2015东华大学《纺织材料学》考研试题参考答案

东华大学2015硕士学位研究生招生考试试题（参考答案）考试科目：001-883纺织材料学答题说明：1解答“名词对”题时，在分别解释好两个（或三个）名词后，一定要说明它们之间的关系，5分的题中有1分是给名词之间的关系的；2名词之间的关系可能包括因果关系、平行关系、包含关系、大小关系、无关等，要从名词的针对的对象、关注点、反应的作用等角度将之描述清楚；3回答名词解释时，下定义要精准，学会用图形、数据和符号进行表达，适当结合语言表达；4当一个名词不能进行精准表达时，可采用“取全”的方法，将该名词可能包含的内容都罗列出来；5回答问答题时，不要纠结于不会的题，每年的考题的问答中都会涉及纤维、纱线、织物的结构、性能、特征、特点等，既涉及理论也涉及实用，可能会遇到不会的问答题，此时要先回答会答的题目。对于完全不会的题，也不要放弃，要从你所知道的最根本的概念说起，回到最本质的物理概念，去推导结论，把能说的都说上，但不要乱说、瞎说。这样也给判卷者给分的理由；6回答问题要抓住重点，简单明确，主体突出。要理解问题在考你什么，要把关键词说出来。比如如果问你影响织物性能的因素，就应当从纤维、纱线、织物的结构、性能，环境条件（温度、湿度、大气压）及测试方法、条件与测试参数（拉伸速度、试样长度、预加张力、测试原理）等角度全面回答；如果要你回答影响束纤维强力的因素，考察的关键在于“断裂不同时性”，则主要从纤维的长度分布、测试根数、纤维排列平行度等角度回答问题，至于纤维结构与性能，测试环境和测试条件等因素则不作为主要回答内容；7回答问题时，对于不明确的东西，不要简单作是非判断，比如好坏、高低、越大越好、越来越大，……等。一、名词解释（每小题6分，共60分）1、纺织材料的结构与性能（重复2014年考题）纺织材料是指纤维及其制品，具体表现为纤维、纱线、织物及其复合物。纺织材料的结构是指纤维及纤维制品间的几何排列和相互作用，比如纤维材料的分子组成与结构、大分子的聚集态结构及纤维的形态结构，纱线材料中纤维、单纱的排列、转移与缠绕等结构，织物中纤维、纱线的交织、线圈穿套及成网加固结构等。纺织材料的性能是指纺织材料的性质和功能，是指纺织材料具有的适合加工和使用要求的物理、化学或技术特性，如力学性能、耐久性、舒适性、安全可靠性能等。纺织材料的结构是决定其性能的重要因素，与纺织材料的组成一起决定了纺织材料的性能。比如纤维的结构与组成决定纤维性能，纱线的结构与组成决定纱线性能，织物的结构与组成决定织物性能，而最终产品的结构与组成决定产品的使用性能。2、纳米纤维的尺度与性能（重复2014年考题）纤维的尺度是指其几何尺寸所处的长度级，纳米纤维即指几何尺寸为纳米级（10-100nm），如外径、截面积、中腔直径、表面形貌尺寸等。纤维的性能是指纤维的性质与功能，是纤维具有的适合加工和使用要求的物理、化学或技术特性，如力学性能、光学性能、热学性能、电学性能等。纤维材料的尺度与其性能关系密切，尺度决定了纤维的力学性能、表面性能等性能特征。一方面，纤维材料因其纳米级直径（宽度）尺度，具有了和其原料较大的性能差异，另一方面，由于纤维材料的尺度达到纳米尺度，纳米颗粒表面作用发生了几个数量级的变化，其很多性能都会发生重大改变。3、复合纺纱与结构纺纱（重复2014年考题）复合纺纱是指通过在环锭纺纱机上增加喂入装置或喂入单元，使短纤/短纤、短纤/长丝纤维经加捻纺制成具有复合结构纱线的纺纱方法，纱线由两根分别经牵伸后的粗纱或一根经牵伸的粗纱与一根长丝（单丝或复丝，一般为单丝）捻合而成，包括包芯纺、赛络纺、赛络菲尔纺等纺纱技术。结构纺纱是通过在环锭纺纱机上增加牵伸后粗纱须条的分束装置或集聚装置，对须条进行分束或集聚，改变须条加捻时须条中纤维运动、转移及其在纱中的分布，通过改变成纱结构改变成纱性能的纺纱方法，包括分束纺（缆型纺）、紧密纺（集聚纺）技术等。复合纺纱与结构纺纱均属于环锭纺纱新技术，都是通过对环锭纺纱机进行改造实现纱线的纺制，所制得的纱线因强力高，条干均匀、长毛羽少，都可以进行单纱织造，强力足够的产品甚至可以免浆织造。4、介电现象与静电现象（重复2014年考题）在交变电场作用下，纤维的极性基团及纤维内部的水分子会发生极化，极化分子部分地沿着电场方向定向排列，并随着电场方向的变换不断地做翻转交变取向运动，分子间发生碰撞、摩擦、生热，消耗能量。这种电介质在交变电场作用下引起发热的能量消耗，称为介电损耗。静电现象是指不同纤维材料之间或纤维与其它材料之间，由于接触和摩擦作用，使纤维或其它材料上产生电荷积聚的现象。纤维材料的介电损耗与静电现象都与其介电常数及吸湿能力有关。纤维介电常数大，介电损耗大，摩擦起电时带正电荷，且静电位高；纤维吸湿性好，含水率高时，介电损耗大，且能量就要被水分损耗，而含水率高时，则不易摩擦起电，静电现象弱。因此，在其它条件相同的情况下，可以认为静电现象越严重的纤维介电损耗会较大。5、纤维的可加工性与纱线的可加工性纤维的可加工性，是指纤维被加工成可纺织用纤维的性质，包括两大要素：一是纤维的加工，即纤维的成形过程和各种为方便后续纺织加工的处理，统称为纤维的“初加工”；二是纤维的特征，包括不适于纺织加工的物质与性质和有效纤维体的“可加工”性质。纱线可加工性的概念也包括两个方面：一是原料对加工体系的适应性，一是加工体系对原料的优化和高性能加工成形。纱线可加工性的主要评价内容包括不损伤纤维、减少纱条的不匀、减少纱线疵点及有效合理地应用纤维。从二者的概念和内涵可以看出，纤维的可加工性直接影响纱线的可加工性，良好的初加工和可加工性好的纤维材料，一般会有良好的纱线可加工性。6、差微摩擦效应与粘滑现象（重复2014年考题）差微摩擦效应是羊毛特有的摩擦性质。由于羊毛表面覆盖鳞片层，且鳞片具有指向性，由毛根指向毛尖，沿羊毛长度方向呈棘齿状态，使得羊毛沿其轴向滑动时，顺鳞片摩擦的摩擦系数小于逆鳞片摩擦时的摩擦系数，这一现象即称为差微摩擦效应。纤维间相对低速（相对速度小于0.1m/min）滑移时，会发生时而保持不动（粘），纤维产生变形或同向移动；时而又相对快速滑移（滑），这种现象称为粘-滑现象。产生粘-滑现象的本质原因是纤维的静、动摩擦力或静、动摩擦系数的差异所致。差微摩擦效应和粘滑现象都是纤维材料摩擦系数的差异造成的摩擦现象，差别在于差微摩擦效应是羊毛逆、顺鳞片方向摩擦系数的差异造成的，而粘滑现象是由纤维静、动摩擦系数的差异造成的。7、浸润与芯吸纤维的浸润，又称纤维的润湿，是指纤维与液体发生接触时的相互作用过程。纤维集合体与液体发生接触、作用时，除发生单纤维的浸润作用外，还会发生纤维集合体内（纤维间）或单纤维体内（缝隙、孔洞）对液体的毛细作用（毛细吸水现象），称为芯吸。浸润与芯吸都是讨论纤维与液体（一般指水）的相互作用的，只是浸润较多地表达单纤维或纤维集合体表面（或表观）与水的相互作用；芯吸则表达纤维集合体内（纤维间）或单纤维体内（缝隙、孔洞）对液体的毛细作用，即一个在外表面，一个在内表面，但作用机制是一致的。8、须丛曲线与长度累积曲线（重复2014年考题）须丛曲线是指采用Almeter长度测量仪或纤维照影机测量纤维丛长度时，得到的须丛长度与电容值或光通量关系曲线，反映不同须丛长度处纤维须丛截面积、纤维层厚度和质量（质量含量比）的变化情况，又称照影机曲线，实质上反映纤维根数随长度变化规律。长度累积曲线是由纤维根数、截面积、质量加权频率密度（长度分布）函数经积分得到的累积分布函数所绘制的曲线，反映不同长度的纤维占纤维总体的累积百分比。须丛曲线（照影机曲线）为纤维长度根数累积分布曲线的一次积分，为纤维长度根数曲线的二次积分。二者从不同角度反映纤维长度分布规律。9、针织物的线圈歪斜与机织物的纰裂针织物的线圈歪斜是指在自由状态下，线圈发生纵行歪斜的现象，由具有加捻残余力矩的针编弧和沉降弧段纱线在线圈弯曲部分非对称退捻所引起。纱线捻度和残余力矩低时，针织物线圈的歪斜就小，反之线圈的歪斜就大。另外，针织物的排列密度较大时，线圈歪斜所受到的阻力较大，不易歪斜。机织物的纰裂是指，机织物在使用过程中受到外力作用后，产生的纱线横向滑移的结构损坏现象。经纱沿着纬纱方向滑移，称为纬向纰裂或称经纰裂；纬纱沿着经纱方向滑移，称为经向纰裂或纬纰裂。纰裂俗称扒缝，是因为经纬纱线因交织不够牢固，在很小的外力作用下被扒出裂缝的一种损坏现象，主要发生在衣裤的接缝和多次摩擦的外拱处。针织物的线圈歪斜是针织物线圈结构决定的外观特征，而机织物的纰裂是由机织物经纬交织结构决定的性能特征，二者都受各自织物和纱线结构参数影响。其它条件相同的条件下，当纱线捻度较大时，针织物线圈歪斜现象严重，机织物易于发生纰裂现象；织物密度大，针织物的线圈歪斜和机织物的纰裂都相对不易发生。10、三向机织物与三维机织物三向机织物，又称三轴向机织物，是以两根相交角度为60°的经纱和一根纬纱交织而成（此处可画织物结构图加以说明）。三向机织物由三向织机织造而成。三向机织物具有很好的结构稳定性和各向同性的特征。三维机织物是采用类似传统织造原理织制的，由经纱、纬纱和垂纱（垂直于经纱、纬纱）互成90°交织而成的，具有三维立体结构的机织物（此处可画织物结构图加以说明）。织物可用于复合材料的增强体。三向机织物和三维机织物均由三组纱线交织而成，区别在于三向织物的三组纱线处于同一平面内，相互成60°交织，织物为平面结构；三维织物的三组纱线为在空间X、Y、Z方向互成90°的交织，织物为立体型（3D）结构。二、问答与计算题（每小题15分，共90分）1、试分析加捻对纱线强度的影响以及长丝纱和短纤纱中纤维强力利用率差异的原因。答：捻系数α对成纱强度p的影响如下图所示。如图所示，对于长丝纱而言，随着纱线加捻程度的增加，纱线强度略有增加，很快达到最大强度，之后再增大捻度，纱线强度会捻度的增加而下降。对于短纤纱而言，随着纱线捻度的增加，纱线强度不断增加，当达到一定捻度（较大的捻度）之后，随着捻度的增加，纱线强度开始下降，对应纱线强力最大时的捻度称为临界捻度（对应捻系数称为临界捻系数）。纱线中纤维强力利用率是指成纱强力与组成纱线纤维强力之和的比值百分率，成纱中纤维强力利用率越高，成纱强度越高。短纤纱的断裂过程是：一部分纤维受拉力作用伸直变形而先发生断裂，该部分纤维断裂后，纤维间摩擦力和抱合力减弱，导致另一部分纤维产生滑移脱散，加速纱的断裂。在纱线断裂面处，部分纤维断裂，而部分纤维只是从断裂面对侧活脱出来。对于短纤纱而言，加捻使纤维因由平行顺直排列变为空间螺旋线形态而产生预应力，尤其是外层纤维，纤维间抱合力增大，受到拉伸力作用时，滑脱纤维根数减少，断裂纤维根数增多，更多的纤维把自己的断裂强力贡献给了纱线强力，纤维强力利用率增加，有利于纱线强力的提高；但捻回角的增大，使纤维的承力在纱轴方向上的分力减小，影响纤维强力的有效利用，纤维强力利用率下降，纱线强度下降。加捻增强的积极作用在低捻时占主导作用，在高捻时，纤维倾斜有效分力降低因素占主导作用，二者综合作用的结果，使纱线在临界捻度时出现最大强力。长丝纱的断裂过程是：当受到拉伸外力作用时，长丝纱中伸长率小的单丝先断裂，伸长率大的单丝后断裂，即各根单丝存在断裂不同时性。这种断裂不同时性的存在使得长丝纱中各单丝的强力没有得到有效利用。长丝纱加捻可以在各单丝间形成良好的抱合，单丝断裂不同时性得到改善，从而使纱线强力利用率得到提高，纱线强力略有提高，但这只发生在较低的捻度下。随着捻度的增加，因加捻而呈螺旋线状排列的单丝沿纤维轴向的有效分力下降，反而使纱线强度开始下降，纤维强力利用率降低。2、根据Peirce两相吸湿理论和Speakman三相吸湿理论，讨论其都能得到反“S”曲线的原因和其间吸湿机理的差异，并依此理论讨论纤维集合体吸湿滞后性的原因。答：Peirce两相吸湿理论：纤维的吸湿包括直接吸收水分和间接吸收水分两类，直接吸收水分是由纤维分子的亲水性基团直接吸着的水分子，即水分子通过氢键直接与纤维大分子上的亲水基团结合在一起，对纤维的物理性能产生一定影响；间接吸收