1935年的“纤维66”
1935年2月28日,在美国特拉华州威尔明顿的杜邦实验站,华莱士·休姆·卡罗瑟斯团队获得了由己二胺与己二酸制成的聚酰胺,后来称为尼龙66。两个“6”分别指两种原料各有六个碳原子,不是实验编号或聚合物链长。它是团队从多种组合中筛选出的材料,并非合成纤维全部历史的起点。
具体实验人员的角色不能被领导者的名字遮没。实验技术人员约瑟夫·拉博夫斯基在1996年的口述中,把获得聚合物66的工作归于热拉尔·贝尔谢,并说明自己随后试验该材料,将结果记入编号2286的研究笔记。由卡罗瑟斯组织的研究、贝尔谢的合成与技术人员的纺丝测试,共同构成了这个节点。
长链来自怎样的连接
卡罗瑟斯的研究是从小分子逐步建立长链:选择两端都能反应的原料,让连接过程持续进行。早期《Linear Condensation Polymers》专利把这种双官能团反应与容易形成三维结构的多官能团反应区分开,并讨论移去挥发性反应产物来促进缩合。它于1931年申请、1937年授权,说明可纺长链的研究早于尼龙66的选定。
对于尼龙66,己二胺与己二酸先可形成盐,再经加热缩聚形成反复出现酰胺连接的链,并排出反应产生的水。原料比例、反应程度和杂质都关系到产物能否形成足够长而可加工的分子。后来《Synthetic Fiber》专利还专门讨论黏度稳定,说明目标不是让反应无限延续,而是得到在纺丝条件下仍能保持合适性质的聚合物。
能拉出丝,还要能承受拉伸
把热的聚合物拉成细丝,只是第一步。团队此前研究聚酯时已发现,冷却后的丝可以再次拉长,强度与弹性随之改变。早期专利用纤维的柔韧性、打结能力和取向来区分可用材料与仅能勉强形成细线的树脂。因此尼龙66的选择既是化学组成的选择,也是对纤维性能的筛选。
冷拉让分子更有方向地沿纤维轴排列。1938年授权的专利把这一过程写成可连续运行的工序:熔体从喷丝孔挤出,成丝后由更快的第二个滚筒牵引,使其伸长。合成、纺丝和拉伸各有任务;即使化学组成相同,不同处理条件也会得到不同粗细与性能的纤维。专利还列出己二胺和己二酸所得聚合物的具体纺丝实例。
从试管走到成套设备
1935年7月,杜邦选定纤维66继续开发,并没有由此省去工业化工作。原料必须能够稳定供应,反应物必须均匀受热,熔体必须连续而均匀地送过细小喷丝孔。拉博夫斯基回忆,随着批量扩大,研究人员从干的尼龙盐转向盐的水溶液,以改善传热;设备也从试管逐步走向高压釜。
熔融纺丝还要求控制热聚合物的氧化、气泡与黏度。用于既有纤维工艺的泵和合金不能自动满足新材料的温度与压力条件,需要工程师、冶金人员和操作者共同调整。拉博夫斯基所述的气体加压、泵送、冷却和卷绕问题,说明“已有一种好聚合物”与“每天产出合格纱线”之间仍有一整套设备和质量控制工作。
公开介绍与丝袜销售是后来阶段
《Synthetic Fiber》专利在1938年9月20日授权。杜邦于同年10月27日在纽约的公开论坛上介绍尼龙;特拉华州西福德工厂到1939年12月才开始生产,尼龙丝袜在美国全国范围销售则在1940年5月。这一序列把实验室得到聚合物、法律文件公开、工厂运行和消费市场分开。
尼龙66的意义并不只是用另一种纤维替代丝。它把分子组成的选择同成形、取向和制造条件联系起来,使纤维能够通过化学合成与工程控制共同设计。1935年的实验是关键筛选结果,后面的产品则是多年连续开发的产物;两者相连,却不能压缩为同一天发生的一个故事。