四川大学化学纤维复习提纲.docx

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四川大学化学纤维复习提纲

2016年《化学纤维》课程复习提纲

试题类型：

一、名词解释（5题20分）

二、简答题（4题20分）

三、计算题（2题30分）

四、论述题（2题30份）

第一章概论

1.纤维的分类：

天然纤维、化学纤维（合成纤维+人造纤维）

2.化学纤维的基本概念：

长丝：

纺丝流体（溶体或溶液）经纺丝成型和后加工处理得到的长度以千米计的连续纤维

短纤维化学纤维的产品被切成几厘米至十几厘米的长度，这种长度的纤维称为短纤维

丝束由几万根甚至几百万根单丝组成的束丝，用来切断成短纤维和牵切成条子

单丝用单孔喷丝头纺制而成的一根或几根连续纤维，但一般分别卷绕的纤维

异形纤维在合成纤维成形过程中，采用异形喷丝孔纺制的具有非圆形横截面的纤维或中空纤维

复合纤维在纤维横截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物，这种化学纤维称为复合纤维，或称双组分纤维

超细纤维纤维直径在5μm或0.44dtex以下的纤维。

差别化纤维通过化学改性或物理变形使常规化纤品种有所创新或赋予某些特性的服用化学纤维

高性能纤维具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维

功能纤维

高技术纤维

海岛纤维将一种聚合物分散于另一种聚合物中，在纤维截面中分散相呈“岛”状态，而母体则相当于“海”，从纤维的横截面看是一种成分以微细而分散的状态被另一种成分包围着，好像海中有许多岛屿

智能纤维

全牵伸丝（FDY）

预取向丝（POY）

3.化学纤维质量指标：

线密度（纤度）表示纤维粗细程度的法定计量单位，在我国化学纤维工业中，称“纤度”。

断裂强度常用相对强度表示化学纤维的断裂强度。

即纤维在连续增加负荷的作用下，直至断裂所能承受的最大负荷与纤维的线密度之比

断裂伸长率一般用断裂时的相对伸长率表示，即纤维在拉伸至断裂时的长度比原来长度增加的百分数表示

初始模量弹性模量是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1％时所需的应力

卷曲度将纤维进行化学、物理或机械卷曲变形加工，而赋予纤维一定的卷曲

沸水收缩率将纤维放在沸水中煮沸30min后，其收缩后的长度与原来长度之比

纤维长度短纤维特有的指标，名义长度-设计的切断长度

取向度

结晶度

吸湿性指在标准温湿度（20℃、65％相对湿度）条件下纤维的吸水率

第二章化学纤维成型原理及工艺

4.熔融纺丝、湿法纺丝、干法纺丝的主要流程；

熔纺：

分直接纺丝法和切片纺丝法，包括以下步骤：

①制备纺丝熔体（将成纤高聚物切片熔融或由连续聚合制得熔体）；②熔体通过喷丝孔挤出形成熔体细流;③熔体细流冷却固化形成初生纤维;④初生纤维上油和卷绕。

湿法：

纺丝原液经混合过滤和脱泡送至纺丝机，通过计量泵计量，然后经烛形滤器、连接管而进入喷丝头（帽）。

从喷丝孔眼中压出的原液细流进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，凝固剂向细流渗透，从而使原液细流达到临界浓度，在凝固浴中析出而形成纤维。

干法：

与湿纺不同的是，干纺时从喷丝头毛细孔中压出的纺丝液细流不是进入凝固浴，而是进入纺丝甬道中。

通过甬道中热空气流的作用,使原液细流中的溶剂快速挥发,挥发出来的溶剂蒸汽被热空气流带走。

原液在逐渐脱去溶剂的同时发生固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而形成初生纤维

5.对于给定聚合物如何选择合适的纺丝方法？

选择的依据是什么？

根据聚合物的热性能决定改聚合物是否采用熔法纺丝和溶液纺丝：

所有能进行熔融而在黏流态下不显著分解的成纤高聚物都能采用熔体纺丝法进行生产，一般要求在150度下形状稳定不变。

该法适用于能熔化、易流动、不易分解的高聚物。

分解温度大于熔点30℃以上、分解温度与熔点接近在熔融的同时分解，不能用熔融纺丝,若聚合物能够被一定的溶剂。

溶解或者采用溶液聚合方法得到的高聚物可以采用溶液纺丝。

凡高聚物的熔点高于其分解温度或无熔点，多采用将高聚物溶解成流动的液体（纺丝溶液）进行纺丝。

2：

根据聚合物的溶解情况，是否选用湿法或干法纺丝。

湿法适用于不耐热、不易熔化但能溶于某一种溶剂中的高聚物。

干法纺丝要求采用易挥发的溶剂溶解高聚物。

3.化学纤维成型的基本步骤

化学纤维生产的四个步骤：

原料制备、纺丝流体的制备、纺丝成型、后加工

4.化学纤维成型过程中聚合物的变化

几何形态变化，d0-dx

物理形态变化，宏观状态参数，微观状态参数

化学结构变化

5.化学纤维成型的基本规律；

稳态流动和连续性

纺丝过程的单轴拉伸

纺丝过程中状态参数连续变化的非平衡态动力学过程

纺丝过程中动力学相关联的单元过程

6.可纺性的概念及理论（内聚断裂理论和毛细断裂理论）

7.挤出细流的类型，哪种适合纺丝？

如何避免无法正常纺丝的细流？

液滴型、慢流型、胀大型和破裂型。

 胀大型是高聚物熔体纺丝的正常现象

液滴型出现的条件首先与纺丝液体的性质有关。

液体表面张力越大，则细流缩小其表面积为液滴的倾向也越大。

此外，粘度的下降也促使液滴的生成。

漫流型虽已形成连续细流，但纺丝流体在流出喷丝孔后，迅速沿喷丝板表面漫流。

这种细流很不稳定，纺丝往往因而中断；为避免漫流型细流的出现，应设法提高或降低界面张张力。

8.熔融纺丝的特点及对原料的基本要求

特点是卷绕速度高、不需要溶剂和沉淀剂，设备简单，工艺流程短熔点低于分解温度、可熔融形成热稳定熔体的成纤聚合物，都可采用这一方法成型。

9.熔纺干燥的目的

切片中含有水分（即使是微量的）会对纤维质量带来不利的影响:

1）使高聚物在高温下易发生热裂解、热氧化裂解和水解等反应，分子量显著下降而大大降低所得纤维的质量。

（2）熔体中的水分汽化逸出，会造成纺丝断头率增加，严重时甚至使纺丝无法进行。

因此，必须将切片仔细干燥以除去水分。

10.熔纺过程中的基本计算：

（1）在给定的条件（如泵供量、喷丝孔截面积、卷绕速度等参数）下，计算喷丝速度、拉伸比，纤维线密度等；

（2）在给定的条件（如成品纤维线密度、熔体密度、卷绕速度等）下，计算各段速度、拉伸倍数、泵供量和泵转速等。

11.熔融纺丝线受力分析

Fext（x）:

在x处纺丝线上受到的卷绕张力

Fg（x）:

重力场对纺丝线的作用力

Fi（x）:

使纺丝线作轴向加速运动所需克服的惯性力，

Fs（x）:

纺丝线在纺程中需克服的表面张力

Ff（x）:

空气对运动着的纺丝线表面所产生的摩擦阻力

Fr（0）:

熔体细流在喷丝孔出口处作轴向拉伸流动时所克服的流变阻力

12.纤维的多层次结构及其表征方法

（1）成纤聚合物的链结构：

单个分子的结构和形态。

包括成纤聚合物的组成、

构型,以及分子量和分布、支化或交联等链空间不规则

性

（2）成纤高聚物的聚集态结构：

成纤聚合物分子链聚集成一定规则排列的高分子聚集体结构。

包括晶态结构、

非晶态结构、取向态结构、液晶态结构和织态结构

（3）纤维的形态结构：

包括微观形态结构和宏观形态结构.微观形态结构指微孔的形状、大小和分布等,宏观形态结构包括横截面形状、空隙大以及皮芯结构

13.熔融纺丝过程的取向机理及取向的影响因素

1.熔体流动取向机理；

2.固化纤维的形变取向机理

因素：

①聚合物分子量②卷绕速度③熔体泵供量（细度不变）④纤维细度（泵供量不变）⑤环境介质温度的影响⑥熔体温度的影响

14.取向结晶的概念及其特点

由于分子取向而产生的结晶

特点：

结晶聚合物的形态随分子取向程度不同而变化-折叠链结构到伸直链结构的转变；结晶温度和结晶速率升高；结晶机理可能完全不同。

15.湿法纺丝溶剂选择的要求

1、溶剂必须使浓溶液在加工时具有良好的流变性能

2、沸点不应太低或过高

3、溶剂需具备足够的热稳定性和化学稳定性

4、绿色环保5、对聚合物稳定

17.湿法纺丝成型过程中的双扩散及其影响因素

Js=-Ds*dCs/dx…溶剂的传质通量（g/cm2.s）

Jn=-Dn*dCn/dx…凝固剂的传质通量（g/cm2.s）

温度：

T↑,Di（Ds、DN）↑.

原液浓度↑，Di（Ds、DN）↓

纤维半径的影响一般有：

R↑，Di↑,

凝固剂分子量↑，DN↓

（一般而言）纺速的影响,以粘胶生产为例：

VL↑,扩散速率↑

添加剂的影响,以粘胶生产为例：

使用聚氯乙烯衍生物后，扩散速率↓

纺程的影响一般有：

沿纺程x↑,Di↓

18.湿法成型过程中P-S-N三元相图分析

在①区是不能纺制成纤维的。

在②、③和④区的原液细流能够固化。

从纤维结构的均匀性和机械性能看:

以④区成形的纤维最为优良

通常的湿法纺丝以③区为多。

湿法成形中，初生纤维的结构不仅取决于平均组成，而且取决于达到这个组成的途径。

相分离法中，浓缩凝固形成的结构比稀释凝固形成的结构较为均匀。

19.影响湿法纺丝横截面形状的因素

a.传质通量比（Js/JN）

b.固化表面层硬度

c.喷丝孔形状

20．湿法纺丝纤维皮芯结构形成的原因及结构性能差别

原因：

湿纺初生纤维形态结构的沿径向有差异

差别：

①皮层的结构特征

微晶和无定形区尺寸小,结构比较紧密均一

取向度高

②皮层的性能特征：

在水中的膨润度较低

吸湿性较高

密度较低

对某些物质的可及性较低，对染料的吸收值较低，但染色牢度较高；

力学性能较好

21.湿法纺丝纤维的空隙及其形成机理

由于成形过程中发生溶剂和凝固剂双扩散和纺丝溶液发生相分离，湿纺初生纤维的结构为由空隙分隔、相互连接的聚合物冻胶网络。

机理：

整个凝固过程受豫迟双扩散的控制，初生纤维便会形成一个没有核孔而且非常致密的结构

当纺丝溶液中聚合物浓度低于临界浓度时，首先在细流表面出现皮层，然后通过双扩散，纺丝液体积发生变化，内部进行凝固。

由于皮层较硬，聚合物粒子的合并使内部体系收缩时，皮层不能按比例发生形变，内部形成空隙

22.湿法纺丝取向和结晶的特点

轴向取向作用：

与熔纺相比取向度小得多

取向单元大分子微晶

取向区域主要在皮层

取向机理大多为拉伸形变取向

结晶结构的形成受聚合物体系刚柔性等因素影响

各向异性液成型时：

较快形成规整结构→结晶结构

刚性链聚合物的各向同性液成型时：

形成各向异性状态→规整结构→缓慢形成结晶结构

柔性链聚合物的各向同性液成型时：

形成无定形相或部分规整的结构→较快形成结晶结构

23.冻胶纺丝、干湿法纺丝、液晶纺丝、乳液纺丝概念及代表性产品。

冻胶纺丝：

冻胶纺丝也称凝胶纺丝，是一种通过冻胶态中间物质制得高强度纤维的新型纺丝方法。

液晶纺丝：

将具有各向异性的液晶溶液（或熔体）经干-湿法纺丝、湿法纺丝、干法纺丝或熔体纺丝纺制纤维的方法

24.热拉伸的目的、作用及纤维结构性能的变化

促进分子链段运动，降低拉伸应力，有利拉伸

25.热定型的目的、作用及纤维结构性能的变化

热定型的主要目的是提高纤维的尺寸稳定性；进一步改善纤维的机械性能和染色性能以及纺织加工性能。

热定型温度越高，纤维超分子结构的舒解、重建和加强的程度就越显著，大分子的解取向也随之加剧，纤维的钩强、钩伸提高，沸水收缩率降低，同时初始模量和干强下降，线密度增大。

第三章高性能纤维

26.高性能纤维的概念及主要产品

通常是指具有高强度、高模量、耐高温、耐环境、耐摩擦、耐化学药品等所谓高物性纤维。

主要产品：

①耐腐蚀纤维：

有聚四氟乙烯纤维（TeflonTFE）、四氟乙烯-六氟丙烯共聚纤维、聚偏氟氯乙烯纤维、乙烯-三氟氯乙烯共聚纤维等。

②耐高温纤维：

有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、聚苯并咪唑纤维（PBI）等。

③抗燃纤维:

有酚醛纤维、芳香族聚酰胺表面化学处理纤维、金属螯合纤维、聚丙烯腈预氧化纤维等。

④高强度高模量纤维：

有聚苯二甲酰对苯二胺纤维（Kevlar）、芳香族聚酰胺共聚纤维、杂环族聚酰胺纤维、碳纤维、超高分子量PE纤维、高强高模PVA纤维等。

⑤功能纤维:

有中空纤维半透膜、活性碳纤维等、超细纤维、吸油纤维毡、光导纤维、导电纤维等。

⑥弹性体纤维：

有聚酯型和聚醚型聚氨基甲酸酯纤维、聚丙烯酸酯类纤维、聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维（PBT）等

27、高性能纤维结构与性能的关系

高性能纤维的结构特点

（1）构成主链的键能大；

（2）大分子构象线性化，具有伸直链结构；

（3）大分子横截面积小；

（4）链缠结程度小；

（5）分子链中分子末端数少。

第四章人造纤维

28、人造纤维的概念

人造纤维是用某些线型天然高分子化合物或其衍生物做原料，直接溶解于溶剂或制备成衍生物后溶解于溶剂生成纺织溶液，之后再经纺丝加工制得的多种化学纤维的统称。

29、粘胶纤维的生产过程及主要工序的目的和作用；

粘胶纤维的生产过程

（1）粘胶的制备；

（2）纺前准备；

（3）纤维成形；

（4）纤维的后处理

30、粘胶纤维的凝固浴组成及作用

凝固浴是由硫酸、硫酸钠、硫酸锌按一定比例组成的混合溶液。

1．硫酸

使纤维素黄酸钠分解，再生出纤维素和CS2；

中和粘胶中的NaOH，使粘胶凝固；

使黄化时产生的副产物分解。

硫酸的浓度除与生产纤维品种、熟成度、粘胶的组成、纺丝速度以及喷丝头大小等有关。

2．硫酸钠

抑制硫酸的离解，从而延缓纤维素黄酸钠的再生速度。

促使粘胶脱水而凝固

3.硫酸锌

改进纤维的成形效果，使纤维具有较高的韧性和较优良的耐疲劳性能。

能与纤维素黄酸钠作用生成稳定的中间产物纤维素黄酸锌。

这种中间产物的分解速度比纤维素黄酸钠慢得多，有利拉伸，从而得到强度较高的纤维。

纤维素黄酸锌具有交联结构，能形成结晶中心，生成均匀而细小的结晶，避免大块结晶体的形成，从而使纤维结构均匀，强度、延伸度和钩接强度都可得到适当提高。

其他

31、各类纤维基本知识