解決方案
到了1960年代,杜邦位於德拉瓦州威明頓的先鋒研究實驗室正在尋找一種高強度、耐熱的纖維。其中一條研究路線涉及芳香族聚醯胺,即剛性鏈分子,理論上可製成非常強韌的纖維。
問題在於反應對濕氣和熱極為敏感,因此中間體往往會水解或自聚合。化學家Stephanie Kwolek找到了一種可接受的溶劑,並建立了低溫聚合條件。當她準備紡製這批物料時,紡絲液是流動且混濁的,而非黏稠且清澈。
大多數研究人員會把那份紡絲液丟掉。Kwolek憑直覺堅持要紡製它。結果得到的纖維比以往任何製品都更硬、更強,因為混濁的外觀來自棒狀分子在溶液中排列成液晶態。
杜邦的實驗室將其商品化為Kevlar,於1971年首次上市,用於防彈背心和輻射式輪胎。這項「低取向角纖維」專利涵蓋了對齊的內部結構與方法,並轉讓給杜邦。
成就了什麼
混濁的液晶流體紡成最強韌的纖維
為何奏效
剛性棒狀分子在紡絲前於液晶溶液中自行排列
從已排列的紡絲液出發,省去了事後將分子拉伸成直線的需要
那批異常混濁的物料是某種新事物正在發生的跡象,而非失敗
在違背慣例的情況下相信自己的數據,獨特成果正藏於此處
可應用之處
一批混濁、稀流的物料,可能是分子行為與預期不同的跡象;檢查這批異常物料而非丟棄它,才能找到非凡的那一批。
後續發展
Kevlar成為杜邦的旗艦高性能纖維,用於防彈背心、輪胎、煞車片、帆布和航太複合材料。它每年創造數億美元的銷售額;Kwolek獲得17項美國專利和數十項榮譽。
追溯依據
參考來源
- Wholly aromatic carbocyclic polycarbonamide fiber having orientation angle of less than about 45° (US 3,819,587) Google Patents · patents.google.com ·
- Stephanie Kwolek Lemelson-MIT · lemelson.mit.edu