2014年浙江理工大学高分子材料加工工艺学I_复习题_及答案(花花姐)

高分子材料加工工艺学复习题（张顺花）1、按纺丝速度的高低，聚酯纺丝技术路线可分成哪四个类型？P251）常规纺丝：纺丝速度1000~1500m/min，其卷绕丝为未拉伸丝，通称UDY（undrawnyarn）。2）中速纺丝：纺丝速度1500~3000m/min，其卷绕丝具中等取向度，为中取向丝，通称MOY（mediumorientedyarn）。3）高速纺丝：纺丝速度3000~6000m/min，纺丝速度4000m/min以下的卷绕丝具有较高的取向度，为预取向丝，通称POY(pre-orientedyarn)。若在纺丝过程中引入拉伸作用，可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝，为全拉伸丝，通称FDY(fullydrawnyarn)。4）超高速纺丝：纺丝速度6000~8000m/min。卷绕丝具有高取向度和中等结晶结构，为全取向丝，通称FOY（fullyorientedyarn）。2、合成PET的原料（单体）是什么？写出直接酯化法合成聚对苯二甲酸乙二酯的主要化学反应式。P11,P13分子式自写单体：对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET）直接酯化法即将对苯二甲酸（TPA）与乙二醇（EG）直接进行酯化反应，一步制得BHET。BHET缩聚脱除EG生成PET。反应式：3、聚酯切片干燥的目的是什么？其干燥机理是什么？P20P20~21目的1）除去水分。在纺丝温度下，切片中的水分存在使PET大分子的酯键水解，聚合度下降，纺丝困难、质量降低；少量水分汽化造成纺丝断头。2）提高切片含水的均匀性，以保证纤维质量均匀。3）提高结晶度及软化点，防止环结阻料。机理1）切片中的水分PET大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，通常湿切片含水率0.5%，其水分分为两部分：一部分是沾附在切片上表面的非结合水，另一部分是与PET大分子上的羰基及极少数的端羟基等以氢键结合的结合水。2）切片的干燥曲线切片干燥包括两个基本过程：加热介质传热给切片，使水分吸热并从切片表面蒸发，水分从切片内部迁移至切片表面，再进入干燥介质中。这两个过程同时进行，因此切片的干燥实质是一个同时进行传质和传热的过程，并伴随高聚物的结晶度和软化点变化。干燥曲线可知：①切片的含水率随干燥时间延长而逐步降低到平衡。②干燥速度与T、t有关，T升高，V升高，140℃时最快。③后期曲线平缓3）切片干燥过程的结晶由于PET分子链的结构具有高度立构规整性，所有的芳环几乎处于同一平面上，因而具有紧密堆积的能力与结晶倾向。结晶对切片干燥速度有很大影响。通常情况下，结晶会使干燥速率迅速大幅度下降。4、螺杆挤压机按几何分段可分哪三段？各段的作用是什么？P26、原理ⅡP262理解名词术语：螺杆的长径比、压缩比P26~27三段：进料段、压缩段和计量（均化）段。作用：①进料段：对物料进行输送和预热，使物料受压、受热前移；②压缩段：压实物料、使物料熔融，排除物料中的空气；③计量段：使熔体进一步塑化均匀，并将料流定量、定压地送入机头，使其在口模中成型。螺杆的长径比（L/D）：指螺杆工作长度（不包括鱼雷头及附件）与外径之比。物料在这个长度上被输送、压缩和加热熔化。螺杆的压缩比：螺杆的压缩作用以压缩比i表示。而螺杆压缩比是指螺杆的加料段一个螺槽的容积与均化段（计量段）一个螺槽容积的比值。熔体纺丝用螺杆常用压缩比为3~3.5。5、何谓纤维的假捻变形？摩擦假捻变形机生产变形纱的机理是什么？PET-DTY弹性机理是什么？P49假捻变形：利用纤维的热塑性，通过假捻器使纤维加捻，热定型和解捻，从而使纤维具有高度卷曲蓬松的形状。摩擦假捻变形机生产变形纱的机理：当固定丝的一端，使另一端旋转时，则可实现丝条的加捻加工。若固定丝的两端，握持住中间加以旋转，则以握持点为界，在握持点上、下两端的丝条得到捻向相反而捻数相等的捻度（n和-n），而在整根丝上的捻度为零，此种状态在动力学上称为假捻。如果丝条以一定速度v运行，则在握持点以前的捻数为n/v，在握持点以后，以相反捻向（-n/v）移动。因此在握持点以后区域中的捻数为零。而摩擦式加捻器的握持方法常用三轴重叠盘，把丝直接压在数组圆盘的外表面上。由于圆盘的高速旋转，借助其摩擦力使丝条加捻。在假捻器上方，丝被加捻；而在假捻器下方，丝被解捻。？？PET-DTY弹性机理：加捻复丝在解捻时，各根单丝可回到原始状态，但它们在加捻时形成的螺旋形结构已经由热处理而定型，并保存下来。然而，由解捻作用对加捻复丝施加反方向扭矩时，会使各单丝产生内应力，加捻热定型后的解捻结果，使长丝纱各单丝呈正反螺旋状交替排列的空间螺旋弹簧形弯曲状态，从而使各复丝直径增大，蓬松度提高。由于形成的螺旋可被拉直，故变形丝在负荷的作用下有很大的伸长形变。当外力负荷去除时，由于内应力作用又使各单丝回复到初始螺旋状弯曲状态。6、试述涤纶网络丝的加工原理。P52网络丝是指丝条在网络喷嘴中，经喷射气流作用，单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝。网络原理：当合纤长丝在网络器的丝道中通过时，受到与丝条垂直的喷射气流横向撞击，产生与丝条平行的涡流，使各单丝产生两个马鞍形运动和高频率振动的波浪形往复。合纤长丝首先松开，随后整根丝条从网络喷嘴丝道里通过，折向气流使每根单丝不同程度地被捆扎和加速--丝道中间最大，丝道侧壁的则较弱，当速度不同的单丝在丝道内相汇合时，便发生交络、缠结，产生沿丝条轴线方向上的缠结点。由于不同区域涡流的流体速度不同，从而形成了周期性的网络间距和结点。网络喷嘴有开启式和封闭式之分，其中包括单孔和复孔。7、何谓“易染色”纤维？P58所谓“易染色”纤维是指它可用不同类型的染料染色，且在同类染料染色时，染色条件温和，色谱齐全，色泽均匀及色牢度好。8、己内酰胺的水解聚合机理是什么？其切片为什么要进行萃取处理？P69P70水解聚合机理：整个聚合过程反应过程中同时存在加聚反应和缩聚反应，二者的相对重要性则依赖于各种因素。每一个己内酰胺大分子的形成都通过下列三个阶段：链的引发、链的增长、链的终止。主要化学平衡包括：己内酰胺的引发；通过加成聚合和缩聚使链结增长；通过酰胺键的交换使相对分子质量重新分布；单体和低聚物的再生成。为何萃取：萃取等纺前准备，可以除去切片中大部分单体和低聚物，并通过干燥降低切片的含水率，避免聚酰胺熔融时发生水解，使纺丝得以正常进行。9、为什么聚酰胺6民用丝可用室温拉伸？而帘子线则用热拉伸工艺？P85~86一般拉伸温度要求高于玻璃化温度，并低于软化温度。温度过高时，大分子解取向的速度很快，不能得到稳定的取向结构。聚酰胺6纤维的玻璃化温度约为35~50℃(较低)，熔融温度约为215~220℃，由于民用丝要求有一定延伸度，柔软而且有弹性，染色性好，因此拉伸倍数选择较低，所以可在室温下拉伸。由于聚酰胺6帘子线要求断裂强度高、抗冲击负荷性能优异、耐疲劳强度高以及与橡胶的附着力好等优良性能。需采用较高倍数的拉伸，为了降低拉伸所需的张力，并使拉伸均匀，需采用热拉伸。10、丙纶纺丝冷却成型工艺，侧吹风温以偏低为好。为什么？P110~111成型过程中的冷却速度对聚丙烯纤维的质量有很大影响，若冷却较快，纺丝得到的初生纤维是不稳定的碟状结晶结构；若冷却缓慢，则得到的初生纤维是稳定的斜晶体结构。冷却条件不同，初生纤维的晶区大小及结晶度也不同。当丝室温度较低时，成核速度大，晶核数目多，晶区尺寸小，结晶度低，有利于后拉伸。实际生产中，丝室温度以偏低为好。采用侧吹风时，丝室温度可为35~40℃；环吹风时可为30~40℃，送风温度为15~20℃，风速为0.3~0.8m/s11、丙纶短程纺的设备特点是什么？一般适合做什么品种？P116P109设备特点：冷却效果好，纺丝细流的冷却长度较短（0.6~1.7），没有纺丝甬道，纺丝丝仓、上油盘以及卷绕机构在一个操作平面上，设配高度大大降低，并相应降低了空调量和厂房的投资。品种：细旦或卫生巾用非织造布，地毯，针刺地毡，产业用纺织用丝、地毯，产业用纺织品，高级卫生用非织造布，高强丝，过滤织物。12、试述纺粘法、水刺法非织造布的工艺原理和加工过程。P119-120纺粘法工艺原理：用化学纤维纺丝方法（熔融纺丝方法或溶剂纺丝方法等）形成长丝，在纺丝过程中直接铺放在运动着的凝网帘上，形成纤网的方法，有时存在自粘合作用。纺粘法加工过程：切片混合→熔融→过滤→计量纺丝→冷却拉伸→铺网→加固→冷却定型→修边成卷水刺法工艺原理：利用许多极细的高压水流对纤网垂直喷射，使纤网中纤维相互缠结而得到加固。水刺法加工过程：纤维原料→开松混和→梳理→交错铺网→牵伸→预湿（水循环处理）→正反水刺→后整理→烘燥→卷绕13、三元共聚聚丙烯腈纤维中三种单体的作用是什么？P132第一单体（丙烯腈88%-95%）：作为基体，是纤维结构的基础，提高结晶度和强度。第二单体（4%-10%）：降低PAN的结晶性，增加纤维的柔软性，提高纤维的机械强度、弹性和手感，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维的染色性。第三单体(0.3%-2%)：引入一定数量的亲染料基团，以增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全，颜色鲜艳，染色牢度好的纤维，并使纤维不会因热处理等高温过程而发黄。14、腈纶湿法成型初生纤维为何要进行干燥致密化？其机理是什么？致密的条件是什么？P160原因：因为初生纤维经拉伸后，超分子结构已经基本形成。但是对于湿法纺丝得到的聚丙烯腈纤维而言，由于在凝固浴过程中溶剂和沉淀剂之间的相互扩散，使纤维中存在为数众多、大小不等的空间及裂隙结构。由于这种结构的存在，造成纤维的透光率低（失透或泛白），染色均匀性及物理—力学性能差。因此，必须通过干燥去除纤维中的水分，使纤维中的微孔闭合，而空洞及裂隙变小或部分消失，使其结构致密，均匀，以制得具有实用价值的高质量腈纶。机理：在适当温度下进行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔移出，在微孔中产生一定的负压，即有毛细管压力。而且，在适当温度下，大分子链段能比较自由地运动而引起热收缩，使微孔半径相应发生收缩，微孔之间的距离越来越近。导致分子间作用力急剧上升，最后达到微孔的融合。条件：要有适当的温度，使大分子链段比较自由地运动；要有在适当温度下脱除水分时产生的毛细管压力，才能使空洞压缩并融合。15、合成聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯的原料单体有哪些？聚氨酯弹性的原因是什么？p198-199原料：1）二异氰酸酯，一般选用芳香族二异氰酸酯，如二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（MDI）或2,4-甲苯二异氰酸酯（TDI）2）二羟基化合物一般选用相对分子质量为800-3000，分子两个末端基均为羟基的脂肪族聚酯或聚醚。脂肪族聚酯由二元酸和二元醇缩聚制得，如聚己二酸乙二醇酯，脂肪族聚醚用环氧化合物水解开环聚合制得，如聚四亚甲基醚二醇。3）扩链剂大多数扩链剂选用二胺类（由芳香族二胺制备的纤维耐热性好，脂肪族二胺制备的纤维强力和弹性好），二肼类（耐光性较好，但耐热性下降）或二元醇。4）添加剂一般添加抗老化剂、光稳定剂、消光剂、润滑剂、颜料等添加剂。弹性原因:聚氨酯纤维的分子结构是由分子间作用力较弱的、链段长度较长的脂肪族聚醚或聚酯镶嵌单元（软段）与分子间作用力较强、链段较短的芳香族二异氰酸酯嵌段单元（硬段）组成的线型共聚体。软段具有足够高的相对分子质量、良好的柔顺性和较低的玻璃化温度，为纤维提供弹性基团。而硬段起着支撑骨架的作用，具有一定的刚性。16、理解英文缩写：UDY、MOY、POY、FDY、FOY、HOY、TCS、BCF、DT、DTY、ATY等产品的生产方法。P25/41/48/49/53/85/91UDY（undrawnyarn）未拉伸丝：常规纺丝法MOY（mediumorientedyarn）中取向丝：中速纺丝法POY(pre-orientedyarn)预取向丝：高速纺丝法FDY(fullydrawnyarn)全拉伸丝：高速纺丝法FOY（fullyorientedyarn）全取向丝：超高速纺丝法HOY（highorientedyarn）高取向丝：超高速纺丝法TCS（thermalchannelspinning）全拉伸丝：热管纺丝法对已完成冷却定型的丝束进行