天津工業(yè)大學(xué)化纖工藝學(xué)下考試范圍及答案

1、1. 結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)：表征紡絲流體的結(jié)構(gòu)化程度的物理量。2. 拉伸粘度：表征流體對 拉伸流動的阻力的物理量。3. 非牛頓指數(shù)：表征流體 偏離牛頓流動的程度的物理量。4. 零切粘度：在大的剪切速率范圍內(nèi)，當(dāng)剪切速率較低時(shí)，流動呈牛頓型，此時(shí) 的粘度稱為零切粘度。5. 表觀粘度：高聚物流動曲線上某一點(diǎn)的斜率即剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。6. 穩(wěn)態(tài)紡絲：紡絲線上任何一點(diǎn)的參數(shù)都有各自恒定的分布，不隨時(shí)間變化 的紡絲過程。7. 可紡性：流體在拉伸作用下形成連續(xù)細(xì)長絲條的能力。8. 內(nèi)聚斷裂：當(dāng)儲存的彈性能密度超過某臨界值W（相當(dāng)于液體的內(nèi)聚能密度 K）時(shí)，流體便發(fā)生斷裂。9. 毛細(xì)斷裂：當(dāng)液體表面張力引起

2、的擾動及其滋長和傳播導(dǎo)致毛細(xì)波發(fā)展到振幅S （x）等于自由表面無擾動絲條的 半徑R（x）時(shí)，流體便發(fā)生斷裂 。10. 凝固值：對某一高聚物溶液而言， 滴定所用凝固浴體積的 立方厘米數(shù) 稱為滴定液（凝 固浴）的凝固值。11. 雙擴(kuò)散：凝固浴中的凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散，同時(shí)原液中的溶劑向凝固浴擴(kuò) 散的過程。12. 自由擠出速度：無拉伸作用下，從計(jì)量泵送出的紡絲原液被壓入噴絲孔道，然后從噴絲口擠出。原液細(xì)流在孔口處出現(xiàn)脹大，此時(shí)細(xì)流的速度就是自由擠出速度Vf。13. 傳質(zhì)通量比：溶劑的通量（Js）和非溶劑（凝固劑）通量 （Jn）的比值（Js/Jn ）14. 冷拉伸：玻璃化溫度在室溫附近的初生纖維

3、拉伸。PA615. 拉伸點(diǎn)：纖維在拉伸過程中通常把出現(xiàn)細(xì)頸的位置稱為拉伸點(diǎn)。16. 增塑作用：由于加入增塑劑或其他小分子物質(zhì)而降低分子間作用力。17. 熔體破裂：高聚物流體在高剪切速率下的 不穩(wěn)定流動現(xiàn)象 一初生纖維表面呈現(xiàn)鯊魚皮、橘皮、竹節(jié)、螺旋甚至斷裂。由于該現(xiàn)象最初是在高聚物熔體擠出過程中發(fā)現(xiàn)的，故稱之為熔體破裂。18. 結(jié)晶速率常數(shù)：在一定的溫度下結(jié)晶度達(dá)到最大結(jié)晶度的1/2時(shí)，所需時(shí)間的倒數(shù)。19. 動力學(xué)結(jié)晶能力：某一聚合物從熔點(diǎn)Tn以單位冷卻速度降低至玻璃化溫度 Tg時(shí)，所得到的相對結(jié)晶度。填空及作圖題。1. 影響紡絲流體剪切粘性的因素有： 聚合物分子結(jié)構(gòu)特征、聚合物溶液濃度、溫

4、度、溶劑性質(zhì)、混合、流體靜壓 。2. 影響拉伸粘度的主要因素有： 拉伸應(yīng)變速率、溫度、相對分子量及其分布、混合 。3. 聚合物流體的彈性主要來自 構(gòu)象熵的貢獻(xiàn)，在紡絲成形中的表現(xiàn)有:擠出脹大。4. 化學(xué)纖維成型過程中，擠出細(xì)流的類型按照粘度增加排序?yàn)椋阂旱涡?、漫流型、脹大型、破裂?四種。其轉(zhuǎn)化條件為：a流體表面張力J、 n粘度f、R）噴絲孔徑f、VQ擠出速度f ,正常的擠出細(xì)流的類型是：脹大型。5. 決定最大絲條長度的斷裂機(jī)理至少有二種，一種是內(nèi)聚破壞，另一種是毛細(xì)破壞。熔體紡絲一般不發(fā)生 內(nèi)聚破壞、濕法紡絲一般不發(fā)生 毛細(xì)破壞、縮聚型高聚物一般不發(fā)生內(nèi)聚破壞、加聚型高聚物一般不發(fā)生毛細(xì)破壞

5、。6. 在穩(wěn)態(tài)紡絲中，熔體紡絲線上受到的力有：重力Fg、表面張力Fs、慣性力Fi、摩擦阻力Ff、流變阻力Fr，接近卷繞點(diǎn)時(shí)最主要的力是：卷繞張力Fext(Fr(L)7. 在熔體紡絲線上絲條冷卻的控制因素是變化的。在紡紗窗的上段紡絲線，冷卻過程受冷卻吹風(fēng)速度 Vy控制;此時(shí)，冷卻吹風(fēng)速度和溫度變化 對纖維不勻率的影響較大。 在紡絲窗的下段紡絲線，冷卻過程決定于 絲條速度Vx。對于高速紡絲：Vy/Vx=0.125的位置上移，冷卻過程對纖維的影響 較小,所以高速紡絲條抗干擾性 好，質(zhì)量穩(wěn)定。8. 紡絲過程中的取向作用有兩種取向機(jī)理，一種是熔體狀態(tài)下的流動取向，包括剪切流動取向和拉伸流動取向，另一種是

6、纖維固化區(qū)的 形變?nèi)∠颉?. 熔體紡絲高聚物動力學(xué)結(jié)晶能力由高到低依次為：PA66、PP、PA6、PET常規(guī)紡絲線上能結(jié)晶的是： PA66、PP不能結(jié)晶的是：PA6、PET。10. 根據(jù)拉伸應(yīng)變速率的不同，可將熔體紡絲線分成脹大區(qū)、形變(細(xì)化)區(qū)、固化絲條運(yùn)動區(qū)三個(gè)區(qū)，其中第二區(qū)是發(fā)生 拉伸流動和形成纖維最初結(jié)構(gòu)的主要區(qū)域，因 此也是紡絲成型過程最重要的區(qū)域。11. 根據(jù)拉伸時(shí)所處的介質(zhì)不同，纖維拉伸的方式一般有 干拉伸、濕拉伸和蒸氣浴拉伸三種，其中，干拉伸又可分為室溫拉伸和熱拉伸。12. 纖維的拉伸形變包括： 普彈形變、高彈形變 和塑性形變。初生纖維的拉伸一定是在 高彈形變的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。而

7、 塑性形變 是拉伸形變中的有效部分，是拉伸過程中應(yīng) 設(shè)法發(fā)展的。13. 根據(jù)熱定型時(shí)纖維的收縮狀態(tài)來區(qū)分，熱定型有：控制張力熱定型、定長熱定型、部分收縮熱定型、自由收縮熱定型。14. 畫出各種高聚物流變體的流動曲線，并標(biāo)出n值。15. 常規(guī)熔體紡絲線上直徑、速度、速度梯度和張力的分布圖。-tgyTn/mmXjiTOrn/min 一iF1 i*IE嵐產(chǎn)鱉Hix星翊216.粘膠原液、干法紡絲原液、聚乙烯醇溶液的兩相平衡圖。雅乙烯酣-水仲痰的和、產(chǎn)衝I鑰< a> 門仃尸臨捍泯落細(xì)度 <b> MY7 I i|巾捍泯硏制復(fù)17.濕紡初生纖維橫截面形狀示意圖。當(dāng)JJ杯悅紗讎臉刪ti

8、醍就肌効讎融軸縣輟蹴冊孵師：苜其松醫(yī).*18.在三元體系相平衡圖上表示出濃縮凝固、稀釋凝固、等濃凝固的路徑。傳硬通磧比的變化路徑分二類二JsIJN =1島聚物濃度不變，等濃礙周 Js / JN <1 聚物濃度減小，稀釋聯(lián)固 JS/JN >1高聚物濃度增加,濃縮凝固19.畫出a、b、c、d型拉伸曲線并標(biāo)出各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的意義及坐標(biāo)軸上對應(yīng)值的 意義。20.畫出溫度、剛性鏈高聚物濃度對粘度的影響示意圖1. 試述影響聚合物熔體剪切粘度的因素。I聚合物分子結(jié)構(gòu)的影響 鏈結(jié)構(gòu)的影響。大分子鏈柔性升高，纏結(jié)點(diǎn)升高，粘度升高，非牛頓性增強(qiáng)； 短支鏈數(shù)增多， 表觀粘度下降； 支鏈長度增長， 表觀粘度上升

9、； 長支鏈數(shù)增多， 表觀粘度上升。 平均分子量的影響。平均分子量增大，粘度增大。 分子量分布的影響。分子量分布加寬，粘度下降。n聚合物溶液濃度的影響。聚合物濃度越高，粘度越大。剛性鏈高聚物的粘度隨濃度的增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢。川溫度的影響。溫度升高，粘度降低。"溶劑性質(zhì)的影響。溶劑的粘度升高，聚合物零切粘度升高；溶劑溶解能力下降， 一方面使大分子卷縮，粘度下降。另一方面使大分子間作用力加強(qiáng)，粘度升高；加 入可溶性雜質(zhì)，粘度先下降后升高；加入可溶性雜質(zhì)，例如水，體系中水含量的增 加高聚物濃溶液的粘度先下降再上升。v混合的影響 共混物組成對粘度的影響。若共混成分為增塑劑之類的物質(zhì)時(shí)粘度下

10、降。 添加劑混合體系對粘度影響。 加入固體粒子， 粘度上升； 加入液體， 粘度下降。 w流體靜壓。使流體粘度增高。2. 分析影響聚合物彈性的因素，彈性對紡絲成形的影響如何？ 影響聚合物彈性因素I結(jié)構(gòu)因素 分子量增大，彈性增大。 分子量分布加寬，彈性增加 長鏈分支含量增加，彈性增加 分子鏈剛性增加，彈性降低；分子鏈柔性越大，彈性越大。n加工條件 溫度升高，彈性降低 聚合物濃度增大，彈性增加 切變速率升高，彈性增大 固體填料濃度增大，彈性下降 入口尺寸變化，彈性增加；入口長徑比增大，彈性下降；噴絲孔直徑增大，彈 性明顯減弱對紡絲成形的影響 具有一定的彈性是正常紡絲所必須的 。擠出脹大使紡絲穩(wěn)定、均

11、勻，是成品纖 維性能所必需的，也是高聚物流體本身的特性。 彈性過大， 會給紡絲成型帶來 不利影響 。具體表現(xiàn)為： 高聚物流體易粘噴絲板、 異性纖維預(yù)期斷面達(dá)不到要求、 初生纖維纖度不勻、 熔體破裂、 紡絲速度受限。3. 以PET PP為例說明紡絲線上 n （雙折射）的變化規(guī)律，并且分析影響初生纖維取 向的因素。 以超高速紡PET為例：流動形變區(qū)：0-80cm, n較?。唤Y(jié)晶取向區(qū)：80-130cm , n陡增（取向誘導(dǎo)結(jié)晶， 晶核形成，導(dǎo)致微晶取向）；塑性形變區(qū)： 130cm, n略增后趨于飽和。對于 PP而言，其取向作用僅在紡速較低時(shí)發(fā)生，雙折射 很快達(dá)到飽和，繼續(xù)提高紡速，雙折射變化不大。

12、 影響初生纖維取向的因素：初生纖維的取向主要是拉伸流動取向的貢獻(xiàn)。其影響因素有：卷繞張力和速度 （正比），噴絲頭拉伸率 （正），高聚物分子量 （正）， 冷卻速度（正），熔體溫度（反），單絲纖度（反），熔體泵供量（反）。4. 影響擴(kuò)散系數(shù)的因素有哪些？ 凝固浴溫度的影響。溫度下降，擴(kuò)散系數(shù)減??；溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)增大。 凝固浴濃度增加，擴(kuò)散系數(shù)先減小后增加。 纖維半徑的影響。隨纖維半徑的增大，擴(kuò)散系數(shù)增大。 沿紡程擴(kuò)散系數(shù)減小。 添加劑及紡速的影響。 加入變性劑， 擴(kuò)散系數(shù)減??； 提高紡速， 擴(kuò)散系數(shù)增大。 溶劑及凝固劑種類的影響。溶劑不同，擴(kuò)散系數(shù)不同；凝固劑分子量大，擴(kuò)散 系數(shù)小。 原液濃度

13、的影響。原液濃度提高，擴(kuò)散系數(shù)下降。5. 試述濕紡初生纖維橫截面的形狀、皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和空洞和毛細(xì)孔的形成原因及 影響因素，并結(jié)合紡絲工藝條件加以討論。 初生纖維橫截面形狀 。腎形、啞鈴形、扁平形、鋸齒形、三角形；圓形或近似 圓形。強(qiáng)烈的凝固條件， 易形成非圓截面； 緩慢的成形條件， 易形成圓形截面。 采用無機(jī)溶劑一般為圓形截面，采用有機(jī)溶劑，一般為非圓形截面。 皮芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。纖維（特別明顯的是粘膠纖維） 外表有一層極薄的、密實(shí)的、 較難滲透、 難染的 皮膜 ，該膜對傳質(zhì)過程有決定性作用。 皮膜內(nèi)部是纖維的 皮 層，皮層可占整個(gè)橫截面的 0100%皮層中一般含有較小的微晶并具有較高取 向度。

14、再向里是芯層。芯層結(jié)構(gòu)較松散，微晶較粗大。 皮芯結(jié)構(gòu)形成的原因 。（ 1）在紡絲原液細(xì)流中，處于細(xì)流周邊和內(nèi)部的聚合物 的凝固機(jī)理不同，以及凝固劑在纖維內(nèi)分布不均，導(dǎo)致皮層和芯層的結(jié)構(gòu)不同。（ 2）紡絲原液在噴絲孔口處的膨化效應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)流外表層的拉伸效應(yīng)，對皮層 和芯層的形成也有一定的影響。（ 3）在噴絲頭拉伸區(qū)中，皮層已經(jīng)凝固，芯層 尚處于液流態(tài)， 使紡絲張力主要作用在紡絲線表面凍膠層上， 從而使沿纖維徑向 分布的各層具有不同的取向度。 空洞和毛細(xì)孔形成的原因及影響因素。I形成原因紡絲線凝固較激烈時(shí)，皮層很快形成，表面可能產(chǎn)生一些缺陷或 裂縫，沉淀劑通過此裂縫滲入而形成輻射狀空洞或毛細(xì)孔。皮

15、層收縮率小， 芯層收縮率大，在皮芯層之間會產(chǎn)生缺陷和空洞；纖維在凝固過程中所產(chǎn)生 的收縮應(yīng)力集中，也促進(jìn)了輻射狀空洞的發(fā)展。n影響因素。原液濃度，總固體含量越高，越不易產(chǎn)生空洞。需選擇合適 的溶劑，提高凝固浴中溶劑含量或降低凝固溫度以避免產(chǎn)生空洞和毛細(xì)孔。 需選擇合適的沉淀劑，降低凝固浴的凝固強(qiáng)度。采用無機(jī)溶劑紡制腈綸，一般 不生成空洞。 共聚物中親水性基團(tuán)增加。 空隙隨噴絲頭拉伸率降低而減小， 其后處理?xiàng)l件可較溫和。 合適的濕紡工藝可以避免纖維中大空洞或毛細(xì)孔的產(chǎn) 生，但濕紡初生纖維中微纖微孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是不避免的。但后處理工藝可以使 微孔閉合，而不能夠使大空洞或毛細(xì)孔合。6. 初生纖維結(jié)構(gòu)及

16、拉伸工藝條件對拉伸性能的影響是什么？I . 結(jié)構(gòu)對拉伸性能的影響：1. 結(jié)晶度和結(jié)晶變體的影響。 隨結(jié)晶度和結(jié)晶變體對稱性及穩(wěn)定性的增大， 應(yīng)力應(yīng) 變曲線沿著 b-c-a 型方向轉(zhuǎn)化，提高屈服應(yīng)力和自然拉伸比。2. 預(yù)取向度影響。 預(yù)取向度增大 c-b 型方向轉(zhuǎn)化。 自然拉伸比減小， 屈服應(yīng)力增大， 最大拉伸倍數(shù)減小3. 初生纖維分子量影響。隨分子量增大，拉伸時(shí)屈服應(yīng)力有所提高，分子量過大， 反而會使纖維的可拉伸性能降低。4初生纖維纖度影響。纖度減小， c-b 轉(zhuǎn)化，自然拉伸比減小，轉(zhuǎn)化為均勻拉伸5. 纖維內(nèi)包含直徑大小的氣泡，粒子會發(fā)生斷裂。但包含水溶劑單體等低分子，其 增塑作用，拉伸性能提

17、高。n .拉伸工藝對拉伸性能的影響：1. 拉伸倍數(shù)影響，拉伸倍數(shù)提高，晶區(qū)取向度變大。晶區(qū)取向度飽和后，非晶區(qū)取 向度變大2. 拉伸介質(zhì)影響，塑化浴中拉伸時(shí)取向度低3. 拉伸溫度影響，拉伸溫度升高有利于結(jié)晶，取向度變大。太高取向度反而降低4. 拉伸速度影響，速度高時(shí)，粘彈效應(yīng)使取向度增大，但拉伸速率增大時(shí)，伴有纖 維溫度升高，使有效取向度降低。7. 拉伸對纖維結(jié)構(gòu)和物理機(jī)械性能的影響是什么？I拉伸對纖維結(jié)構(gòu)影響 取向度 。拉伸所引起的最重要變化是大分子、晶粒和其他結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸取 向。 結(jié)晶度 。結(jié)晶度可能降低、增大或不發(fā)生變化，經(jīng)過熱拉伸后，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)?穩(wěn)定的結(jié)晶變體。n對物理機(jī)械性能的

18、影響 拉伸導(dǎo)致各種物理性質(zhì)的各向異性 。拉伸引起的最重要的結(jié)構(gòu)變化是大分子、晶 粒和其它結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸取向，這種取向?qū)е赂鞣N物理性質(zhì)的各向異性。除機(jī)械 性質(zhì)外，拉伸導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)（雙折射、吸收光譜的二向色性）的各向異性，以及熱 傳導(dǎo)、溶脹和其它一些性質(zhì)的各向異性。 拉伸使纖維 強(qiáng)度 隨拉伸倍數(shù)增加而增大， 拉伸模量和屈服應(yīng)力隨拉伸比單調(diào)增大。 斷裂伸長隨拉伸比單調(diào)減小。8. 熱定型對纖維的結(jié)構(gòu)以及性能的影響如何？I熱定型過程中纖維結(jié)構(gòu)的變化影響 結(jié)晶度、微晶尺寸和晶格結(jié)構(gòu)的變化 。松弛熱定型處理，增大微晶尺寸，特別是垂 直于纖維取向方向上的尺寸。對于結(jié)晶性高聚物，結(jié)晶度也有所增加；緊張熱定型 處理，平行取向軸微晶尺寸大為增加，垂直方向略微增加或可能減少。結(jié)晶度保持 不變或緩慢增加。 取向度的變化 。松弛熱定型處