高分子材料加工工藝學I復習題及答案

1、高分子材料加工工藝學復習題1、合成PET的原料（單體）是什么？寫出直接酯化法合成聚對苯二甲酸乙二酯的主要化學反應式。P11,P13分子式自寫答：（1）單體：對苯二甲酸雙羥乙二酯（BHET）（2）直接酯化法即將對苯二甲酸（TPA）與乙二醇（EG）直接進行酯化反應，一步制得BHET。BHET縮聚脫除EG生成PET。反應式：2、聚酯切片干燥的目的是什么？其干燥機理是什么？ P20 P2021答：（1）目的 1）除去水分。在紡絲溫度下，切片中的水分存在使PET大分子的酯鍵水解，聚合度下降，紡絲困難、質(zhì)量降低；少量水分汽化造成紡絲斷頭。2）提高切片含水的均勻性，以保證纖維質(zhì)量均勻。3）提高結晶度及軟化點

2、，防止環(huán)結阻料。（2）機理1）切片中的水分：PET大分子缺少親水性基團，吸濕能力差，通常濕切片含水率0.5%，其水分分為兩部分：一部分是沾附在切片上表面的非結合水，另一部分是與PET大分子上的羰基及極少數(shù)的端羥基等以氫鍵結合的結合水。 2）切片的干燥曲線：切片干燥包括兩個基本過程：加熱介質(zhì)傳熱給切片，使水分吸熱并從切片表面蒸發(fā)，水分從切片內(nèi)部遷移至切片表面，再進入干燥介質(zhì)中。這兩個過程同時進行，因此切片的干燥實質(zhì)是一個同時進行傳質(zhì)和傳熱的過程，并伴隨高聚物的結晶度和軟化點變化。干燥曲線可知：切片的含水率隨干燥時間延長而逐步降低到平衡。干燥速度與T、t有關，T升高，V升高，140時最快。后期曲線

3、平緩 3）切片干燥過程的結晶：由于PET分子鏈的結構具有高度立構規(guī)整性，所有的芳環(huán)幾乎處于同一平面上，因而具有緊密堆積的能力與結晶傾向。結晶對切片干燥速度有很大影響。通常情況下，結晶會使干燥速率迅速大幅度下降。3、螺桿擠壓機按幾何分段可分哪三段？各段的作用是什么？P26、原理P262理解名詞術語：螺桿的長徑比、壓縮比 P2627答：（1）三段：進料段、壓縮段和計量（均化）段。（2）作用：進料段：對物料進行輸送和預熱，使物料受壓、受熱前移；壓縮段：壓實物料、使物料熔融，排除物料中的空氣；計量段：使熔體進一步塑化均勻，并將料流定量、定壓地送入機頭，使其在口模中成型。（3）螺桿的長徑比（L/D）：指

4、螺桿工作長度（不包括魚雷頭及附件）與外徑之比。物料在這個長度上被輸送、壓縮和加熱熔化。（4）螺桿的壓縮比：螺桿的壓縮作用以壓縮比i表示。而螺桿壓縮比是指螺桿的加料段一個螺槽的容積與均化段（計量段）一個螺槽容積的比值。熔體紡絲用螺桿常用壓縮比為33.5。4、熔體紡絲機一般由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？按紡絲速度的高低，聚酯紡絲技術路線可分成哪四個類型？P25答：（1）熔體紡絲機：螺桿擠壓機：由螺桿、套筒、傳動部分、加料斗加熱和冷卻裝置構成。是紡絲機的主要部件。對物料起到輸送、壓實融化、混勻和塑化并定量輸出的作用。紡絲箱：箱體內(nèi)裝有至各部位的熔體分配管，計量泵和紡絲頭組件安置的保溫座以及電熱

5、棒等。作用是保持由擠壓機送至箱體的熔體經(jīng)各部件到每個紡絲位都有相同的溫度和壓力降，保證熔體均勻的分配到每個紡絲部位上。紡絲組件：是噴絲板、熔體分配板、熔體過濾材料及組裝套的結合件。作用一是過濾熔體，去除熔體中可能夾帶的機械雜質(zhì)和凝膠粒子，防止堵塞噴絲孔眼，延長噴絲板的使用周期；二是使熔體能充分混合，防止熔體發(fā)生粘度的差異；三是把熔體均勻地分配到噴絲板的每一小孔中去形成熔體細流。計量泵與噴絲板：計量泵的作用是精確計量、連續(xù)輸送成纖高聚物熔體或溶液，并與噴死頭組件結合產(chǎn)生預定的壓力，保證紡絲流體通過過濾層到達噴絲板，以精確的流量從噴絲孔噴出。噴絲板的作用是將高聚物熔體或溶液通過微孔轉變成具有特定截

6、面的細流，經(jīng)風冷卻或凝固浴固化而形成絲條。（2） 技術路線：常規(guī)紡絲：紡絲速度10001500m/min，其卷繞絲為未拉伸絲，通稱UDY。中速紡絲：紡絲速度15003000m/min，其卷繞絲具中等取向度，為中取向絲，通稱MOY。高速紡絲：紡絲速度30006000 m/min，紡絲速度4000 m/min以下的卷繞絲具有較高的取向度，為預取向絲，通稱POY。若在紡絲過程中引入拉伸作用，可獲得具有高取向度和中等結晶度的卷繞絲，為全拉伸絲，通稱FDY。超高速紡絲：紡絲速度60008000 m/min。卷繞絲具有高取向度和中等結晶結構，為全取向絲，通稱FOY。5、何謂纖維的假捻變形？摩擦假捻變形機生

7、產(chǎn)變形紗的機理是什么？PET-DTY彈性機理是什么？ P49答：（1）假捻變形：利用纖維的熱塑性，通過假捻器使纖維加捻，熱定型和解捻，從而使纖維具有高度卷曲蓬松的形狀。（2）摩擦假捻變形機生產(chǎn)變形紗的機理：當固定絲的一端，使另一端旋轉時，則可實現(xiàn)絲條的加捻加工。若固定絲的兩端，握持住中間加以旋轉，則以握持點為界，在握持點上、下兩端的絲條得到捻向相反而捻數(shù)相等的捻度（n和-n），而在整根絲上的捻度為零，此種狀態(tài)在動力學上稱為假捻。如果絲條以一定速度v運行，則在握持點以前的捻數(shù)為n/v，在握持點以后，以相反捻向（-n/v）移動。因此在握持點以后區(qū)域中的捻數(shù)為零。而摩擦式加捻器的握持方法常用三軸重疊

8、盤，把絲直接壓在數(shù)組圓盤的外表面上。由于圓盤的高速旋轉，借助其摩擦力使絲條加捻。在假捻器上方，絲被加捻；而在假捻器下方，絲被解捻。（3）PET-DTY彈性機理：加捻復絲在解捻時，各根單絲可回到原始狀態(tài)，但它們在加捻時形成的螺旋形結構已經(jīng)由熱處理而定型，并保存下來。然而，由解捻作用對加捻復絲施加反方向扭矩時，會使各單絲產(chǎn)生內(nèi)應力，加捻熱定型后的解捻結果，使長絲紗各單絲呈正反螺旋狀交替排列的空間螺旋彈簧形彎曲狀態(tài)，從而使各復絲直徑增大，蓬松度提高。由于形成的螺旋可被拉直，故變形絲在負荷的作用下有很大的伸長形變。當外力負荷去除時，由于內(nèi)應力作用又使各單絲回復到初始螺旋狀彎曲狀態(tài)。6、試述滌綸網(wǎng)絡絲的

9、加工原理。P52答：網(wǎng)絡絲是指絲條在網(wǎng)絡噴嘴中，經(jīng)噴射氣流作用，單絲互相纏結而呈周期性網(wǎng)絡點的長絲。網(wǎng)絡原理：當合纖長絲在網(wǎng)絡器的絲道中通過時，受到與絲條垂直的噴射氣流橫向撞擊，產(chǎn)生與絲條平行的渦流，使各單絲產(chǎn)生兩個馬鞍形運動和高頻率振動的波浪形往復。合纖長絲首先松開，隨后整根絲條從網(wǎng)絡噴嘴絲道里通過，折向氣流使每根單絲不同程度地被捆扎和加速-絲道中間最大，絲道側壁的則較弱，當速度不同的單絲在絲道內(nèi)相匯合時，便發(fā)生交絡、纏結，產(chǎn)生沿絲條軸線方向上的纏結點。由于不同區(qū)域渦流的流體速度不同，從而形成了周期性的網(wǎng)絡間距和結點。網(wǎng)絡噴嘴有開啟式和封閉式之分，其中包括單孔和復孔。7、己內(nèi)酰胺的水解聚合機

10、理是什么？其切片為什么要進行萃取處理？ P69 P70答：（1）水解聚合機理：整個聚合過程反應過程中同時存在加聚反應和縮聚反應，二者的相對重要性則依賴于各種因素。每一個己內(nèi)酰胺大分子的形成都通過下列三個階段：鏈的引發(fā)、鏈的增長、鏈的終止。主要化學平衡包括：己內(nèi)酰胺的引發(fā)；通過加成聚合和縮聚使鏈結增長；通過酰胺鍵的交換使相對分子質(zhì)量重新分布；單體和低聚物的再生成。（2）萃取目的：萃取等紡前準備，可以除去切片中大部分單體和低聚物，并通過干燥降低切片的含水率，避免聚酰胺熔融時發(fā)生水解，使紡絲得以正常進行。8、為什么聚酰胺6民用絲可用室溫拉伸？而簾子線則用熱拉伸工藝？ P8586答：（1）一般拉伸溫度

11、要求高于玻璃化溫度，并低于軟化溫度。溫度過高時，大分子解取向的速度很快，不能得到穩(wěn)定的取向結構。聚酰胺6纖維的玻璃化溫度約為3550(較低)，熔融溫度約為215220，由于民用絲要求有一定延伸度，柔軟而且有彈性，染色性好，因此拉伸倍數(shù)選擇較低，所以可在室溫下拉伸。（2）由于聚酰胺6簾子線要求斷裂強度高、抗沖擊負荷性能優(yōu)異、耐疲勞強度高以及與橡膠的附著力好等優(yōu)良性能。需采用較高倍數(shù)的拉伸，為了降低拉伸所需的張力，并使拉伸均勻，需采用熱拉伸。9、丙綸紡絲冷卻成型工藝，側吹風溫以偏低為好。為什么？ P110111答：成型過程中的冷卻速度對聚丙烯纖維的質(zhì)量有很大影響，若冷卻較快，紡絲得到的初生纖維是不

12、穩(wěn)定的碟狀結晶結構；若冷卻緩慢，則得到的初生纖維是穩(wěn)定的斜晶體結構。冷卻條件不同，初生纖維的晶區(qū)大小及結晶度也不同。當絲室溫度較低時，成核速度大，晶核數(shù)目多，晶區(qū)尺寸小，結晶度低，有利于后拉伸。實際生產(chǎn)中，絲室溫度以偏低為好。采用側吹風時，絲室溫度可為3540；環(huán)吹風時可為3040，送風溫度為1520，風速為0.30.8m/s10、丙綸短程紡的設備特點是什么？一般適合做什么品種？ P116 P109答：（1）設備特點：冷卻效果好，紡絲細流的冷卻長度較短（0.61.7），沒有紡絲甬道，紡絲絲倉、上油盤以及卷繞機構在一個操作平面上，設配高度大大降低，并相應降低了空調(diào)量和廠房的投資。（2）品種：細旦

13、或衛(wèi)生巾用非織造布，地毯，針刺地氈，產(chǎn)業(yè)用紡織用絲、地毯，產(chǎn)業(yè)用紡織品，高級衛(wèi)生用非織造布，高強絲，過濾織物。11、三元共聚聚丙烯腈纖維中三種單體的作用是什么？P132答：第一單體（丙烯腈88%-95%）：作為基體，是纖維結構的基礎，提高結晶度和強度。第二單體（4%-10%）：降低PAN的結晶性，增加纖維的柔軟性，提高纖維的機械強度、彈性和手感，提高染料向纖維內(nèi)部的擴散速度，在一定程度上改善纖維的染色性。第三單體(0.3%-2%)：引入一定數(shù)量的親染料基團，以增加纖維對染料的親和力，可制得色譜齊全，顏色鮮艷，染色牢度好的纖維，并使纖維不會因熱處理等高溫過程而發(fā)黃。12、腈綸濕法成型初生纖維為何

14、要進行低倍預熱浴拉伸？答：所謂溶劑拉伸是指將剛成型的纖維在一定溫度、一定濃度的NaSCN溶液中進行低倍拉伸。目的：（1）為達到工藝總牽伸創(chuàng)造條件；（2）提高初生纖維的強度；（3）降低絲的直徑，提高水洗的效率。13、腈綸濕法成型初生纖維為何要進行干燥致密化？其機理是什么？致密的條件是什么？ P160答：（1）原因：因為初生纖維經(jīng)拉伸后，超分子結構已經(jīng)基本形成。但是對于濕法紡絲得到的聚丙烯腈纖維而言，由于在凝固浴過程中溶劑和沉淀劑之間的相互擴散，使纖維中存在為數(shù)眾多、大小不等的空間及裂隙結構。由于這種結構的存在，造成纖維的透光率低（失透或泛白），染色均勻性及物理力學性能差。因此，必須通過干燥去除纖

15、維中的水分，使纖維中的微孔閉合，而空洞及裂隙變小或部分消失，使其結構致密，均勻，以制得具有實用價值的高質(zhì)量腈綸。（2）機理：在適當溫度下進行干燥，由于水分逐漸蒸發(fā)并從微孔移出，在微孔中產(chǎn)生一定的負壓，即有毛細管壓力。而且，在適當溫度下，大分子鏈段能比較自由地運動而引起熱收縮，使微孔半徑相應發(fā)生收縮，微孔之間的距離越來越近。導致分子間作用力急劇上升，最后達到微孔的融合。（3）條件：要有適當?shù)臏囟?，使大分子鏈段比較自由地運動；要有在適當溫度下脫除水分時產(chǎn)生的毛細管壓力，才能使空洞壓縮并融合。14、聚醋酸乙烯醇解制備聚乙烯醇的原理是什么？答：15、聚乙烯醇縮醛纖維縮醛化的原理及目的是什么？答：16、

16、合成聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯的原料單體有哪些？聚氨酯彈性的原因是什么？p198-199答：（1）原料：1）二異氰酸酯，一般選用芳香族二異氰酸酯，如二苯基甲烷-4,4-二異氰酸酯（MDI）或2,4-甲苯二異氰酸酯（TDI） 2）二羥基化合物 一般選用相對分子質(zhì)量為800-3000，分子兩個末端基均為羥基的脂肪族聚酯或聚醚。脂肪族聚酯由二元酸和二元醇縮聚制得，如聚己二酸乙二醇酯，脂肪族聚醚用環(huán)氧化合物水解開環(huán)聚合制得，如聚四亞甲基醚二醇。 3）擴鏈劑 大多數(shù)擴鏈劑選用二胺類（由芳香族二胺制備的纖維耐熱性好，脂肪族二胺制備的纖維強力和彈性好），二肼類（耐光性較好，但耐熱性下降）或二元醇。 4）添加

17、劑 一般添加抗老化劑、光穩(wěn)定劑、消光劑、潤滑劑、顏料等添加劑。（2）彈性原因:聚氨酯纖維的分子結構是由分子間作用力較弱的、鏈段長度較長的脂肪族聚醚或聚酯鑲嵌單元（軟段）與分子間作用力較強、鏈段較短的芳香族二異氰酸酯嵌段單元（硬段）組成的線型共聚體。軟段具有足夠高的相對分子質(zhì)量、良好的柔順性和較低的玻璃化溫度，為纖維提供彈性基團。而硬段起著支撐骨架的作用，具有一定的剛性。17、理解英文縮寫：UDY、MOY、POY、FDY、FOY、HOY、TCS、BCF、DT、DTY、ATY等產(chǎn)品的生產(chǎn)方法。 P25/41/48/49/53/85/91答：UDY（undrawn yarn）未拉伸絲：常規(guī)紡絲法MO

18、Y（medium oriented yarn）中取向絲：中速紡絲法POY(pre-oriented yarn) 預取向絲：高速紡絲法FDY(fully drawn yarn) 全拉伸絲：高速紡絲法FOY（fully oriented yarn）全取向絲：超高速紡絲法HOY（high oriented yarn）高取向絲：超高速紡絲法TCS（thermal channel spinning）全拉伸絲：熱管紡絲法 對已完成冷卻定型的絲束進行再加熱，利用受熱絲束的熱塑性和慣性，再較高的紡絲速度下，對絲束進行拉伸和定型。BCF膨體(變形)長絲 采用SDTY法，即紡絲、拉伸和噴氣變形加工一步法連續(xù)生產(chǎn)

19、DT 拉伸加捻絲 在同一設備（DT機）上完成，以拉伸為主并給予少量捻度。DTY假捻變形絲 利用假捻連續(xù)工藝，將拉伸和假捻變形連續(xù)進行，完成對復絲加上高捻度，熱定型和解捻。ATY 空氣變形絲 以POY或FOY為原絲，通過特殊的噴嘴，讓單絲在空氣噴射下彎曲成圈裝結構，環(huán)圈和線圈纏結在一起。形成的環(huán)圈絲部分拉斷后就變成空氣變形絲。18、寫出粘膠纖維從原料漿粕到紡絲成型的工藝流程。答：粘膠纖維的原料和成品,其化學組成都是纖維素纖維,僅是形態(tài)、結構以及物 理機械性質(zhì)發(fā)生了變化。粘膠纖維生產(chǎn)的任務，就是通過化學和機械的方法,將漿粕 中很短的纖維制成各種形態(tài),并具有所要求的品質(zhì),適合各種用途的纖維成品。 各

20、種粘膠纖維,不論采用何種漿粕原料和生產(chǎn)設備，其生產(chǎn)的基本過程都是相 同的，都必須經(jīng)過下列四個過程：:粘膠的制備；粘膠在紡絲前的準備；纖維的成形；纖維的后處理生產(chǎn)粘膠短纖維的主要過程也和這個相同,其中前兩個工序在本廠叫制膠工序, 后兩個叫紡絲工序。（1） 制膠工序：把漿粕制成粘膠，要經(jīng)過兩個化學過程。首先將漿粕與堿液作用，生成堿纖維 素，然后再使堿纖維素與二硫化碳作用，生成纖維素黃酸酯。通過這兩個反應，在不能 直接溶于希堿液中的纖維素分子上，引入極性很強的磺酸基團，從而使它溶解而制得 粘膠。這時粘膠為粗制粘膠，還要經(jīng)過精制過程才能進行紡絲。（2） 紡絲工序：從粘膠變成具有一定品質(zhì)的再生纖維素絲條

21、的過程，是在紡絲機上通過酸性的凝 固浴酸浴完成的，形成的纖維素絲條經(jīng)過牽伸、切斷、精煉等工序得到品質(zhì)符合 要求的絲束，然后經(jīng)過烘干工序賦予其一定的回潮率使之手感穿著更舒適,再經(jīng)過打包工序包裝成具有一定質(zhì)量的纖維包等待出廠。19、何謂纖維素的堿化、老成、黃化？目的各是什么？答：（1）堿化：漿粕在18%左右的燒堿溶液中，纖維素與燒堿作用，生成堿纖維素，同時漿粕膨脹，使?jié){粕中的半纖維素與其他雜質(zhì)溶出，這個過程稱為堿化，也叫浸漬。 作用：纖維素與燒堿作用，生成堿纖維素；使?jié){粕中的半纖維素與其他雜質(zhì)溶出；纖維大分子間的氫鍵受到破壞，使纖維素的反應性能提高；堿化后的纖維素能與CS2作用生成纖維素黃酸酯鈉鹽

22、制取黏膠溶液。（2）老成：粉碎后的堿纖維素在恒定的溫度下保持一定時間，在空氣中氧化降解，聚合度下降至工藝要求，這個過程稱為老成。 作用：使堿纖維素與空氣中的氧發(fā)生作用，纖維素的聚合度從800-1000降到400左右，粘度下降到工藝要求，再經(jīng)黃化制得粘度合格的黏膠，以保證黏膠具有良好的過濾性能和可紡性能。（3） 黃化：堿纖維素在一定條件下與CS2反應，生成纖維素磺酸酯，這一反應過程工藝上稱為黃化。 作用：在纖維素大分子上引入磺酸基團，一方面可增大纖維素大分子間距離，進一步削弱大分子間的作用力（氫鍵），另一方面，由于具有親水性的磺酸基團與溶劑接觸時發(fā)生強烈的溶劑化作用，原來不能溶于常規(guī)堿溶劑中的堿

23、纖維素就成為可溶于水或稀堿中的纖維素磺酸酯。黏膠就是纖維素磺酸酯的稀堿溶液。20、掌握滌綸、錦綸、丙綸、腈綸、氨綸等纖維的典型特性。理解線密度的意義P56 P93 P105 P124 P138 P169 P207答：（1）滌綸：強度高、耐沖擊性好，耐熱，耐腐，耐蛀，耐酸不耐堿，耐光性很好（僅此于腈綸），吸濕性很差，染色困難，織物易洗快干，保形性好。具有“洗可穿”的特點。錦綸：最結實耐磨，密度小，織物輕，彈性好，耐疲勞，化學穩(wěn)定性好，耐堿不耐酸，耐日光差，織物久曬變黃，強度下降。吸濕性差（比腈綸，滌綸好）。耐微生物性好。丙綸：很輕，幾乎不吸濕，良好的芯吸能力，強度高，制成織物尺寸穩(wěn)定，耐磨彈性好，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性差，不耐日曬，易老化脆損，保溫性能好。腈綸：耐日光性和氣候性最好，熱彈性，吸濕差，染色難。較高的熱穩(wěn)定性。相對密度?。ㄊ指泻?，蓬松性）氨綸：線密度小，強度大，延伸性好，彈性最好，有較好的耐光，耐酸，耐堿，耐磨性，易于染色。手