纖維加工原理習題及答案

纖維加工原理作業(yè)（二）接上次：六(1)計算

濕法紡腈綸時,若泵供量為1400cm3/min,b0=1.5,第一導絲輥速度VL=8.7m/min,,Xe=0.65m,按牛頓流體處理,其表觀和真實噴絲頭拉伸率、拉伸比及平均軸向速度梯度各為多少?噴絲頭規(guī)格為φ0.075mm*20000

(2)畫出Ziabicki描述相分離過程的三元相圖，指出圖中濕法紡絲、干法紡絲(3)何謂稀釋凝固、濃縮凝固、上臨界混溶溫度、下臨界混溶溫度、傳質通量比(4)思考題：

何謂雙擴散？影響Di的因素有哪些？答：(1)紡絲原液擠出速度V0=泵供量/(b0*π*0.00752*20000）≈26.4m/min由于按牛頓流體處理，所以不考慮擠出脹大則表觀噴絲頭拉伸率φa(%)=真實噴絲頭拉伸率φf同理，表觀噴絲頭拉伸比ia=真實噴絲頭拉伸比if表觀平均軸向速度梯度=真實平均軸向速度梯度φa(%)==(8.7-26.4)/26.4=-0.67=0.993=-27.2Ziabicki描述相分離過程的三元相圖（畫圖工具繪制，圖見下頁）圓弧內部為兩相區(qū)，黃色部分為一區(qū)，-<Js/Jn不可紡絲淡綠色部分為二區(qū)<Js/Jn1強度低不實用淡粉色部分為三區(qū)1<Js/Jn此時為濃縮凝固，最適宜紡絲。天藍色部分為四區(qū)<Js/Jn此時為凍膠紡和液晶紡適宜區(qū)域。結構致密，無相分離。SDP這條線為干法紡絲過程，是溶劑的揮發(fā)過程，結構更致密，不涉及沉淀劑。稀釋凝固：溶劑與凝固劑的擴散速率相等，紡絲線聚合物含量沿路徑下降，當凝固劑濃度增加到一定值時，均相體系變?yōu)閮上囿w系，相變結果使體系固化，但形成疏松的不均勻結構，這就是稀釋凝固。濃縮凝固：紡絲線中聚合物濃度不斷沿路徑增加，并且所有路徑都進入兩相區(qū)，固化是由相變和聚合物含量增加的結果，因此所獲得的結構更均勻。這就是濃縮凝固。傳質通量比：溶劑的通量Js與沉淀劑的通量Jn的比值。上臨界混溶溫度與下臨界混溶溫度在上次作業(yè)中有做，此處略。（4）雙擴散指的是在紡絲過程中，絲條中的溶劑向凝固浴中擴散，同時凝固浴中的沉淀劑向絲條中擴散。Di為擴散系數，它的值與濕法成型中的許多變量有關。其中Grobe和Paul各有兩種對于聚丙烯腈-二甲基甲酰胺-水體系中Di影響因素的理論。七（1）P.252–12

（2）P.252–13（思考題）

（3）P.252–14（思考題）

（4）P.252–15（思考題）答：（1）試述影響濕法成型過程中截面形狀的因素影響濕法紡絲過程中纖維截面形狀的因素，主要是傳質通量比（Js/Jn),固化表面層硬度和噴絲孔形狀。當溶劑向外的通量小于凝固劑向里的通量時，絲條就溶脹，可以預期纖維的橫截面是圓形的。當溶劑離開絲條的速率比沉淀劑進入絲條的速率高時，橫截面的形狀取決于固化層的力學行為，柔軟而可變形的收縮表層收縮的結果導致形成圓形的橫截面，當具有堅硬的表層時，橫截面的崩潰將導致形成非圓形的犬骨形狀。凝固液溫度亦影響纖維截面，該溫度同時影響Js和Jn，當Js/Jn<1時，隨著凝固浴溫度增加，纖維截面変圓，當結果>1時，纖維截面取決于固化表面硬度。凝固浴濃度和紡絲液中聚合物含量增加，Js,Jn均減小，固化表面層硬度降低，因此濕紡纖維截面會變得更圓。思考題略八（1）P．252-20何為細頸拉伸、冷拉伸、均勻拉伸？（2）初生纖維的拉伸曲線有哪幾種類型？畫圖并用文字表述每種類型的拉伸行為，以及何種物質具有相應的拉伸行為。（3）P．252-24拉伸條件、初生纖維的結構對拉伸曲線有何影響？思考題：P．252-18、21、22、25答：（1）細頸拉伸：在不過高也不過低的拉伸溫度范圍內進行拉伸，纖維在被拉伸過程中，出現(xiàn)細頸，并逐漸發(fā)展，這樣的拉伸稱為細頸拉伸。冷拉伸：在纖維被拉伸的過程中，形變是均勻的，拉伸應力逐漸增大，形變也隨之增大，直至斷裂，這種拉伸過程被稱作冷拉。均勻拉伸:若拉伸溫度較高，達到細頸現(xiàn)象消失的程度，稱為均勻拉伸。（2）圖用畫圖工具畫出真實應力許用應力伸長a型伸長b型伸長c型A型又稱凸型，模量E隨著伸長的發(fā)展而減小，塑料和金屬材料的拉伸屬于這種類型。B型又稱凹形，模量隨著應變的增大而增大，纖維在拉伸過程中出現(xiàn)自增強作用。硫化橡膠屬于這種。C型稱先凸后凹形，在曲線上有屈服點，還有應變幾乎不變的平臺區(qū)，在小形變區(qū)內，形變是均勻可逆的，相當于彈性形變，隨著拉伸進行，形變先集中在一個或多個細頸處，繼而細頸逐漸發(fā)展，此區(qū)域內拉伸屬于不均勻拉伸，當進一步拉伸時，形變又是均勻的，拉伸應力逐漸增大，而形變也隨之增大，直至斷裂。大部分本體聚合物，滌綸、錦綸、丙綸熔法紡絲屬于這種類型。隨著初生纖維結晶度的增加，應力應變曲線由b向c再向a型轉化，導致屈服應力提高，并增大了自然拉伸比。隨著初生纖維預取向度的增大形變特性沿c向b型轉化，自然拉伸比有所減小，并轉變?yōu)榫鶆蚶?，屈服應力和初始模量都增大。隨著初生纖維相對分子質量的增大，拉伸時的屈服應力有所提高。思考題略九（1）熱定型方式的分類及各自的定義

（2）經驗轉變溫度、多重轉變的定義

（3）為何在緊張熱定型后還需進行松弛熱定型？

（4）常見的合成纖維熱定型效果排序，為何(結合內耗-溫度譜圖說明）？

思考題

P.252-28、29、30、31答：共有四種熱定型方式，分別為控制張力熱定型：熱定型時纖維不收縮，而略有伸長。定長熱定型：熱定型時纖維既不收縮也不伸長。以上兩種被稱為緊張熱定型。部分收縮熱定型：控制纖維收縮長度的熱定型。自由收縮熱定型：不控制纖維收縮長度的熱定型，即松弛熱定型。經驗轉變溫度：定義為黏彈回復速率等于10%/min時的溫度，即此溫度相當于松弛時間為10min,它通常比Tg高20到100℃。多重轉變：聚合物在寬廣的范圍內顯示出多種運動單元的轉變溫度，稱為聚合物的多重轉變。包括鏈段，大分子鏈，側基等的運動。在緊張熱定型之后，必須接著進行一次松弛熱定型，以消除內應力，否則纖維尺寸就不穩(wěn)定。滌綸熱定型效果最好，聚酰胺纖維次之，腈綸也有熱定型效果，聚烯烴纖維和纖維素纖維熱定型效果不好。滌綸的內耗-溫度關系圖顯示滌綸具有雙內耗峰現(xiàn)象，因此其熱定型效果很好。錦綸6在室溫下有多重內耗峰，但由于其分子間有氫鍵，在濕態(tài)下錦綸6的α轉變溫度可降低到室溫