시의 모든 섬유를 능가합니다. 그 특성과 제조 비용을 고려할 때 알려진 폴리아미드 중에서 가장 좋은 선택입니다. 그런 다음 폴리아미드 XNUMX 생산을 위한 원료의 산업적 공급원 문제가 해결되었습니다.
27년 1938월 66일, 세계 최초의 합성 섬유가 공식적으로 발표되었고, 합성 섬유 폴리아미드 XNUMX은 나일론이라는 이름이 붙었습니다. 나일론은 나중에 석탄, 공기, 물 또는 기타 물질에서 합성된 모든 폴리아미드의 일반명이 되었으며, 내마모성과 유연성을 가지고 영어로 단백질과 같은 화학 구조를 가졌습니다.
1939년에 산업화된 후 나일론이라는 이름이 붙었고, 산업화된 최초의 합성 섬유 품종이 되었습니다.
나일론 합성은 합성 섬유 산업의 기초를 마련했고, 나일론의 등장은 직물에 새로운 모습을 제공했습니다. 이 섬유로 짠 나일론 스타킹은 투명하면서도 실크 스타킹보다 더 내구성이 뛰어납니다.
24년 1939월 1940일 나일론 스타킹이 판매되기 시작했을 때, 그것은 큰 반향을 일으켰고 희귀하고 귀중한 품목으로 여겨졌습니다. 사회 하류에 있는 많은 여성들은 스타킹을 살 수 없었기 때문에, 그들은 스타킹인 척하기 위해 펜으로 다리에 패턴을 그려야 했습니다. 사람들은 이 섬유를 "거미줄처럼 얇고, 강철 와이어처럼 강하고, 실크처럼 아름답다"고 칭찬했습니다. XNUMX년 XNUMX월에는 나일론 섬유 직물이 미국 전역에서 판매되었습니다.
제1945차 세계대전 발발부터 XNUMX년까지 나일론 산업은 낙하산, 항공기 타이어 코드 원단, 군복 및 기타 군용품으로 전환되었습니다. 나일론의 특성과 광범위한 사용 범위로 인해 제XNUMX차 세계대전 이후 매우 빠르게 발전했으며 스타킹과 의류에서 카펫, 로프, 어망 등에 이르기까지 다양한 나일론 제품이 무수히 등장했습니다. 나일론은 XNUMX대 합성 섬유 중 하나입니다.
1958년 XNUMX월, 중국산 카프로락탐 시험 샘플의 첫 번째 배치가 마침내 랴오닝성(현재 랴오닝성 후루다오)의 진시화학공장에서 성공적으로 시범 생산되었습니다. 이 제품은 베이징 섬유공장으로 보내져 즉시 성공적으로 방적되었으며, 이는 중국 합성섬유 산업의 시작을 알렸습니다. 진시화학공장(현재 랴오닝성 후루다오)에서 태어났기 때문에 이 합성섬유는 나중에 "나일론"이라는 이름을 얻었습니다. 나일론은 빈곤한 신중국의 건국 초기에 중요한 국가 방위 및 군사적 용도를 가졌기 때문에 그 탄생의 중요성은 자명합니다.
나일론 섬유는 많은 종류의 인조 섬유의 원료입니다. 단단한 나일론은 건설 산업에 사용됩니다. 나일론으로 만든 열기구는 매우 크게 만들 수 있습니다.
기술적 인 매개 변수
세척성 및 오염방지 특성
두 가지 속성은 섬유의 단면 모양과 그에 따른 오염 방지 처리에 영향을 받는 반면, 섬유 자체의 강도와 경도는 세척 및 오염 방지 속성에 거의 영향을 미치지 않습니다.
융점 및 탄성
나일론 6의 녹는점은 220℃이고 나일론 66의 녹는점은 260℃입니다. 그러나 이것은 카펫 사용의 온도 조건 측면에서 차이가 아닙니다. 녹는점이 낮기 때문에 나일론 6은 나일론 66보다 더 나은 회복성, 피로 저항성 및 열 안정성을 갖습니다.
견뢰도
색상 견뢰도는 나일론의 특성이 아닙니다. 빛에 노출되면 희미해지는 것은 나일론 자체가 아니라 나일론에 들어 있는 염료입니다.
내마모성 및 내진성
미국 클렘슨 대학은 탬파 국제공항에서 Zeftron 500 나일론 6 카펫과 Antron XL 나일론 66 카펫을 사용하여 500년 반 동안 실험을 실시했습니다. 카펫은 매우 많은 통행량이 있었고, 그 결과 BASF Zeftron XNUMX 나일론은 색상 유지 및 털 마모 저항성 측면에서 Antron XL보다 약간 더 나은 것으로 나타났습니다. 두 원사의 먼지 저항성에는 차이가 없었습니다.
제품 및 유형
자동차의 소형화, 전자 및 전기 장비의 고성능화, 기계 장비의 경량화가 가속화됨에 따라 나일론에 대한 수요는 점점 더 커질 것입니다. 특히 구조 재료로서 나일론은 강도, 내열성, 내한성 등에 대한 요구 사항이 높습니다. 나일론의 고유한 단점도 응용 분야를 제한하는 중요한 요소이며, 특히 PA6 및 PA66의 두 가지 주요 품종은 PA46 및 PAl2와 같은 품종에 비해 가격 이점이 크지만 일부 성능은 관련 산업의 발전 요구 사항을 충족하지 못합니다.
따라서 특정 응용 분야에 대한 일부 특성을 수정 및 개선하여 응용 분야를 확장할 필요가 있습니다. PA의 강한 극성으로 인해 강한 흡습성과 열악한 치수 안정성을 가지고 있지만 이는 수정을 통해 개선될 수 있습니다.
강화된 PA
폴리프로필렌(PA)에 유리섬유를 30% 첨가하면 PA의 기계적 특성, 치수 안정성, 내열성 및 내노화성이 크게 향상되며, 피로 강도는 유리섬유가 첨가되지 않은 PA보다 2.5배 높아집니다. 유리섬유 강화 PA의 성형 공정은 유리섬유가 첨가되지 않은 PA와 거의 동일하지만, 유동성이 강화 전보다 떨어지기 때문에 사출 압력과 사출 속도를 적절히 높이고 배럴 온도를 10~40℃ 높여야 합니다. 사출 성형 과정에서 유리섬유는 유동 방향으로 배향되므로, 배향 방향으로 기계적 특성과 수축률이 향상되어 제품의 변형 및 뒤틀림이 발생할 수 있습니다. 따라서 금형 설계 시 게이트의 위치와 형상을 적절하게 고려해야 합니다. 성형 과정에서 금형 온도를 높일 수 있으며, 제품을 꺼내 뜨거운 물에 담가 천천히 냉각시킬 수 있습니다. 또한, 유리섬유 첨가량이 많을수록 사출 성형기의 가소화 부품 마모가 커지므로, 바이메탈 스크류와 배럴을 사용하는 것이 좋습니다.
난연 PA
PA에 난연제를 첨가했기 때문에 대부분 고온에서 분해되기 쉽고, 금속을 부식시키는 산성 물질을 방출합니다. 따라서 가소화 부품(나사, 고무 헤드, 고무 링, 고무 와셔, 플랜지 등)은 경질 크롬 도금을 해야 합니다. 기술적으로 배럴 온도를 너무 높게 조절하지 말고 사출 속도를 너무 빠르게 조절하지 않도록 하여 지나치게 높은 온도로 인해 고무 재료가 분해되어 제품의 변색과 기계적 특성이 저하되는 것을 방지합니다.
투명 PA
그것은 좋은 인장 강도, 내충격성, 강성, 내마모성, 내화학성, 표면 경도 및 기타 특성을 가지고 있으며, 높은 투과율을 가지고 있으며, 광학 유리와 유사하며, 가공 온도는 300-315℃이며, 성형하는 동안 배럴 온도는 엄격하게 제어되어야 하며, 너무 높은 용융 온도는 분해로 인해 제품 변색을 일으키고, 너무 낮은 온도는 가소화가 불량하여 제품의 투명성에 영향을 미칩니다. 금형 온도는 가능한 한 낮아야 하며, 높은 금형 온도는 결정화로 인해 제품의 투명성을 감소시킵니다.
내후성 PA
PA에 카본블랙 및 기타 UV 흡수 첨가제를 첨가하면 PA의 금속에 대한 자체 윤활성과 마모가 크게 향상되어 성형 중 재료 공급 및 마모 부품에 영향을 미칩니다. 따라서 강력한 공급 용량과 높은 내마모성을 갖춘 나사, 배럴, 고무 헤드, 고무 링 및 고무 개스킷 조합을 사용해야 합니다. 폴리아미드 분자 사슬의 반복 구조 단위는 아미드 그룹을 가진 일종의 폴리머입니다.
요약하자면, 수정은 주로 다음과 같은 측면에서 수행됩니다.
- 나일론의 수분 흡수성을 향상시키고, 제품의 치수 안정성을 향상시킵니다.
- 나일론의 난연성을 향상시켜 전자, 전기, 통신 등 산업의 요구사항을 충족시킵니다.
- 나일론의 기계적 강도를 향상시켜 금속재료의 강도를 구현하고 금속을 대체
- 나일론의 저온 저항성을 높이고 환경적 스트레스를 견뎌내는 능력을 강화합니다.
- 나일론의 내마모성을 향상시켜 높은 내마모성이 요구되는 상황에 대응합니다.
- 광산과 기계적 응용 분야의 요구 사항을 충족시키기 위해 나일론의 정전기 방지 특성을 개선합니다.
- 나일론의 내열성을 향상시켜 자동차 엔진 등 고온 내성 분야에 적용 가능합니다.
- 나일론의 비용을 낮추고 제품 경쟁력을 향상시킵니다.
요약하면, 상기 개량을 통해 나일론 복합재료의 고성능화 및 고기능화를 달성할 수 있으며, 이를 통해 관련 산업 제품의 고성능, 고품질화를 촉진할 수 있다.
나노나일론
일본 도레이 케미칼(주)에 따르면, 이 회사는 기존의 초극세섬유보다 직경이 두 자릿수 작은 나노스케일 모노필라멘트 구조를 갖는 새로운 "나노섬유" 기술을 성공적으로 개발했으며, 나노구조 기술을 제어하여 섬유 미세도의 한계에 도달했습니다. 도레이 케미칼(주)은 이 새로운 기술을 사용하여 직경 1.4μm의 모노필라멘트 10만 개 이상으로 구성된 나노 나일론 섬유를 개발했다고 밝혔습니다. 이 섬유는 기존 제품과 비교했을 때 표면적이 기존 제품의 약 1,000배이며 표면 활성도가 높습니다.
매우 강한 나일론
트라이앵글-롤리 나일론 섬유는 의류와 카펫부터 로프와 컴퓨터 데이터 케이블까지 모든 것에 사용됩니다. 노스캐롤라이나 대학교 섬유 대학의 연구원들은 섬유를 개량하기 위해 노력하고 있으며 가장 강한 지방족 나일론 섬유를 개발했다고 보고합니다.
과학자인 폴리머 교수인 토넬리 박사와 섬유 공학, 화학 및 자연 과학 조교수인 리처드 커택 박사는 값비싼 복잡한 공정 없이도 더 강한 나일론 섬유를 만드는 방법을 연구하고 있습니다. 그들은 큰 고리 모양의 사슬이 아닌 직선 또는 개방형 사슬로 연결된 탄소 섬유를 가진 지방족 나일론 또는 나일론을 사용하고 있습니다.
더 강한 지방족 나일론은 로프, 로딩 스트랩, 낙하산 및 자동차 타이어에 사용되거나 고온 응용 분야에 적합한 합성 소재를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 이 발견은 필라델피아에서 열린 American Chemical Society 연례 회의에서 발표되었고 저널 Polymer Journal에 게재되었습니다.
섬유는 폴리머, 즉 많은 단위로 구성된 분자의 긴 사슬로 만들어집니다. 이러한 폴리머 사슬이 정렬되면 폴리머는 결정질이 됩니다.
이러한 코일형 폴리머는 늘어나야 하며, 더 강한 섬유로 만들려면 탄성을 없애야 합니다. 나일론 사슬에 수소를 첨가하면 늘어나는 것을 방지하므로 이러한 결합을 극복하는 것이 더 강한 나일론 섬유를 만드는 데 중요한 요소입니다.
케블라와 같은 초강력 섬유는 방향족 나일론 폴리머로 만들어집니다. 매우 단단하고 고리가 있는 긴 사슬이 있습니다. 방향족 나일론은 만들기 어려워서 매우 비쌉니다.
그래서 토넬리 교수와 커택 박사는 폴리아미드 66(나일론 66)을 사용했습니다. 폴리아미드 66은 만들기는 쉽지만 늘리고 정렬하기 어려운 상업용 열가소성 플라스틱입니다. 나일론 XNUMX의 탄력성을 제거하는 것도 어렵습니다.
이번 발견은 나일론 66이 삼염화갈륨에 용해되어 수소 결합을 효과적으로 끊고 폴리머 사슬이 확장될 수 있는 문제를 해결할 수 있을 것입니다.
PA 나일론
PA의 인장 및 압축 강도와 같은 기계적 특성은 온도 및 수분 흡수에 따라 변하므로 물은 PA의 가소제입니다. 유리 섬유를 첨가한 후 인장 및 압축 강도를 약 2배 증가시킬 수 있으며 온도 저항성도 그에 따라 향상됩니다. PA 자체는 매우 높은 내마모성을 가지고 있으므로 윤활 없이 연속 작동할 수 있습니다. 특별한 윤활 효과를 얻으려면 PA에 황화물을 첨가할 수 있습니다.
적합한 플라스틱 제품: 다양한 기어, 터빈, 랙, 캠, 베어링, 프로펠러, 전달 벨트.
기타: 수축률은 1-2%입니다. 성형 후 수분 흡수로 인한 치수 변화에 주의하세요.
수분 흡수율 : 100% 상대 수분 흡수 포화도는 8%를 흡수할 수 있습니다.
적합한 벽 두께: 2-3.5mm
PA66
피로강도와 강성이 높고, 내열성이 좋으며, 마찰계수가 낮고, 내마모성이 좋으나, 흡습성이 높고 치수안정성이 부족하다.
적용 분야: 중간 하중, 작동 온도 ≈100-120도, 윤활이 거의 없거나 전혀 없는 조건에서 작동하는 내마모성 변속 부품.
PA6
피로 강도와 내열성은 나일론 66보다 낮지만, 탄성이 좋고 진동 및 소음 감소 능력이 좋습니다. 흰색
용도: 가벼운 하중, 중간 온도(80~100°C), 무윤활 또는 소량 윤활, 저소음 환경에서 작동하는 내마모성 변속 부품입니다.
PA610
강도, 강성, 내열성은 나일론 66보다 낮지만, 흡습성이 낮고 내마모성이 좋습니다.
용도: 나일론 6과 동일하며, 비교적 높은 정밀도가 요구되는 기어와 작업 조건에서 습도 변화가 큰 부품에 적합합니다.
PA1010
강도, 강성, 내열성은 나일론 66보다 낮고, 흡습성은 나일론 610보다 낮으며, 성형 가공성이 좋고, 내마모성이 좋습니다.
적용 분야: 가벼운 부하, 낮은 온도, 큰 습도 변화 및 기타 조건에서 윤활 없이 또는 윤활이 거의 없이 작동하는 부품
MCPA
강도, 피로 저항성, 내열성, 강성은 PA6 및 PA66보다 우수하고, 흡습성은 PA6 및 PA66보다 낮으며, 내마모성이 좋으며, 모델에서 직접 중합할 수 있어 대형 부품 주조에 적합합니다. 적용 분야: 고부하, 높은 작동 온도(120℃ 이하) 윤활 없이 또는 윤활이 적음. 유백색
캐스트 나일론
캐스트 나일론(MC 나일론)은 모노머 캐스트 나일론이라고도 하며, 강염기(예: NaOH)와 일부 조촉매의 작용 하에 금형에서 카프로락탐 모노머를 직접 중합하여 얻은 제품입니다. 중합과 성형 공정이 결합되어 성형이 쉽고, 설비 투자가 적으며, 대형 기계 부품을 쉽게 제조할 수 있습니다. 기계적, 물리적 특성이 나일론 6보다 높습니다. 수십 킬로그램 무게의 기어, 터빈, 베어링 등을 제조할 수 있습니다.
나일론 1010
나일론 1010은 중국에서 개발된 엔지니어링 플라스틱 의 일종입니다 . 피마자유, 데칸디아민, 세바신산을 원료로 하여 축합시켜 만듭니다. 저렴한 가격, 우수한 경제성, 뛰어난 자가 윤활성 및 내마모성, 내유성, 낮은 취성전이온도(약 -60℃), 높은 기계적 강도 등의 특성을 지니고 있어 기계 부품, 화학 부품, 전기 부품 등 다양한 분야에 널리 사용됩니다.
변형 나일론
변형 나일론은 엔지니어링 플라스틱의 한 종류입니다. 나일론 원료의 물리적 특성을 변경하여 형성된 과립 제품입니다. 이 유형의 제품의 출력은 일부 제조업체의 다양한 요구 사항에 따라 수정됩니다.
개질 나일론에는 일반적으로 강화 나일론, 강화 나일론, 내마모성 나일론, 무할로겐 난연 나일론, 전도성 나일론, 난연 나일론 등이 포함됩니다.
- 열적 특성: 높은 유리전이온도(Tg), 녹는점(Tm), 열변형온도(HDT); 높은 장기 사용 온도(UL-746B); 넓은 사용 온도 범위; 작은 열팽창 계수.
- 기계적 성질: 고강도, 높은 기계적 탄성계수, 낮은 잠복 변형, 강력한 내마모성 및 피로 저항성을 갖추고 있습니다.
- 기타: 내화학성, 내전기성, 내화성, 내후성 및 치수 안정성이 우수합니다.
방향족 나일론
방향족 나일론은 폴리방향족 아미드라고도 하며, 1960년대에 성공적으로 개발된 새로운 유형의 나일론입니다. 고온, 방사선 및 부식에 강합니다. 방향족 고리 구조를 포함하는 모든 나일론 분자는 방향족 나일론에 속합니다. 합성 나일론의 디아민 또는 이염기산만 방향족 디아민 또는 방향족 디산으로 대체하면 얻은 나일론은 반방향족 나일론이고, 방향족 디산과 방향족 디아민으로 합성된 나일론은 완전 방향족 나일론입니다. 방향족 나일론의 취성 온도는 -70℃에 도달할 수 있고, 비카트 연화 온도는 270℃에 도달할 수 있습니다. 고온, 방사선, 부식 및 마모에 강하고, 자기 소화 특성이 있으며, 습한 상태에서 높은 전기적 특성을 유지할 수 있습니다. 방향족 나일론은 압출, 성형, 적층 및 함침이 가능합니다. 그것은 섬유, 필름, 함침 필름, 장식용 라미네이트, 유리 섬유 강화 라미네이트, 고온 복사관, 방화벽 등을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 상용화된 반방향족 나일론에는 주로 MXD6, PA6T 및 PA9T가 포함되고, 전방향족 나일론에는 주로 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PPTA), 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드)(MPIA) 및 폴리(p-페닐렌 테레프탈아미드)(PBA)가 포함됩니다.
완전 방향족 나일론은 1960년대와 1970년대에 성공적으로 개발되고 산업화되었습니다. 완전 방향족 나일론은 높은 녹는점, 높은 탄성 계수 및 높은 강도로 인해 합성 섬유 생산에 널리 사용됩니다. PPTA는 저온 용액 중합을 통해 p-페닐렌디아민과 테레프탈로일 클로라이드로 만들어집니다. PPTA는 고강도, 고 탄성 계수, 고온 저항성 및 낮은 밀도와 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 주로 합성 섬유 방적의 원료로 사용됩니다. PPTA 섬유는 고무 보강재 및 플라스틱의 보강제로도 사용할 수 있습니다. 그러나 PPTA는 피로 저항성과 내압성에 단점이 있으며 PPTA는 용융 압출이 불가능합니다.
MXD6
MXD6는 1950년대 Lum 등이 m-페닐렌디아민과 아디프산을 원료로 사용하여 축합 중합 반응을 통해 합성한 결정성 나일론 수지입니다. 일본의 미쓰비시 가스화학(Mitsubishi Gas Chemical Company)은 직접 축합 중합법으로, 도요보(Toyobo Co., Ltd.)는 나일론 염법으로 MXD6를 합성했습니다. 이 두 가지 중합 방법에 따라 얻은 MXD6는 용도가 다릅니다. 직접 축합 중합법으로 합성한 MXD6는 차단재 또는 엔지니어링 구조재 제조에 사용될 수 있으며, 나일론 염법으로 합성한 MXD6는 섬유용 MXD6 수지 생산에 사용될 수 있습니다. 결정성 반방향족 나일론인 MXD6는 낮은 흡수율, 높은 열변형 온도, 높은 인장 강도 및 굽힘 강도, 작은 성형 수축률, 그리고 O2 및 CO2와 같은 기체에 대한 우수한 차단성 등의 특성을 가지고 있습니다. MXD6는 넓은 가공 온도 범위 덕분에 폴리프로필렌 (PP) 및 고밀도 폴리에틸렌 ( HDPE )과 함께 블로우 성형을 위한 공압출이 가능합니다. 산업적으로 MXD6는 주로 포장재 및 금속을 대체하는 엔지니어링 구조재로 사용됩니다. 포장재로는 식품 및 음료 포장재, 계측기 및 장비 포장재(방습, 진동 흡수 쿠션 및 발포재) 등이 있으며, 구조재로는 고온 내성 레니(Reny), MXD6/PPO 합금, 내진동 레니 등이 있습니다. 또한 MXD6는 자성 플라스틱, 투명 접착제 등에도 사용됩니다.
PA6T
PA6T는 방향족 이산과 지방족 디아민으로부터 합성된 반방향족 나일론입니다. PA6T는 내열성과 치수 안정성이 우수합니다. PA6T는 높은 융점을 가지고 있기 때문에 고체상 중합 또는 계면 중합으로 제조할 수 있습니다. 섬유 제조, 기계 부품 및 필름 제품에 사용할 수 있습니다. 일본의 미쓰이 케미칼에서 개발한 개질 PA6T는 고강성, 고강도 및 낮은 수분 흡수의 특성을 가지고 있습니다. 주로 자동차 내연 기관 부품, 내열성 전기 부품, 변속기 부품 및 전자 조립에 사용됩니다. PA6T의 높은 융점 때문에 일반 지방족 나일론처럼 사출 성형할 수 없기 때문에 PA6T의 적용이 어느 정도 제한됩니다.
PA9T
PA9T는 노난디아민과 테레프탈산의 용융 축합으로 얻어진다. PA9T는 내열성과 용융 가공성이 좋고, 흡수율은 0.17%에 불과하여 PA1(10%)의 46/1.8에 불과하다. 치수 안정성 등의 특성이 좋아 전자전기, 정보기기, 자동차 부품 등에 널리 쓰이고 있다. 반복 단위 사슬의 디아민 탄소 원자 수가 6개일 때, PA6T의 융점은 370℃로, 약 350℃의 열분해 온도를 초과한다. 따라서 융점을 낮추기 위해 320번째 또는 6번째 성분을 첨가하지 않으면 나일론을 실제 응용에 사용할 수 없다(나일론의 용융 가공 온도는 일반적으로 9℃ 이하). 그러나 융점을 낮추기 위해 다른 성분을 첨가하면 필연적으로 PA9T의 결정성, 치수 안정성, 내화학성 등의 특성이 저하된다. 따라서 디아민의 탄소 원자 수를 늘리는 것이 또 다른 연구 핫스팟이 되었고, PA9T의 구조는 내열성과 용융 가공성을 모두 갖춘 이상적인 구조가 되었습니다. 그러나 PA9T를 합성하는 주요 원료인 노난디아민의 합성 경로는 비교적 복잡합니다. 부타디엔은 수화, 전치, 수산화, 아민화 환원과 같은 화학 반응을 거쳐 최종적으로 노난디아민을 얻습니다. 이로 인해 PAXNUMXT의 생산 비용이 높아지고, 이는 PAXNUMXT의 대량 생산 및 적용을 제한합니다.
폴리프탈아미드
폴리프탈아미드(PPA)는 이소프탈산, 테레프탈산, 아디프산 및 헥사메틸렌디아민의 중축합 반응으로 형성된 고분자 혼합물입니다. 반결정성, 반방향족 나일론의 일종입니다. PPA 수지는 일반적으로 배치 생산 방식으로 제조됩니다. PPA는 우수한 내열성, 뛰어난 기계적 특성 및 치수 안정성, 낮은 흡수율, 우수한 성형 가공성뿐만 아니라 우수한 전기적 특성 및 내화학성을 가지고 있습니다. PPA는 사출 성형 및 압출 성형 으로 가공할 수 있습니다 . PPA는 자동차, 전자 제품 및 일반 산업 기계 분야에 널리 사용됩니다.
폴리(m-페닐렌이소프탈아미드)
폴리이소프탈아미드(MPIA)는 1960년대에 성공적으로 개발된 새로운 유형의 폴리아로마틱 아미드입니다. 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일 클로라이드로 만들어졌으며 저온 용액 중합 및 계면 중합으로 합성할 수 있습니다. MPIA의 뛰어난 특징은 내열 수명이 길다는 것입니다. 또한 고탄성률, 내마모성, 난연성 및 고온 치수 안정성의 장점도 있습니다. 그러나 MPIA의 내광성은 약간 낮고 자외선 차단제를 첨가해야 합니다. MPIA는 주로 산업 및 인화성 및 폭발성 고온 환경의 작업복, 고온 내성 산업용 필터 재료, 낙하산, 고온 컨베이어 벨트, 전기 절연 재료 등에 사용됩니다. MPIA는 막대, 판 및 섬유로도 가공할 수 있습니다. 내열성, 미끄럼성, 내방사성 등이 뛰어나 항공우주, 원자력 산업, 전기 및 자동차 산업에 사용됩니다.
폴리파라벤
폴리-p-벤자미드(PBA)는 1970년대에 성공적으로 개발되었습니다. 합성 경로는 다음과 같습니다. p-니트로톨루엔을 액상에서 공기로 산화시켜 p-니트로포름산을 얻고, p-니트로포름산을 아민화 환원 반응시켜 p-아미노포름산을 얻고, p-아미노벤조산을 p-아미노벤조일 클로라이드 또는 p-설핀아마이드벤조일 클로라이드의 염화물로 전환하고, 마지막으로 중합 축합을 통해 PBA를 얻습니다. PBA는 고탄성률과 고강도의 특성을 가지고 있으며, 로켓 엔진 케이싱, 고압 용기, 스포츠 용품, 산업의 코팅 직물에 사용할 수 있습니다.
개발 동향
최신 개량 PA제품 개발 현황
유리섬유 강화 PA는 1950년대에 연구되었지만 1970년대까지 산업화되지 않았습니다. 66년 초강력 PA1976이 개발된 이후, 각국의 주요 기업들은 새로운 개질 PA 제품을 개발했습니다. 미국, 서유럽, 일본, 네덜란드, 이탈리아 등 각국은 강화 PA, 난연 PA, 충전 PA를 적극적으로 개발했으며, 많은 수의 개질 PA가 시장에 출시되었습니다.
1980년대에 상용화제 기술의 성공적인 개발은 PA 합금의 개발을 촉진했습니다. 전 세계 국가는 PA/PE, PA/PP, PA/ABS, PA/PC, PA/PBT, PA/PET, PA/PPO, PA/PPS, PA/PA 등 수천 가지 합금을 연이어 개발했으며, 자동차, 기관차, 전자, 전기 기계, 섬유, 스포츠 용품, 사무용품, 가전 제품 부품 및 기타 산업에 널리 사용됩니다.
1990년대에는 새로운 종류의 개량 나일론이 계속 증가했습니다. 이 기간 동안 개량 나일론이 상업화되어 새로운 산업을 형성하고 빠르게 발전했습니다. 1990년대 말까지 세계 나일론 합금 생산량은 연간 1.1만 톤에 도달했습니다.
제품 개발 측면에서 주요 방향은 고성능 나일론 PPO/PA6, PPS/PA66, 강화 나일론, 나노 나일론, 할로겐 프리 난연 나일론이며, 응용 측면에서 자동차 부품 및 전기 부품 개발에서 큰 진전이 이루어졌습니다. 예를 들어, 자동차 흡기 매니폴드용 고유동 개질 나일론이 상용화되었습니다. 이러한 복잡한 구조적 부품의 가소화는 응용 분야에서 큰 의의가 있을 뿐만 아니라, 더 중요한 것은 부품의 수명을 연장하고 엔지니어링 플라스틱 가공 기술의 개발을 촉진한다는 것입니다.
개질 나일론의 개발 동향
엔지니어링 플라스틱의 가장 크고 가장 중요한 종류인 나일론은 강력한 활력을 가지고 있는데, 주로 개질 후 고성능을 달성할 수 있기 때문이다. 둘째, 자동차, 전기, 통신, 전자, 기계 및 기타 산업은 제품의 고성능에 대한 요구 사항이 점점 더 커지고 있다. 관련 산업의 급속한 발전은 엔지니어링 플라스틱의 고성능 프로세스를 촉진했다. 개질 나일론의 미래 개발 추세는 다음과 같다.
- 고강도, 고강성 나일론에 대한 시장 수요가 증가하고 있으며, 무기질 휘스커 강화, 탄소섬유 강화 PA와 같은 새로운 강화재가 중요한 품종으로 부상할 것으로 예상되며, 주로 자동차 엔진 부품, 기계 부품, 항공 장비 부품에 사용됩니다.
- 나일론 합금은 개질 엔지니어링 플라스틱 개발의 주류가 될 것입니다. 나일론 합금은 나일론의 고성능을 달성하는 중요한 방법이며, 특수 나일론 재료를 제조하고 나일론 성능을 개선하는 주요 수단이기도 합니다. 다른 폴리머와 혼합하여 나일론의 흡수율을 개선하고, 제품의 치수 안정성, 저온 취성, 내열성 및 내마모성을 개선할 수 있습니다. 따라서 다양한 차량 유형의 요구 사항에 적합합니다.
- 나노 나일론의 제조 기술과 응용은 빠르게 발전할 것입니다. 나노 나일론의 장점은 열적 특성, 기계적 특성, 난연성 및 차단 특성이 순수 나일론보다 높고 제조 비용이 일반 나일론과 비슷하다는 것입니다. 따라서 경쟁력이 큽니다.
- 전자, 전기제품, 가전제품에 사용되는 난연성 나일론은 날로 그 사용이 늘어나고 있으며, 친환경 난연성 나일론이 시장에서 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다.
- 안티정전기, 전도성 나일론 및 자성 나일론은 전자 장비, 광산 기계 및 섬유 기계의 선호되는 소재가 될 것입니다.
- 가공 보조제의 연구와 응용은 개질 나일론의 기능화와 고성능화를 촉진할 것입니다.
- 포괄적인 기술의 적용과 제품의 개선은 산업 발전의 원동력입니다.
폴리아미드 섬유는 고분자 사슬에 -CO-NH- 그룹을 가진 섬유를 총칭하는 용어입니다. 일반적으로 사용되는 지방족 폴리아미드 섬유는 주로 폴리아미드 6과 폴리아미드 66이며, 중국에서는 나일론 6과 나일론 66으로 판매됩니다. 나일론 섬유는 주로 필라멘트 형태이며, 소량의 단섬유는 주로 면, 양모 또는 기타 화학 섬유와의 혼방 에 사용 됩니다. 나일론 필라멘트는 직조 또는 편직용 원료로 사용되는 신축성 있는 실을 만들기 위한 변형 가공에 널리 사용됩니다. 나일론 섬유는 일반적으로 용융 방사법으로 제조됩니다. 나일론 6과 나일론 66 섬유의 강도는 4~5.3cN/dtex이며, 고강도 폴리에스터는 7.9cN/dtex 이상에 달할 수 있습니다. 신장률은 18~45%이며, 10% 신장 시 탄성 회복률은 90% 이상입니다. 측정 결과에 따르면 나일론 섬유의 내마모성은 면 섬유의 20배, 양모의 20배, 비스코스의 50배에 달합니다. 피로 저항성은 모든 섬유 중에서 1위를 차지합니다. 민간 분야에서는 양말이나 기타 혼방 제품의 내마모성을 향상시키기 위해 널리 사용됩니다. 그러나 나일론 섬유는 탄성률이 낮고 주름 방지 기능이 폴리에스터에 비해 떨어져 의류 분야에서의 활용이 제한적입니다. 나일론 코드는 비스코스보다 수명이 3배 길고 충격 흡수력이 뛰어나 험한 노면에서도 주행이 가능합니다. 하지만 나일론 코드는 신축성이 커서 차량 정지 시 타이어가 변형되어 편평한 부분이 생기고, 출발 시 차량이 심하게 덜컹거리는 문제가 발생합니다. 따라서 트럭 타이어에만 사용 가능하며 승용차 타이어에는 적합하지 않습니다.
나일론 섬유의 표면은 매끄럽고, 오일이 없는 섬유의 마찰 계수는 매우 높습니다. 나일론 오일은 장기 보관 후 효능을 잃기 쉽고, 섬유 가공 중에 오일을 다시 첨가해야 합니다.
나일론 섬유는 폴리에스터보다 수분 흡수율이 높습니다. 나일론 6과 나일론 66의 표준 조건에서 수분 회복률은 4.5%로 합성 섬유 중에서 비닐론에 이어 두 번째입니다. 염색 성능이 좋으며 산성 염료, 분산 염료 및 기타 염료로 염색할 수 있습니다.
