Nylon

Lịch sử của sợi Nylon

    Người phát minh ra phương pháp sản xuất sợi nylon là Wallace H. Carothers vào năm 1928, một giáo sư từng giảng dạy tại Đại học Harvard. Ông quan tâm đến lý thuyết polymer liên quan đến các phân tử liên kết với nhau thành chuỗi dài, và phát hiện ra rằng hợp chất được tạo thành giữa axit hai chức (dibasic acid) và rượu đa chức (polyhydric alcohol), khi được đun nóng, sẽ kết hợp tạo thành polyester với các phân tử lớn liên kết với nhau có thể tạo thành sợi. Tuy nhiên, loại sợi được phát hiện vào thời điểm đó vẫn chưa ở trạng thái phù hợp để sử dụng làm sợi dệt, nên nó đã được cải tiến cho đến khi có thể sản xuất thành sản phẩm dệt vào năm 1939.

    Loại nylon đầu tiên được sản xuất thành công để sử dụng là Nylon 6.6, được bán dưới dạng tất nylon và trở nên phổ biến rộng rãi; các loại nylon khác cũng được sản xuất, chẳng hạn như Nylon 6,10, Nylon 6, v.v.

    Nylon là tên gọi chung cho các loại sợi được tổng hợp từ các phân tử amide lớn liên kết với nhau thành chuỗi dài. Các nhóm amide này phải kết hợp thành một phân tử duy nhất và phải có các đặc tính cho phép chúng được tạo thành sợi. Do đó, nylon không phải là tên của một loại sợi cụ thể, mà là tên gọi chung cho các vật liệu được tổng hợp từ hợp chất amide nói chung.

Sản xuất sợi Nylon

    Nguyên liệu cơ bản để sản xuất sợi nylon là than đá, không khí và nước. Chúng được kết hợp trong một nồi hấp áp suất cao, tạo ra phản ứng hình thành axit adipic và hexamethylenediamine. Mỗi chất được tách riêng rồi kết hợp theo tỷ lệ bằng nhau, gây ra phản ứng tạo thành muối nylon, liên kết với nhau thành chuỗi dài và phân tử lớn. Phản ứng diễn ra trong một nồi hấp áp suất quay, với nhiệt độ và áp suất được kiểm soát cho đến khi các chất kết hợp thành các phân tử đủ lớn. Quá trình nóng chảy này được gọi là kéo sợi nóng chảy (Melt Spinning).

    Sợi nylon được sản xuất ra rất bóng và trong mờ. Để tạo thành vải, sợi phải được làm mờ đục bằng cách thêm titanium dioxide vào dung dịch nylon lỏng, sau đó được ép đùn thành một dải phẳng giống như dải ruy băng. Sau khi được sấy khô và làm cứng, nó được nghiền thành bột, sau đó được đun nóng cho đến khi nóng chảy và ép đùn thành sợi. Để ngăn nylon mất đi các đặc tính của nó, khí oxy phải được loại bỏ hoàn toàn khỏi bể nóng chảy trong quá trình nóng chảy.

    Sợi nylon thu được ở giai đoạn này có độ bền thấp, chỉ khoảng 1,0-1,3 gram trên denier, và sợi vẫn còn đục, vì vậy nó phải trải qua quá trình kéo giãn gọi là kéo nguội (cold drawn). Việc kéo giãn 400% làm cho sợi trở nên trong suốt, tăng độ bền lên 5,8 gram trên denier, và cho độ giãn dài 17%.

    Nylon là loại sợi có phân tử dài, một chuỗi thẳng của polyamide. Một polymer có thể được tạo thành sợi phải có khối lượng phân tử trung bình từ 12.000-20.000; nếu thấp hơn 6.000 thì không thể tạo thành sợi vì sợi sẽ giòn, nhưng nếu cao hơn 20.000 thì nó sẽ nóng chảy, khiến nó không phù hợp để sử dụng làm sợi.

Đặc tính của vải Nylon (Nylon 6.6, Nylon 6)

Đặc tính vật lý của sợi

1. Hình dạng
    Sợi nylon mượt và bóng. Nhìn theo mặt cắt ngang thì có hình tròn, ngoại trừ Nylon 6.6, có tên thương mại là Antron và có hình tam giác bo tròn. Nhìn theo chiều dọc, nó xuất hiện như một sợi mượt, đều suốt chiều dài, khá trong suốt, và có các đốm nhỏ rải rác khắp nơi.
2. Độ bền
    Điều này thay đổi tùy theo mục đích sản xuất. Đối với các ứng dụng công nghiệp yêu cầu độ bền rất cao, độ giãn dài sẽ giảm; ví dụ, độ bền 8,8 gram trên denier cho độ giãn dài 18%, trong khi độ bền 4,3 gram trên denier cho độ giãn dài 45%. Độ bền khi ướt giảm nhẹ, còn khoảng 80-90% độ bền khi khô, đây là một đặc tính tốt.
3. Độ đàn hồi và độ giãn dài
    Nylon là loại sợi có độ đàn hồi rất tốt; ví dụ, nếu kéo giãn 8%, nó sẽ phục hồi 100%, và nếu kéo giãn 16%, nó sẽ phục hồi 91%. Nylon có thể giãn tới 22% trước khi đạt điểm đứt gãy. Đặc tính này hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi độ đàn hồi, chẳng hạn như trong công nghiệp và trang phục cần ôm sát cơ thể.
4. Khả năng hút ẩm
    Nylon hút ẩm rất ít so với sợi tự nhiên, nhưng trong số các loại sợi tổng hợp, nylon hút ẩm tốt nhất. Trong điều kiện tiêu chuẩn, Nylon 6.6 hút ẩm 4,2-4,5%, trong khi Nylon 6 hút ẩm 3,5-5,0%.
5. Khả năng chịu nhiệt
    Sợi nylon được phân loại là sợi nhiệt dẻo (Thermoplastic fiber) (nóng chảy trước khi cháy). Nylon 6.6 nóng chảy ở nhiệt độ 250°C, trong khi Nylon 6 nóng chảy ở khoảng 210°C.

Đặc tính hóa học của sợi
    Sợi nylon chịu được các chất kiềm tốt hơn so với axit. Các axit vô cơ như HCL, HNO3 và H2SO2 có thể hòa tan nylon, và một số dung môi hữu cơ như phenol, meta-cresol và axit formic cũng có thể hòa tan sợi.
Các dung dịch giặt khô hoặc dung môi tẩy vết bẩn dùng trên vải sẽ không gây hại cho vải nylon.

Đặc tính sinh học của sợi
    Nylon khá kháng nấm mốc và vi khuẩn. Nếu vải nylon được xử lý hoàn tất bằng hồ tinh bột, nó có thể trở nên dễ bị nấm mốc phát triển. Côn trùng và bướm đêm không ăn vải nylon, nhưng nếu nó được gấp và cất giữ trong thời gian dài, kiến hoặc côn trùng có thể gặm nhấm dọc theo các đường gấp.

Sợi Nylon và công dụng

    Vải nylon có đặc tính tốt để tạo ra nhiều loại quần áo và phụ kiện bền, không dễ rách. Nó thường được pha trộn với các loại sợi khác để tăng cường đặc tính, cả về độ ổn định kích thước, hình dạng lẫn khả năng chống mài mòn. Tuy nhiên, nylon có khả năng hút ẩm thấp, vì vậy nếu dùng để may trang phục, nên chọn loại vải dệt thoi hoặc dệt kim lỏng hơn, ít chặt hơn để cho phép không khí và hơi ẩm cơ thể dễ dàng bay hơi, để không cảm thấy bí bách hay quá nóng khi mặc. Vải nylon dệt kim bền, có độ đàn hồi tốt, giữ form dáng tốt, và cho phép cử động cơ thể thoải mái, phù hợp làm trang phục thể thao. Vải nylon dệt thoi với cấu trúc chặt, mịn phù hợp để làm vải ô dù chống thấm nước, và nếu được xử lý hoàn tất để chống thấm nước, nó có thể được sử dụng rất hiệu quả. Sợi nylon cũng phù hợp để làm thảm, vải bọc nội thất và dây thừng. Sợi nylon dễ chăm sóc, dù được tạo thành vải hay các vật dụng khác; nó có thể được sử dụng với xà phòng, chất tẩy rửa và thuốc tẩy, và được giặt bằng phương pháp giặt ướt thông thường. Tuy nhiên, không nên để vải nylon dưới ánh nắng mặt trời trong thời gian dài, vì màu sắc dễ phai và vải mất độ bền.

Ngày nay, sợi nylon được sản xuất với nhiều loại để đáp ứng nhu cầu đa dạng của người sử dụng, chẳng hạn như:

Nylon 4 được sản xuất bằng cách trùng hợp 2-pyrrolidone, bổ sung các đặc tính tương tự sợi tự nhiên, cụ thể là khả năng hút ẩm tốt và khả năng chịu nhiệt cao hơn Nylon 6.
Nylon 5 Polyvalerolactam có đặc tính tương tự Nylon 6.6 và được sản xuất tại Mỹ.
Nylon 7 polyheptanoamide, có tên thương mại là Enant, có đặc tính tương tự Nylon 6.6 và Nylon 6, nhưng có khả năng chịu nhiệt cao hơn và điểm nóng chảy cao hơn, mặc dù nó hút ẩm ít hơn; nó được sản xuất tại Nga.
Nylon 6 T hay Nomex có điểm nóng chảy cao (370°C) và mật độ lớn hơn Nylon 6 và Nylon 6.6, nhưng có độ giãn dài thấp hơn.
Nylon Qiana được sản xuất với số lượng nhỏ và có giá thành đắt, với cảm giác vải sang trọng và kết cấu tương tự lụa. Nó chống nhăn rất tốt, nhuộm và in đẹp, và màu sắc không phai. Nó được sản xuất thành các loại sợi dệt kim tinh tế nhất.
Nylon 6, 10 thường được dùng để làm thảm, vải giả lông thú, hoặc các loại vải yêu cầu kết cấu đặc biệt.
Nylon 11 có tên là Rilsan tương tự Nylon 6 và Nylon 6,6. Nó hút ẩm ít, nóng chảy ở nhiệt độ thấp, có mật độ thấp, và thường được sản xuất thành sợi mềm, xốp.
Nylon 22 có đặc tính không tích tụ tĩnh điện, bóng như lụa, có độ đàn hồi rất tốt, không dễ bám bẩn, và vải trắng giữ được độ trắng xuất sắc.

    Trong nhóm sợi polyamide, còn có một loại sợi mới được phát hiện, sản xuất bởi công ty DuPont vào năm 1963, với tên gọi nylon Nomex. Sau đó, vào năm 1973, một loại khác được sản xuất gọi là Kevlar. Cả hai loại này đều được biết đến với tên gọi chung là aramid. Sợi aramid có một số đặc tính vượt trội hơn sợi nylon: nó không cháy, rất chắc và bền, và vải tương đối nhẹ, với tỷ trọng khoảng 1,38-1,44 gram trên cm3 và khả năng hút ẩm 4,5-7%. Sợi này chịu được axit, kiềm và dung môi hữu cơ tốt, nhưng không chịu được ánh nắng mặt trời. Sợi aramid được dùng để làm trang phục và thiết bị cho phi hành gia, cũng như rèm cửa, gối, khăn trải giường, dây thừng, thảm, đệm chịu nhiệt và vật liệu thiết bị yêu cầu khả năng chịu nhiệt.