簡介
聚醯胺纖維是第一個合成高分子聚合物商業化之合成纖維製品﹐其為在1937年由美國杜邦公司卡羅瑟斯(Caarothers)研究發明聚六甲基己二醯胺(即尼龍六六醯)﹐因而開啟了合成纖維的第一頁﹐其至今仍是聚醯胺纖維的代表。
卡羅瑟斯於1928年就在研究聚酯纖維﹐其完成脂肪族二元酸及二元醇之聚酯聚合體之基礎研究﹐惟因熔點過低而無法實用。但也因此研究而奠定了今日之PET聚酯纖維之輝煌騰達。卡羅瑟斯對於多數分子之分子間結合為新的巨大分子之反應稱為聚合(polymerization)反應。而由縮合(condensation)反應之反覆繼續結合成巨大分子之反應稱為聚縮合(polycondensation)反應。在此觀念下卡羅瑟斯自1928年起進行鏈狀之高分子合成研究﹐由聚縮合反應合成了聚醯胺類﹐聚醇縮醛類﹐聚醚類等鏈狀高分子化合物﹐歷經無數次之基礎研究後於1937年由已二胺和已二酸經聚縮合反應而成的聚六甲基己二醯胺即尼龍六六﹐是最早商業化之高分子合成纖維﹐並於1937年做成了第一雙尼龍絲襪﹐杜邦公司旋即在1938年9月取得該專利權並以 “Nylon”為商品名﹐在1939年建立第一個量產工廠﹐當時之產能為4000噸每年﹐1944年達25000噸﹐1948年達35000噸﹐1951年增加到65000噸﹐在此同時英國﹐法國﹐義大利﹐西德﹐日本也相繼建廠生產﹐在尼龍六六開始商業化之同時﹐德國法本公司(IG Farben/basf)之施拉克(p.schlack)於1938年提出由已內醯胺(Caprolactum﹐縮稱CPL)合成聚己醯胺纖維即尼龍六之專利﹐並取得商品名perlon﹐之後隨著聚醯胺纖維工業發展﹐各國之纖維材料研究者陸續進行多種聚醯胺纖維之研究﹐較成熟的有荷蘭國家礦業公司之聚丁二醯己二胺即尼龍四六﹐其它還有聚辛醯胺之尼龍八﹐聚壬醯胺之尼龍九﹐聚十二甲基己二胺之尼龍六十二﹐聚十一醯胺之尼龍十一等﹐雖然種類多﹐但仍以尼龍六與尼龍六六為大宗﹐其生產量占聚配備胺纖維之95%以上。
性能
聚醯胺纖維最突出的優點為耐磨性較其它纖維優越﹐其次為它的彈性佳﹐其彈性回復率可媲美羊毛﹐還有其質輕﹐比重為1.14﹐在已商業化之合成纖維中﹐其僅次於聚丙烯(丙綸﹐比重小於1),而較聚酯纖維(比重1.38)輕﹐因此聚醯胺纖維可加工成細勻柔軟且平滑之絲﹐供織造成美觀耐用之織物﹐另其同聚酯纖維一樣具耐腐性﹐不怕蟲蛀﹐不怕發霉之優點。
聚醯胺纖維之缺點為耐旋光性稍差﹐如在室外長時間受日照時﹐則易生黃﹐強度下降﹐與聚酯絲相比其保型形性較差﹐因此織物較不夠挺拔﹐還有其纖維表面光滑﹐較有蠟狀感﹐關於這些缺點近年來已研究出各種改善措施﹐如加入耐光劑以改善耐旋光性﹐或製成異型斷面以改善外觀及光澤﹐以DTY或ATY加工或與其它纖維混紡或交織﹐以改善手感。
聚醯胺纖維之各種性能再詳述如下﹕
1﹑耐磨性﹕聚醯胺纖維之耐磨性是所有紡織纖維中最好的﹐同條件下﹐其耐磨性為棉花之10倍﹐羊毛之20倍﹐嫘縈(rayon)之50倍﹐如在毛紡或棉紡中摻入15%之聚醯胺纖維﹐則其耐磨度比純羊毛料或棉料提高3倍。
2﹑斷裂強度﹕衣料用途聚醯胺纖維長纖其斷裂強度為5.0~6.4g/d﹐產業用之高強力絲則為7~9.5 g/d甚至更高﹐其濕潤狀態之斷裂強度約為乾燥狀態之85%~90%。
3﹑斷裂伸度﹕聚醯胺纖維之斷裂伸度依品種之不同而有所差異﹐強力絲之伸度較低在10~25%間﹐一般衣料用絲25~40%﹐其濕潤狀態之斷裂伸度約較乾燥狀態高3~5%。
4﹑彈性回復率﹕聚醯胺纖維之回彈性極佳﹐長纖之伸度10%時﹐其彈性回復率為99%﹐而聚酯在相同狀況下為67%﹐嫘縈則僅32%。
5﹑耐疲勞性﹕由於聚醯胺纖維之彈性回復率好﹐因此其耐疲功性也佳﹐其耐疲勞性與聚酯絲接近而高於其它化學纖維及天然纖維﹐在相同之試驗條件下聚酯醯胺纖維之耐疲勞性比棉纖維高7~8倍﹐比嫘縈高几拾倍。
6﹑吸濕性﹕聚醯胺纖維之吸濕性比天然纖維和嫘縈低﹐但在合成纖維僅次於聚氯乙烯醇(PVA,維綸)而高於其它合成纖維﹐nylon 66在溫度20攝氏度﹐相對濕度65%時之含水率為3.4~3.8﹐nylon 6則為3.4~5.0﹐故聚醯胺六之吸濕性略高於聚醯胺六六。
7﹑染色性﹕聚醯胺纖維之染色性較天然纖維及嫘縈困難﹐但仍較其它合成纖維易染色﹐一般以酸性染料染色。
8﹑光學性質﹕聚醯胺纖維具雙折射(birefringence)﹐雙折射隨延伸比變化很大﹐其在充分延伸後﹐尼龍六六纖維之縱向折射率為1.528﹐橫向折射率為1.519﹐尼龍六纖維之縱向折射率為1.580﹐橫向折射率為1.530﹐聚醯胺纖維表面光澤度較高﹐通常於聚合添加二氧化鈦消光。
9﹑耐旋光性﹕聚醯胺纖維之耐旋光性能較差﹐於聚合時添加耐光劑製成纖維後可改善耐旋光性能。
10﹑耐熱性﹕聚醯胺纖維之耐熱性不佳﹐在150攝氏度時歷經5小時即變黃﹐170度開始軟化﹐到215度開始熔化﹐nylon 66耐熱性要較nylon 6好﹐其安全溫度分別為130及90度﹐熱定型溫度最高不能超過150度﹐最好在120度以下﹐但聚醯胺纖維耐低溫性佳﹐即使在零下70度之低溫使用﹐其彈性回復率變化不大。
11﹑耐化學品性﹕聚醯胺纖維耐鹼性佳﹐但耐酸性則較差﹐在一般室溫調件下﹐其可耐7%之鹽酸﹐20%之硫酸﹐10%之硝酸﹐50%之燒鹼浸泡﹐結果都不受腐蝕﹐因此聚醯胺纖維適用於防腐蝕工作服﹐另外其可用做漁網﹐不怕海水浸蝕﹐尼龍漁網要比一般漁網壽命長3~4倍。
性能比較
尼龍六及尼龍六六纖維占聚醯胺纖維95%以上，它們的主要性能如附表，其物理性能雖然有差異，但在一般用途上，其在外觀、手感、強力及耐磨性都十分接近，從其平織布及針織布亦難分軒輊，因而往往可互相替代，但如從成本考慮，則尼龍六較占優勢‧尼龍六長絲之收縮率較尼龍六六略高，其較適合針織物及起絨織物‧尼龍六因具較低之軟化點，因此較尼龍六六柔軟，但其捲曲變形較困難，故尼龍六六之加工絲捲縮堅牢度較尼龍六優越，故如做褲襪材料，尼龍六六要比尼龍六彈性佳，也較耐穿‧因尼龍六六之熔點較尼龍六高且縮率可較低，因此，用於輪胎帘布較尼龍六於製成輪胎後較能耐高速行駛，輪胎亦可行駛較長之里程‧另尼龍六六與聚酯纖維之熔點接近其與聚酯之交織物，可與聚酯相同之溫度同浴染，因此尼龍六六之N/T織物(尼龍及聚酯交織物)要較尼龍六之N/T織物染色牢度佳。
Nylon 66和Nylon 6性能比較表
纖維品種 Nylon 66 Nylon 6
長絲
性能指針 一般絲 強力絲 短纖維 一般絲 強力絲
斷裂強度
Cn/dtx 乾 4.94~5.65(5.6~6.4) 5.65~7.68(6.4~7.8) 4.15~5.92(4.7~6.7) 4.4~5.65(5.0~6.4) 5.65~7.68(6.4~8.7)
(g/den) 濕 3.97~5.29(4.5~6.0) 4.86~6.89(5.5~7.8) 3.44~5.03(3.9~5.7) 3.70~5.21(4.2~5.9) 5.21~6.53(5.9~7.4)
打結強度(%，乾強) 80~90 60~70 80~90 70~80
乾濕強度比(%) 90~95 85~90 83~90 84~92 84~92
斷裂伸度% 乾 26~40 16~24 38~50 28~42 16~25
濕 30~52 21~28 40~58 36~52 20~30
彈性回復率%(伸長3%時) 95~100 98~100 95~100 98~100 98~100
楊氏係數(kg/mm²) 235~318 373~447 100~250 200~450 280~510
比重 1.14 1.14
吸濕性(%)20℃空氣 濕度65% 3.4~3.8 3.5~5.0
濕度95% 5.8~6.1 8.0~9.0
耐熱性 軟化點235℃，150℃，5hr變黃 熔點260℃ 軟化點180℃ 熔點215~220℃熔融同時慢慢燃燒無自燃性
耐候性 長期暴露，強度降低，變黃 長期暴露，強度降低，變黃，比Nylon66稍差
熱穩定性為零時溫度 240 一般長絲193~195℃
最佳定型溫度℃ 乾態 130 93
濕態(飽和蒸汽) >140 137 在水中 98 95 最高熨燙溫度℃ 205 150
用途
聚醯胺纖維可製成長纖或短纖，其用途如下：
1﹑長纖：聚醯胺長纖可單獨使用，也可與其它纖維交織，也可假捻加工成加工絲供針織或平織用途，在內衣用途可用於男女兒童服裝、被套面料、襪子、雨衣等‧另聚醯胺纖維用於航天員外衣之外層及內里，利用其高度強度來保護航天員不受外層空間隕石之襲擊，在家飾布可用於窗簾布、浴帘布及雨傘布等，在產業用途可用於漁網、濾布、纜繩、輪胎帘布、輪送帶襯布及降落傘布等‧由於其強力高、耐衝擊、耐磨性佳，用於輪胎帘布製成輪胎後其行駛里程較以往之嫘縈輪胎帘布行駛之里程高，據實驗證明聚醯胺輪胎帘布輪胎可行駛約三十萬公里，而嫘熒縈輪胎帘布輪胎僅能行駛約十二萬公里，使用於輪胎帘布之聚醯胺長纖以尼龍六六為大宗，其占尼龍六六纖維使用量約50%。
2﹑短纖：聚醯胺短纖與長纖相比在美國其使用量約占21%，在地毯用纖維中，短纖維占90%以上，而聚醯胺纖維又占地毯纖維用量之53%，另外其可與其它纖維混紡用於襪子、華達呢布料、凡立丁布料、毛毯、濾布等。
趨勢及套用
尼龍纖維其柔韌性、彈性回復性率、耐磨性、耐鹼性、吸濕性及輕量性方面均較聚酯纖維性能佳，但因其成本較聚酯纖維約高一倍，而尼龍66又較尼龍6高20~40%，因此尼龍纖維未來之發展及能否超越聚酯纖維，首要為降低原料成本‧由尼龍66龍頭美國杜幫公司及尼龍6龍頭德國巴斯夫(BASF)公司聯袂合作研究，成功開發出可同時生產尼龍6及尼龍66原料之免開環技術，其均是以AND(Adiponirile)己二綪為原料，而AND則由丁二烯(Butadiene )製得，此原料新製程可節省成本約三分之一，因此進而可降低尼龍纖維之售價，而提高與聚酯纖維之競爭力‧但因新製程投資之研發成本甚高，估計也要9至10年方能達損益平衡，屆時方能降低售價，因此近期尼龍纖維製品必朝高附加價值及性能上之改進，如此方能與聚酯纖維相抗衡‧以下就尼龍新纖維之發展及套用趨勢做一概述：
1﹑導電性：在衣料及地毯用途，抗靜電為必要之性能之一，早期是添加聚醚，但在低溫下不理想，近來以炭黑等導電性微粒，可塗布或內加以消除靜電，此在地毯用途已迅速擴大。
2﹑高強度高模數纖維：使用於輪胎帘布之簾線具有高強度及高模數(high modulus)及耐疲勞之特性，由於聚醯胺分子鍵成折迭狀結構，目前尼龍66及尼龍6之聚醯胺纖維其實際強度及模數僅達到理論值之10%，因此而有液晶紡絲之開發，杜幫公司開發且已量產之“kevler”纖維其屬芳香族之聚醯胺纖維，其模數可達理論值之90%。
3﹑衣料服飾用絹綢仿蠶絲素材：衣料服飾用纖維要求穿著舒適及鮮美之外觀，除了上述之抗靜電外，對光澤、柔軟性、吸濕性都需改善，對光澤方面之改善有增加消光劑二氧化鈦之添加量至2~3%以達類似棉纖維之鈍光之效果，有以亮光粒並以三角或星形斷面紡制類似蠶絲之光澤，由於尼龍纖維之彈性回復率較聚酯纖維佳，且其模數(楊氐係數)較低，因此具有較柔軟及豐厚之手感‧以不同收縮率之尼龍混纖(如40d/68f+30d/12f高縮)，在染整加工後織物表面浮出0.6d之細丹，因此織物具柔和之光澤及柔軟之手感，細丹尼龍使織物之柔軟性得到改善，而異收縮混織使織物之豐厚感及鮮明性得到改善，因此今後尼龍纖維之纖維加工必朝此趨勢發展。
4﹑輕盈感新尼龍素材：尼龍纖維之比重要較聚酯輕，因此織物具有輕盈之特性，如以中空斷面紡制則纖維更具輕盈感，加工後之蓬鬆感亦較佳，且具有保溫性，因此如何研製高中空率之尼龍纖維為尼龍纖維廠之重要研發課題。
5﹑彈性新複合素材：複合紡絲以pu彈性纖維為蕊心，以尼龍為鞘之雙組分複合纖維，兼具了pu之高彈性和尼龍輕盈之優點，其在熱處理後會呈現自然捲曲之效果，因此其織物具有很好之彈性及舒適且具有自然之透明膚色效果，因此適合於女性內衣、超彈褲襪。
6﹑防水透氣新素材：以尼龍6或尼龍66與聚酯行複合紡絲，其斷面為橘瓣形(segment pie)即所謂之分割形，增加分割數，其織物之防水透氣性會增加，目前之生產技術已可達64分割。
7﹑抗菌防臭素材：在尼龍紡絲製程中混綀一種特殊陶瓷材料，其會釋放出微量之銀離子而達到良好之抗菌效果，以混綀法可提高抗菌之持久性，纖維經加工、織造、染整後，抗菌性不會遭破壤且至少要經50次以上之洗濯仍能維持抗菌之功效。
8﹑保健性素材：尼龍纖維混綀一種能釋放遠紅外線之陶瓷微粒，而能提高織物之保暖性及舒適性，遠紅外線是一種具有波長4到50微毫米波長之電磁波，具有促進血液循環因而有保暖之功效。
