纖維新材料復習.docx

名詞解釋：1.人造纖維：以天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學處理和機械加工制得的纖維，也稱再生纖維2. 差別化纖維 : 泛指對常規(guī)化學纖維產(chǎn)品有所創(chuàng)新或賦予某些特性的化學纖維。主要是指經(jīng)過化學改性或物理改性，使常規(guī)化學纖維的服用性能得以改善，并具有一些新的性能，使同一化學纖維大品種的產(chǎn)品多樣化和系列化。3. 異形纖維：在合成纖維成形過程中，采用異形噴絲孔紡制的具有非圓形截面的纖維或中空纖維稱為異形截面纖維，簡稱異形纖維。4. 復合纖維：在纖維橫截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物，這種化學纖維稱為復合纖維，或稱雙組分纖維，多組分纖維。5.共混纖維：由兩種或兩種以上不同的聚合物混合后紡制成的化學纖維。6.高性能纖維：具有高強度、高模量、耐高溫、耐化學藥品、特別優(yōu)異的一類新型纖維。7. 功能纖維：在常規(guī)化學纖維原有性能的基礎上，又增加了某種特殊功能的一類新型纖維。8線密度：線密度是表示纖維粗細程度的量，在我國化學纖維工業(yè)中，也稱“纖度”。1000m長纖維重量的克數(shù)即為該纖維的特數(shù)9. 初始模量：即彈性模量（或楊氏模量）是指纖維受拉伸而當伸長為原長的1%時所需的應力。10吸濕性：是指在標準溫濕度（20、65相對濕度）條件下纖維的吸水率。回潮率和含濕率。11. 沸水收縮率：將纖維放在沸水中煮沸30min后，其收縮的長度與原來長度之比，稱為沸水收縮率。12.極限氧指數(shù)： 使著了火的纖維離開火源，而纖維仍能繼續(xù)燃燒時，環(huán)境中氮和氧混合氣體內所含氧的最低百分率。問答題：1. 以粘膠纖維制造碳纖維的優(yōu)缺點優(yōu)點：粘膠纖維由于具有環(huán)狀分子結構，所以可以直接進行碳化或石墨化處理，加熱不會熔融，不需預氧化處理進行環(huán)化； 瞬間耐燒蝕性能好，可用作火箭的內襯材料缺點: 粘膠中含有大量的H、O原子，所以碳化理論收率僅55%，實際收率約2030%；粘膠基CF強度較低，性能平衡性差, 彈性系數(shù)較大.2. 碳纖維缺陷來源、碳纖維中的缺陷主要來自兩方面：（1）原絲帶來的缺陷。碳化過程中可能消失小部分，但大部分將保留下來，變成碳纖維的缺陷。（2） 碳化過程中，大量非C元素以氣體形式逸出，使纖維表面及內部形成空穴和缺陷。3. CF的表面處理方法表面處理的目的: 提高碳纖維增強復合材料中CF與基體的結合強度。CF表面處理的途徑: 清除表面雜質；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，增加表面能； 引進具有極性或反應性官能團，并能與樹脂起作用的中 間層，(1) 表面清潔法。將CF在惰性氣體保護下加熱到一定的高溫并保溫一定時間，可以去除吸附水，并使其表面得到凈化。（2）液相氧化法。A：酸處理法 。最常用的是濃硝酸和不同濃度的硝酸。除硝酸外，還常用硫酸來處理。 B：其他液相氧化劑處理。如：過氧化氫（H2O2）次氯酸鈉（NaClO）高錳酸鉀（KMnO4 ）重鉻酸鉀（ K2Cr2O7）重鉻酸鉀/硫酸高錳酸鉀/硫酸 等（3）氣相氧化法.空氣氧化 , 臭氧O3氧化法（4）電化學氧化法(也稱電解氧化法)以CF為陽極，鎳板、石墨板、銅板、白金板、白鋼板等為陰極，在電解質溶液中于一定電流密度下，靠電解作用產(chǎn)生的初生態(tài)氧對CF進行氧化刻蝕，并形成含氧官能團。（5）等離子體處理等離子體：隨著物質能量的增加，物質的狀態(tài)將發(fā)生由固液汽的轉變，進一步增加氣體能量，則氣體原子中的電子可以脫離原子而成為自由電子，原子成為正離子，這種含電子、正離子和中性粒子的混合體，稱為等離子體。 （6）表面涂層法即將某種聚合物、表面處理劑、偶聯(lián)劑或金屬涂覆在CF表面。表面涂層法有以下幾種方法：氣相沉積法，表面電聚合，偶聯(lián)劑涂層，晶須生長法 4. 碳纖維上漿作用 保護纖維表面的活性基團； 可以使CF具有良好的集束性，從而使纖維以后的纏繞織造工藝操作簡單，并且纖維束損傷較少（保護作用）； 選擇合適的上漿劑可以達到改善CF表面性能、提高復合材料剪切強度的目的。 5. PPTA低溫溶液縮聚過程中氯化鋰助溶機理6.PMIA界面縮聚和低溫溶液縮聚方法比較界面縮聚：界面縮聚反應速度快，相對分子質量高，聚合物經(jīng)過洗滌，可配制高質量的紡絲原液。采用干法紡絲技術，纖維質量優(yōu)異，紡絲速度也高；但設備比較復雜，工藝技術要求嚴格，紡絲機臺數(shù)增多，投資增加；低溫溶液縮聚：反應比較緩和，聚合物直接溶解在縮聚溶劑中，反應得到的漿液直接紡絲，工藝簡單，適宜用濕法紡絲，產(chǎn)量大；但纖維質量沒有干法紡絲的好。7. 要使柔性鏈高聚物纖維達到高性能化必須考慮如下四個方面:盡量提高聚合物大分子的分子量；盡量提高非晶區(qū)縛結分子的含量；盡量減少晶區(qū)折疊鏈含量，增加伸直鏈的含量；盡量將非晶區(qū)均勻分散于連續(xù)的伸直鏈 結晶基質中。8. 制造聚乙烯纖維的方法結晶生長法、高倍熱拉伸法、區(qū)域拉伸法、高壓固態(tài)擠出法、增塑熔融拉伸法、凍膠紡絲超倍熱拉伸法等可使聚乙烯達到高性能化。其中以UHMWPE為原料，凍膠紡絲、超倍熱拉伸法是最成功。（1）高壓固態(tài)擠出法將一定超高分子質量聚乙烯置于擠出裝置內加熱熔融，以幾千公斤/cm2的壓力將聚乙烯熔體從噴孔擠出，隨即進行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸張力的作用下，使聚乙烯大分子鏈充分伸展，以此來提高纖維的強度。（2） 增塑熔融紡絲法增塑熔融紡絲法是加入適量流動改性劑或稀釋劑將聚乙烯紡成纖維的方法。（3）表面結晶生長法表面結晶生長法是將聚乙烯溶解，然后將溶液置于由兩個同心圓柱所構成的結晶裝置內，向紡絲溶液中投入晶種，形成纖維狀晶體，在100-125之間進行熱拉伸，使串晶結構轉化為伸直鏈結構，賦予纖維高強度與模量。（4）區(qū)域高倍拉伸法將初生的纖維加熱到127以上，進行區(qū)域高倍拉伸，使折疊連的大分子鏈重排，形成伸直鏈結構，從而獲得高強高模。（5） 凝膠紡絲熱拉伸法將超高分子量聚乙烯粉末以十氫萘或石蠟油為溶劑，制成半稀溶液，經(jīng)噴絲孔擠出后驟冷成凝膠原絲，再對凝膠原絲進行萃取和干燥，經(jīng)超倍拉伸制得。9.PVA凝固浴各組分對成形的影響凝固浴組成：Na2SO4 410420g/l ZnSO4 15g/l Na2SO4使絲條脫水凝固成形含量成形緩慢，且穩(wěn)定性，皮層薄，纖維強度，伸長Na2SO4易析出，損傷絲條造成毛絲ZnSO4控制纖維色相（強酸弱堿鹽、水溶液pH3.35）適當加入可增加纖維白度,過多將影響凝固能力酸度過低會使纖維著色，酸度的調節(jié)是加入H2SO4來達到目的10. 維綸短纖維熱處理作用（1）消除內應力，鞏固拉伸效果。保證纖維尺寸穩(wěn)定性。（2）高溫下結晶進一步發(fā)展，使纖維的耐熱水性提高。11.PVA縮醛化縮醛化就是用醛處理纖維，使聚乙烯醇大分子上的部分羥基被封閉，從而進一步提高纖維的耐熱水性。（1）縮醛化反應在聚乙烯醇大分子上每個鏈節(jié)都含有一個羥基，經(jīng)過紡絲，拉伸、熱處理后，纖維的結晶度可達60。大分子上的部分羥基受到束縛、纖維耐熱水性有所提高。為了進一步提高纖維的耐熱水性要把非晶區(qū)羥基封閉掉，縮醛化反應的實質就是使用甲醛與這一部分羥基反應，構成分子內縮合。（2）醛化浴組成（短纖維）HCHO (g/l) 25 縮醛化劑H2SO4 (g/l) 225 催化劑Na2SO4 (g/l) 70 阻溶脹劑（由纖維帶入）(3)縮醛度縮醛度 （ 進行縮醛化反應的羥基數(shù)/大分子原來所含全部羥基數(shù) ） 100短纖維縮醛度為3335(4)縮醛化溫度T縮醛化反應速度，甲醛換生量并惡化勞動條件，一般控制在70。(5) 縮醛化時間噴淋式為2030min，浸沒式為1012min 12. 提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性方法u 引入芳環(huán)或芳雜環(huán)u 交聯(lián)反應u 形成立體網(wǎng)狀結構u 利用高溫空氣氧化爐處理13. 阻燃機理阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，減緩火焰蔓延速度，當火焰移去后能很快自熄，減少燃燒。要達到阻燃，必須切斷可燃物、熱和氧氣三要素構成的燃燒循環(huán)（1）覆蓋層作用阻燃劑受熱后，在纖維材料表面熔融成玻璃狀覆蓋層，隔絕氧氣，阻止可燃性氣體的擴散，阻擋熱傳導和熱輻射，減少反饋給纖維材料的熱量，抑制熱裂解和燃燒反應。（2） 氣體稀釋作用阻燃劑吸熱分解后釋放出不燃性氣體，如氧氣、二氧化碳、氨、二氧化硫等，稀釋可燃氣體，或使燃燒過程供氧不足；此外，不燃性氣體還有散熱降溫作用（3）吸熱作用某些熱容高的阻燃劑在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱分解反應，降低溫度，減緩熱裂解反應速度，抑制可燃性氣體的生成（4）熔滴作用在阻燃劑作用下，纖維材料在裂解之前軟化、收縮、熔融，成為熔融液滴滴落，熱量被帶走使火焰自熄。（5）提高熱裂解溫度在纖維大分子中引入芳環(huán)或芳雜環(huán)，或通過大分子鏈交聯(lián)環(huán)化，與金屬離子形成絡合物等方法，提高炭化程度、抑制熱裂解，減少可燃氣體產(chǎn)生（6） 凝聚相阻燃改變纖維大分子鏈的熱裂解歷程，促進發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應，增加炭化殘渣，減少可燃性氣體的產(chǎn)生（7） 氣相阻燃阻燃劑熱裂解產(chǎn)物，在火焰區(qū)大量地捕捉高能量的羥基自由基和氫自由基，抑制或中斷燃燒的連鎖反應，在氣相發(fā)揮阻燃作用（8） 阻燃協(xié)同效應阻燃劑熱裂解產(chǎn)物，多種阻燃劑共用效果更好，阻燃劑中加入非阻燃劑可增加阻燃能力，如P-N協(xié)同效應14. 作為阻燃劑應滿足以下四個基本條件（1） 阻燃劑本身是不可燃或難燃物（2）阻燃劑在聚合物中應有較好的分散性，不破壞或降低被阻燃物的機械物理性能，如紡織的撕裂強度、色澤、手感等，涂料的成膜性等（3）阻燃劑本身及被阻燃物燃燒條件下不釋放出有毒氣體、無煙或少煙、無刺激性和腐蝕性（4）阻燃劑對熱和光的穩(wěn)定性大，不易揮發(fā)和滲出，不水解，阻燃性能持久15. 無機阻燃劑優(yōu)缺點優(yōu)點:（1）毒性低，絕大多數(shù)無毒（2）熱穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生腐蝕性氣體，公害少（3）不揮發(fā)，不析出，有持久的阻燃效果（4）發(fā)煙量低，有些還是較好的抑煙劑（如鋁系等釋放H2O與煙作用）（5）原料來源廣，價格便宜缺點:混合,借助粘合劑作用,牢度影響等16. 有機阻燃劑優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）對制品的機械物理性能影響?。ㄓ昧啃。?）阻燃效果持久缺點：（1）成型時釋放出有害氣體污染環(huán)境（2）燃燒時發(fā)出濃煙和毒氣，能見度低，使人畜中毒，救護難（3）來源不易，價格昂貴（4）應用面窄，品種少 17阻燃性能的指標：（1）點燃難易性（2）火焰表面?zhèn)鞑ニ俣龋?）發(fā)煙能見度（4）燃燒產(chǎn)物的毒性（5）燃燒產(chǎn)物的腐蝕性18. 抗靜電劑類型A、陽離子型抗靜電劑：烷基季胺鹽、聚乙烯多胺等B、陰離子型抗靜電劑：烷基磺酸鹽、脂肪酸胺胺等C、兩性型抗靜電劑：羧基甜菜堿、硫酸基甜菜堿等D、非離子型抗靜電劑：聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基 胺、烷基多元醇等 E、無機鹽型抗靜電劑：LiCL、CaCL2等F、高分子型抗靜電劑：聚氧乙烯多胺、聚醚酯等G、復合型抗靜電劑：親水性高分子、低分子混合物等19. 中空纖維膜的制備方法大致可分為3類:即溶液紡絲、熔融紡絲和半熔融紡絲。(1)溶液紡絲法溶液紡絲法是一種較成熟的中空纖維膜成形方法, 常采用干濕法紡絲工藝。按制膜液的組成和配比配置紡絲液,經(jīng)熟化脫泡后,經(jīng)插入管式紡絲噴頭,再經(jīng)溶劑揮發(fā)、凝膠后成膜,經(jīng)牽引繞于繞絲輪上備用。(2)熔融紡絲法A 熔融紡絲拉伸述所謂熔融紡