天津工业大学化纤工艺学下考试范围及答案

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1、1. 结构粘度指数：表征纺丝流体的 结构化程度的物理量。2. 拉伸粘度：表征流体对 拉伸流动的阻力 的物理量。3. 非牛顿指数：表征流体 偏离牛顿流动的程度 的物理量。4. 零切粘度：在大的剪切速率范围内，当剪切速率较低时，流动呈牛顿型，此时 的粘度称为零切粘度。5. 表观粘度：高聚物流动曲线上某一点的斜率即剪切应力与剪切速率的比值。6. 稳态纺丝：纺丝线上任何一点的参数都有各自恒定的分布， 不随时间变化 的纺 丝过程。7. 可纺性：流体在拉伸作用下形成连续细长丝条的能力。&内聚断裂：当储存的弹性能密度超过某临界值W （相当于液体的内聚能密度K）时， 流体便发生断裂。9. 毛细断裂：当液体表面

2、张力引起的扰动及其滋长和传播导致毛细波发展到振幅& （x） 等于自由表面无扰动丝条的半径R（x）时，流体便发生断裂。10. 凝固值：对某一高聚物溶液而言，滴定所用凝固浴体积的立方厘米数称为滴定液（凝 固浴）的凝固值。11. 双扩散：凝固浴中的凝固剂向原液细流内部的扩散，同时原液中的溶剂向凝固浴扩 散的过程。12. 自由挤出速度：无拉伸作用下，从计量泵送出的纺丝原液被压入喷丝孔道，然后从 喷丝口挤出。原液细流在孔口处出现胀大，此时细流的速度就是自由挤出速度f。13. 传质通量比：溶剂的通量（JS）和非溶剂（凝固剂）通量（JN）的比值（Js/Jn）14. 冷拉伸：玻璃化温度在室温附近的初生纤维拉伸

3、。 PA615. 拉伸点：纤维在拉伸过程中通常把出现细颈的位置称为拉伸点。16. 增塑作用：由于加入增塑剂或其他小分子物质而降低分子间作用力。17. 熔体破裂：高聚物流体在高剪切速率下的不稳定流动现象初生纤维表面呈现鲨鱼 皮、橘皮、竹节、螺旋甚至断裂。由于该现象最初是在高聚物熔体挤出过程中发现 的，故称之为熔体破裂。18. 结晶速率常数：在一定的温度下结晶度达到最大结晶度的1/2时，所需时间的倒数。19. 动力学结晶能力：某一聚合物从熔点Tm以单位冷却速度降低至玻璃化温度Tg时，所 得到的相对结晶度。填空及作图题。1. 影响纺丝流体剪切粘性的因素有：聚合物分子结构特征、聚合物溶液浓度、温度、

4、溶剂性质、混合、流体静压。2. 影响拉伸粘度的主要因素有：拉伸应变速率、温度、相对分子量及其分布、混合。3. 聚合物流体的弹性主要来自构象熵的贡献，在纺丝成形中的表现有：挤出胀大。4. 化学纤维成型过程中，挤出细流的类型按照粘度增加排序为：液滴型、漫流型、胀大型、破裂型四种。其转化条件为：a流体表面张力（、n粘度f、R0喷丝孔径丄、V0挤出速度丄,正常的挤出细流的类型是：胀大型。5. 决定最大丝条长度的断裂机理至少有二种，一种是内聚破坏，另一种是毛细破坏。 熔体纺丝一般不发生内聚破坏、湿法纺丝一般不发牛毛细破坏、缩聚型高聚物一 般不发生内聚破坏、加聚型高聚物一般不发生毛细破坏。6. 在稳态纺丝

5、中，熔体纺丝线上受到的力有：重力Fg、表面张力Fs、惯性力Fi、摩擦阻力Ff、流变阻力Fr,接近卷绕点时最主要的力是:卷绕张力Fext(Fr(L)。7.在熔体纺丝线上丝条冷却的控制因素是变化的。在纺纱窗的上段纺丝线，冷却过程 受冷却吹风速度Vy控制:此时，冷却吹风速度和温度变化对纤维不匀率的影响较大。 在纺丝窗的下段纺丝线，冷却过程决定于丝条速度Vx。对于高速纺丝：Vy/Vx=0.125 的位置上移，冷却过程对纤维的影响较小,所以高速纺丝条抗干扰性妊，质量稳定。& 纺丝过程中的取向作用有两种取向机理，一种是熔体状态下的流动取向，包扌舌剪切 流动取向和拉伸流动取向，另一种是纤维固化区的形变取向。

6、9. 熔体纺丝高聚物动力学结晶能力由高到低依次为：PA66、PP、PA6、PET,常规纺丝 线上能结晶的是：PA66、PP,不能结晶的是:PA6、PET。10. 根据拉伸应变速率的不同，可将熔体纺丝线分成胀大区、形变(细化)区、固化丝 条运动区三个区，其中第二区是发生拉伸流动和形成纤维最初结构的主要区域，因 此也是纺丝成型过程最重要的区域。11. 根据拉伸时所处的介质不同，纤维拉伸的方式一般有干拉伸、湿拉伸和蒸气浴拉伸 三种，其中，干拉伸又可分为室温拉伸和热拉伸。12. 纤维的拉伸形变包括：普弹形变、高弹形变和塑性形变。初生纤维的拉伸一定是在 高弹形变的基础上进行的。而塑性形变是拉伸形变中的有

7、效部分，是拉伸过程中应 设法发展的。13.根据热定型时纤维的收缩状态来区分，热定型有：控制张力热定型、定长热定型、 部分收缩热定型、自由收缩热定型。15. 常规熔体纺丝线上直径、速度、速度梯度和张力的分布图。16.粘胶原液、干法纺丝原液、聚乙烯醇溶液的两相平衡图。pSP粘胶纺丝干法纺丝9_JSm 044 9采合鶴津醛 JESI ? (bd亠UUa.OL 0bO2 6皿罐厶烯ffiZ-zK佛系 的札r产衡関代有F临殍混落渦惑Cb 冇1:1茁料混溶温麼U4 “17. 湿纺初生纤维横截面形状示意图。栽的親腦怫翱琳删織麵 歸錢幌亂耀训删潮觥稀释凝固、等浓凝固的路径。18. 在三元体系相平衡图上表示出浓

8、缩凝固、 传质通彊比的变化路径分三类：Js I Jn =1高聚物浓度不变*等浓凝固JS/JN 1高聚物浓度增加*浓缩凝固去卷辰士19. 画出 a、b、c、d 型拉伸曲线并标出各转折点的意义及坐标轴上对应值的 意义。20.画出温度、刚性链高聚物浓度对粘度的影响示意图。1. 试述影响聚合物熔体剪切粘度的因素。I聚合物分子结构的影响 链结构的影响。大分子链柔性升高，缠结点升高，粘度升高，非牛顿性增强； 短支链数增多，表观粘度下降；支链长度增长，表观粘度上升；长支链数增多， 表观粘度上升。 平均分子量的影响。平均分子量增大，粘度增大。 分子量分布的影响。分子量分布加宽，粘度下降。II聚合物溶液浓度的影

9、响。聚合物浓度越高，粘度越大。刚性链高聚物的粘度随浓 度的增加呈现先增后减的趋势。皿温度的影响。温度升高，粘度降低。W溶剂性质的影响。溶剂的粘度升高，聚合物零切粘度升高；溶剂溶解能力下降， 一方面使大分子卷缩，粘度下降。另一方面使大分子间作用力加强，粘度升高；加 入可溶性杂质，粘度先下降后升高；加入可溶性杂质，例如水，体系中水含量的增 加高聚物浓溶液的粘度先下降再上升。V混合的影响 共混物组成对粘度的影响。若共混成分为增塑剂之类的物质时粘度下降。 添加剂混合体系对粘度影响。加入固体粒子，粘度上升；加入液体，粘度下降。W流体静压。使流体粘度增高。2. 分析影响聚合物弹性的因素，弹性对纺丝成形的影

10、响如何？ 影响聚合物弹性因素I结构因素 分子量增大，弹性增大。 分子量分布加宽，弹性增加 长链分支含量增加，弹性增加 分子链刚性增加，弹性降低；分子链柔性越大，弹性越大。II加工条件 温度升高，弹性降低 聚合物浓度增大，弹性增加 切变速率升高，弹性增大 固体填料浓度增大，弹性下降 入口尺寸变化，弹性增加；入口长径比增大，弹性下降；喷丝孔直径增大，弹 性明显减弱对纺丝成形的影响 具有一定的弹性是正常纺丝所必须的。挤出胀大使纺丝稳定、均匀，是成品纤 维性能所必需的，也是高聚物流体本身的特性。 弹性过大，会给纺丝成型带来不利影响。具体表现为：高聚物流体易粘喷丝板、 异性纤维预期断面达不到要求、初生纤

11、维纤度不匀、熔体破裂、纺丝速度受限。3. 以PET、PP为例说明纺丝线上An （双折射）的变化规律，并且分析影响初生纤维取 向的因素。 以超高速纺PET为例：流动形变区：0-80cm, n较小；结晶取向区：80-130cm， n陡增（取向诱导结晶，晶核形成，导致微晶取向）；塑性形变区：30cm, n略增后趋于饱和。对于PP而言，其取向作用仅在纺速较低时发生，双折射 很快达到饱和，继续提高纺速，双折射变化不大。 影响初生纤维取向的因素：初生纤维的取向主要是拉伸流动取向的贡献。其影 响因素有：卷绕张力和速度（正比），喷丝头拉伸率（正），高聚物分子量（正）， 冷却速度（正），熔体温度（反），单丝纤度

12、（反），熔体泵供量（反）。4. 影响扩散系数的因素有哪些？ 凝固浴温度的影响。温度下降，扩散系数减小；温度升高，扩散系数增大。 凝固浴浓度增加，扩散系数先减小后增加。 纤维半径的影响。随纤维半径的增大，扩散系数增大。 沿纺程扩散系数减小。 添加剂及纺速的影响。加入变性剂，扩散系数减小；提高纺速，扩散系数增大。 溶剂及凝固剂种类的影响。溶剂不同，扩散系数不同；凝固剂分子量大，扩散 系数小。 原液浓度的影响。原液浓度提高，扩散系数下降。5. 试述湿纺初生纤维横截面的形状、皮芯结构的特点和空洞和毛细孔的形成原因及 影响因素，并结合纺丝工艺条件加以讨论。 初生纤维横截面形状。肾形、哑铃形、扁平形、锯齿

13、形、三角形；圆形或近似 圆形。强烈的凝固条件，易形成非圆截面；缓慢的成形条件，易形成圆形截面。 采用无机溶剂一般为圆形截面，采用有机溶剂，一般为非圆形截面。 皮芯结构的特点。纤维（特别明显的是粘胶纤维）外表有一层极薄的、密实的、 较难渗透、难染的皮膜，该膜对传质过程有决定性作用。皮膜内部是纤维的皮 层，皮层可占整个横截面的0100%，皮层中一般含有较小的微晶并具有较高取 向度。再向里是芯层。芯层结构较松散，微晶较粗大。 皮芯结构形成的原因。（1）在纺丝原液细流中，处于细流周边和内部的聚合物 的凝固机理不同，以及凝固剂在纤维内分布不均，导致皮层和芯层的结构不同。（2）纺丝原液在喷丝孔口处的膨化效

14、应，导致细流外表层的拉伸效应，对皮层 和芯层的形成也有一定的影响。（3）在喷丝头拉伸区中，皮层已经凝固，芯层 尚处于液流态，使纺丝张力主要作用在纺丝线表面冻胶层上，从而使沿纤维径向 分布的各层具有不同的取向度。 空洞和毛细孔形成的原因及影响因素。I形成原因（1）纺丝线凝固较激烈时，皮层很快形成，表面可能产生一些缺陷或 裂缝，沉淀剂通过此裂缝渗入而形成辐射状空洞或毛细孔。皮层收缩率小， 芯层收缩率大，在皮芯层之间会产生缺陷和空洞；纤维在凝固过程中所产生 的收缩应力集中，也促进了辐射状空洞的发展。II影响因素。原液浓度，总固体含量越高，越不易产生空洞。需选择合适 的溶剂，提高凝固浴中溶剂含量或降低

15、凝固温度以避免产生空洞和毛细孔。 需选择合适的沉淀剂，降低凝固浴的凝固强度。采用无机溶剂纺制腈纶，一般 不生成空洞。共聚物中亲水性基团增加。5）空隙随喷丝头拉伸率降低而减小， 其后处理条件可较温和。合适的湿纺工艺可以避免纤维中大空洞或毛细孔的产 生，但湿纺初生纤维中微纤微孔结构的产生是不避免的。但后处理工艺可以使 微孔闭合，而不能够使大空洞或毛细孔合。6. 初生纤维结构及拉伸工艺条件对拉伸性能的影响是什么？I. 结构对拉伸性能的影响：1.结晶度和结晶变体的影响。随结晶度和结晶变体对称性及稳定性的增大，应力应 变曲线沿着b-c-a型方向转化，提高屈服应力和自然拉伸比。2预取向度影响。预取向度增大

16、c-b型方向转化。自然拉伸比减小，屈服应力增大， 最大拉伸倍数减小3. 初生纤维分子量影响。随分子量增大，拉伸时屈服应力有所提高，分子量过大， 反而会使纤维的可拉伸性能降低。4. 初生纤维纤度影响。纤度减小，c-b转化，自然拉伸比减小，转化为均匀拉伸5. 纤维内包含直径大小的气泡，粒子会发生断裂。但包含水溶剂单体等低分子，其 增塑作用，拉伸性能提高。II.拉伸工艺对拉伸性能的影响：1. 拉伸倍数影响，拉伸倍数提高，晶区取向度变大。晶区取向度饱和后，非晶区取 向度变大2. 拉伸介质影响，塑化浴中拉伸时取向度低3. 拉伸温度影响，拉伸温度升高有利于结晶，取向度变大。太高取向度反而降低4. 拉伸速度

17、影响，速度高时，粘弹效应使取向度增大，但拉伸速率增大时，伴有纤 维温度升高，使有效取向度降低。7. 拉伸对纤维结构和物理机械性能的影响是什么？I拉伸对纤维结构影响 取向度。拉伸所引起的最重要变化是大分子、晶粒和其他结构单元沿纤维轴取 向。 结晶度。结晶度可能降低、增大或不发生变化，经过热拉伸后，大部分转变为 稳定的结晶变体。II对物理机械性能的影响 拉伸导致各种物理性质的各向异性。拉伸引起的最重要的结构变化是大分子、晶 粒和其它结构单元沿纤维轴取向，这种取向导致各种物理性质的各向异性。除机械 性质外，拉伸导致光学性质（双折射、吸收光谱的二向色性）的各向异性，以及热 传导、溶胀和其它一些性质的各

18、向异性。 拉伸使纤维强度随拉伸倍数增加而增大，拉伸模量和屈服应力随拉伸比单调增大。 断裂伸长随拉伸比单调减小。8. 热定型对纤维的结构以及性能的影响如何？I热定型过程中纤维结构的变化影响 结晶度、微晶尺寸和晶格结构的变化。松弛热定型处理，增大微晶尺寸，特别是垂 直于纤维取向方向上的尺寸。对于结晶性高聚物，结晶度也有所增加；紧张热定型 处理，平行取向轴微晶尺寸大为增加，垂直方向略微增加或可能减少。结晶度保持 不变或缓慢增加。 取向度的变化。松弛热定型处理，双折射随温度升高而显著下降；紧张热定型处理， 双折射保持不变或有所增加。 纤维的长周期和链折叠。长周期随热定型温度升高增加，晶片厚度增加；折叠链数 目增多。II热定型对纤维物理-机械性能的影响 断裂强度和断裂伸长。松弛热定型处理，随温度升高，断裂伸长、断裂功增大， 断裂强度、初始模量下降；紧张热定型，随温度升高，断裂强度和初始模量增 大，断裂伸长和断裂功下降。 对纤维收缩的影响。随温度升高，收缩率增加，而剩余收缩率单调下降。 对纤维吸湿、染色性能的影响。水分子及染料分子一般渗入非晶区，吸湿染色 性能取决于纤维结晶度、晶粒尺寸、非晶区取向及微孔结构。