高分子材料成形原理习题及答案

计算题
1.PA-66原纤维支数为4500支，在不断增加负荷的作用下，当负荷为8克时，纤
维被拉断。

试求：a)旦数D b)特数Tex c)绝对强力P d)相对强度PDPT e)断裂长度LP f)强度极限σ（ρ=1.14）
2.某腈纶厂生产的产品经测量其含湿率为2.5%。

3.a)试折合为回潮率为多少？
4.b)若知回潮率为2%，那么该纤维的每1000公斤的标准重量是多少？
5.已知某纤维厂生产PET长丝，规格为128支/3L根，试求a)该长丝的旦数，50
米卷重
6.（1）单根纤维的旦数
7.（2）单根纤维的断面直径是多少？（PET：ρ=1.38）
8.PET的纺丝温度为286℃，计量泵规格为0.6cm3/r，转速为15r/min，喷丝板孔径
为0.3mm，孔数为20孔，孔长为0.5mm，已知η0＝210Pa.s，试求流经每孔的yw和压力降Δp。

若为非牛顿流体，非牛顿指数n＝0.78，η＝140 Pa.s时，其yw 和Δp又为多少？
9.聚丙烯腈的硫氰酸钠浓水溶液，已知其20℃时的零切粘度为40Pa.S，非牛顿指
数为0.43，临界剪切速率为150S－1，粘流活化能为38KJ/mol，问：
10.（1）20℃时，把剪切速率提高到3×104S-1，其表观粘度为多少？
11.（2）把该溶液提高到60℃时其零切粘度为多少？
12.涤纶纺丝工艺中所用工艺参数为：纺丝温度280℃，吹风温度30℃，纺丝线上固
化点温度80℃,熔体密度ρ=1.20×10-3g/cm3 ,熔体比热容容1.88kJ/kg℃，卷绕丝密度1.38 g/cm3，空气导热系数2.6×10-4J/cm.s.℃,泵供量365g/min，空气运动粘度
1.6×10-5m2/s,卷绕速度1000m/min，喷丝板规格Ø0.25mm×400孔，L/D=2，求：
（1）纺丝线固化点前的平均直径；（2）纺丝线固化点前的平均速度；（3）纺丝线固化点前的平均给热系数；（4）固化时间。

13.PA6熔体纺丝条件为：熔体密度1.0 g/cm3,卷绕高度4.5m，泵供量2.4 cm3/min，
喷丝板孔径d0=0.076cm，空气粘度和密度分别为：19.2×10-6Pa.s，和1.2×10-3g/cm3，Cf=0.37Re-0.01,表面张力λ为5.0×10-4N/cm2,在两种纺丝速度（100m/min，
1000m/min）下的卷绕张力FL分别为4.0×10-3N和1.0×10-2N，沿纺程丝条直径变化如下表所示：
x(cm) 10 20 30 40 50 60 70
纺速100m/min 0.044 0.030 0.024 0.020 0.018 0.017 0.016 d(x)(cm)
纺速1000m/min 0.036 0.024 0.015 0.012 0.010 0.008 0.007
14.试求丝条在两种纺速下的重力，惯性力，流变阻力，空气摩擦阻力和表面张力。

当纺速进一步提高时，这些力的变化趋势如何？
简答题
1.比较熔融纺丝、湿法纺丝和干法纺丝的异同点。

2.列举六种可观察到聚合物流体弹性的现象。

3.用聚合物、溶剂、凝固剂三元相图说明湿纺、干纺和冻胶纺的相分离过程。

4.在橡胶的塑炼过程中，机械力、氧和温度是如何影响塑炼效果的？
5.胶接理论主要有哪几种，胶接接头的强度主要取决于哪几种界面结合力？
6.影响的ηo因素有哪些？
7.简述湿纺中形成皮芯结构的机理。

8.硫化过程中对硫化速度及硫化胶网络结构形成起决定作用的主要反应，可分为哪
四个主要反应阶段？
9.试述影响聚合物熔体剪切粘度的因素。

10.以SBS为例，说明热塑性弹性体为什么既具有橡胶状弹性又具有塑化成型性？
11.从热力学角度出发讨论高聚物结构变化对熔点的影响。

12.聚合物的取向结晶有何特点？
13.PA6和PET长丝拉伸方法有何不同？为什么？
14.PET纤维在拉伸过程中其结晶和取向结构有何变化？
15.硫化过程中对硫化速度及硫化胶网络结构形成起决定作用的主要反应，可分为哪
四个主要反应阶段？
16.试述影响聚合物流体剪切粘度的因素。

17.试述影响湿纺初生纤维横截面的因素，并结合纺丝工艺条件加以讨论。

18.阐明引起溶纺（或干纺或湿纺）非稳态纺丝的原因，并举例讨论其影响因素。

19.简述影响溶解度的结构因素。

20.工业生产中应如何选择溶剂？
21.如何表征聚合物流体的弹性？
22.试述纺丝过程的基本规律。

23.试述取向结晶有何特点。

24.连续拉伸可分为哪三个区，各个区之间丝条或丝束的运动速度和张力有何不同？
25.熔融纺丝所得到的初生纤维，其结构对拉伸性能有何影响？
26.PET纤维在拉伸过程中其结晶和取向结构有何变化？
27.热定型过程中纤维结构和性能发生了哪些变化？
28.为什么硅橡胶的耐低温性能特别好？
29.塑炼过程中氧气和温度对塑炼效果有何影响？
30.硫化过程中对硫化速度及硫化胶网络结构形成起决定作用的主要反应，可分为哪
四个主要反应阶段？
31.胶接理论主要有哪几种，胶接接头的强度主要取决于哪几种界面结合力？
32.在涂料的生产过程中，颜料粒子是如何稳定分散在涂料中的？
33.熔纺纺程上的温度分布方程是在什么条件下导出的？
34.试述动力学结晶能力G的物理意义，并解释K-T曲线上出现极大值的原因。

35.熔融纺丝过程有哪些几类参数及其主要内容
36.纺丝线上拉伸应变速率为什么会变化及如何变化？
37.何谓稳态纺丝及非稳态纺丝？哪些因素影响初生纤维的线密度的不均一性？
38.熔纺纺程α的控制因素（丝条运动速度和吹风速度）是怎样变化的，它有什么实
际意义？
39.纺程上Ⅰ区，Ⅱ区，Ⅲa,Ⅲb,以及Ⅳ区的特点如何？
40.进行拉伸的方式有那几种？各适用于何种纤维？
41.何为细颈拉伸、冷拉伸、均匀拉伸？无定型聚合物、结晶聚合物、冻胶初生纤维
在拉伸行为上有何不同？
42.拉伸条件对拉伸曲线有何影响？试归纳其变化规律。

43.影响熔纺初生纤维拉伸应力的因素有哪些？通常采取哪些措施提高其拉伸倍数，
从而使拉伸均匀？
44.影响拉伸工艺稳定性的因素有哪些？
45.试述拉伸过程涉及三种形变机理，它们之间的关系如何？
46.为什么非晶取向因素是决定纤维强伸的主要因素？
47.试用蠕变方程解释纤维在拉伸中的形变机理。

48.影响松弛时间的因素有哪些？它们如何影响高弹形变的发展？
49.叙述分子网络理论的基本模型，Nc、Ns、η、α在分子网络理论中的含义。

50.热定型所需时间、温度受哪些因素影响？
51.选择定型温度一般要考虑哪些因素？为什么热定型温度一定要高于Tg?
52.何谓经验“转变温度”？它在热定型工艺中有何意义？
53.如何控制工艺条件制备高收缩纤维？
名词解释
1.化学纤维
2.人造纤维
3.合成纤维
4.再生纤维
5.复合纤维
6.异形纤维
7.丝束
8.差别化纤维
9.高性能纤维
10.功能纤维
11.智能材料
12.液晶
13.冻胶纺丝
14.静电纺丝
15.线密度
16.初始模量
17.湿模量
18.断裂功
19.拉伸强度
20.断裂功
21.断裂比功
22.耐磨性
23.零切粘度
24.非牛顿流动指数
25.结构粘度指数
26.剪切粘度
27.拉伸粘度
28.纺丝线
29.纺程
30.冷却长度
31.稳态纺丝
32.双扩散
33.双节线
34.旋节线
35.稀释凝固
36.浓缩凝固
37.等固凝固
38.拉伸点
39.超拉伸现象
40.细颈拉伸、冷拉伸和均匀拉伸
41.a型拉伸
42.b拉伸
43.c型拉伸
44.d型拉伸
45.暂定
46.永定
47.塑料的挤出成型、注塑成型
48.工程塑料
49.热固性塑料
50.热塑性塑料
51.熔融指数
52.可塑度
53.压缩强度
54.弯曲强度
55.有效弹性
56.冲击强度
57.塑炼
58.混炼
59.热塑性弹性体
60.压延和压型
61.剪切强度
62.蠕变
63.门尼烧焦
64.正硫化时间
65.门尼烧焦
66.门尼粘度
67.脆化温度
68.拉伸耐寒系数
69.吸湿性和吸水性
70.混合
71.分散混合
判断题
1.共混体系具有”互锁”形态时,其粘度随着共混比增大而通过一个极小值.
2.纺丝细流的毛细断裂机理是基于强度理论。

3.一般熔纺实验数据表明，卷绕丝的取向度主要是拉伸流动取向的贡献。

4.湿法纺丝采用零拉伸时，其纺丝线上的膨化区消失。

5.定张力热定型的实质是在纤维长度不变的情况下，让高弹形变转化成塑性变形。

6.
7.一次成型是利用塑料的塑性变形而成型，二次成型是利用塑料的推迟变形而成
型，即是在塑料处于弹性状态条件下进行的。

8.注塑机的螺杆形式和结构与挤出机的螺杆完全相同。

9.天然橡胶的化学结构是顺式聚异戊二烯。

10.压延效应就是压延后的胶片容易出现一种纵横方向物理机械性能的差异，即在纵
方向的抗张强度小、伸长率大、收缩率小，而在横方向的抗张强度大、伸长率小、收缩率大。

产生这种现象的原因，主要是橡胶分子链及针状或片状的填料粒子，经压延后产生取向排列的结果。

11.在lgs12—lg的关系曲线上，非牛顿区的斜率即为非牛顿指数。

12.胀大型细流属于正常的纺丝细流,因此提高细流的膨化比有利于成型的稳定。

13.横吹风比纵吹风的冷却效果好,因此实际生产中纺丝线上的冷却过程是受横吹风
速度Vy控制的。

14.体系的相分离机理决定了湿纺初生纤维的结构。

一般按旋节分离机理形成的初生
纤维结构较为疏松。

15.在拉伸过程中，纤维非晶区的取向因数小于晶区的取向因数。

16.在单螺杆挤出机中，物料的输送是依靠物料与机筒的摩擦力,而双螺杆挤出机则
为“正向输送”，有强制将物料向前输送的作用。

17.二次成型只适用于Tg或Tm比室温低得多的热塑性聚合物。

18.天然橡胶的化学结构是反式聚异戊二烯。

19.胶料在压出过程中，当它流过口型时同时经历着粘性流动和弹性回复两个过程，
使压出物呈现膨胀现象。

其压出膨胀量主要取决于胶料流动时可回复变形量和松弛时间的长短。

如果松弛时间短，就表现出较大的压出膨胀量。

如果松弛时间长，压出膨胀量小。

20.丁苯橡胶属于特种合成橡胶的范畴。

21.具有特殊横截面的纤维一般称为异形纤维。

22.干法纺丝线上，在喷丝孔出口处，除去溶剂的机理以纺丝线内部的扩散为主。

23.在拉伸过程中，纤维非晶区的取向因数小于晶区的取向因数。

讨论题
1.试述影响聚合物流体拉伸粘度的因素。

2.根据能量方程式（式中为对于时间的实质
微分符号；div是一个算符，代表的运算是矢量微分算符与另一矢量的标积；是
密度；T为温度；Cv是恒定条件下的比热容；J是热通量；U是内能；P：表
示流动过程中的能量损失），试确定熔体纺丝线上稳态轴向温度分布的方程式，并据此说明对于纺制超细纤维时熔体纺丝线上的冷却长度Lk 较短的原因。

3.试述影响溶液纺初生纤维横截面形状的因素。

4.按照Brodkey的混合理论，试分析混合涉及的三种基本扩散形式在高分子材料添
加改性中的作用。

5.某厂在试制新纤维品种过程中，因原液细流呈漫流型而不能正常纺丝。

请在不改
变聚合物种类、溶液浓度及喷丝板的条件下，设计三种能使纺丝能正常进行的方案，并说明理由。

6.试根据熔纺过程中丝条在离开喷丝头距离x处的力平衡方程式，对作用于纺丝线
上的诸力逐项进行分析并指出其作用。

7.试述根据拉伸应变速率不同而将整个熔体纺丝线分成的三个区域中速度和轴向
速度梯度分布的特征及其对初生纤维结构的影响。

8.试述干法纺丝的运动学和动力学的主要特征，并与熔纺和湿纺丝进行比较。

9.试述塑料在挤出机中压缩段由固体转变为熔体的过程和机理。

10.试述湿纺纺丝线上的轴向力平衡与熔纺的差别。

11.根据传质机理和纤维内溶剂含量和温度的变化，可以把整个干法纺丝成形过程分
成三个区域，试分析三个区域进行的传热和传质的特点。

12.试述塑料在挤出机中压缩段固体试述变为熔体的过程和机理。

13.试述描述熔体纺丝线上取向使结晶速率增加的原因。

14.试用Fick扩散第一定律描述湿法成形过程中溶剂及凝固剂的双扩散问题。

为什
么说这种描述过于简化？
15.试述影响拉幅薄膜成型过程的因素。

16.试述流体静压对聚合物流体剪切粘度的影响。

17.试述湿纺初生纤维中形成空隙的机理及其影响因素。

18.试述简述影响橡胶挤出操作的因素。

19.试述聚合物分子结构对剪切粘度的影响。

20.试述当聚合物在纺程上结晶时聚合体的取向度（△n）沿纺程的分布特点及其原
因。

21.试述湿纺初生纤维中形成空隙的机理及影响因素。

22.试述橡胶配方设计的程序、方法及在绝缘和导电橡胶产品中对于橡胶和配合剂的
要求。

23.试述根据拉伸应变速率不同而将整个熔体纺丝线分成的三个区域中速度和轴向
速度梯度分布的特征及其对初生纤维结构的影响。

24.试根据下面的三元相图，讨论四个区中聚合物溶液的固化可能性及凝固机理及其
对初生纤维结构的影响。

图1 P-S-N三元体系相平衡图
25.写出纺丝线上轴向力平衡方程式，并分析它们在熔纺和湿纺中的异同点。

26.试讨论影响塑料模压成型的主要因素。

27.试述耐气透橡胶的配方设计原则。

28.试述聚合物流体的表观粘度与剪切速率的关系。

29.试述PET超高速纺丝（VL=6000m/min）中双折射沿纺程的分布特点并解释其原
因。

30.试述湿法成形中纤维横截面出现皮层与芯层差异的原因及皮层的特点。

31.注射成型中如何确立模温？
32.试述碳黑对橡胶补强的机理。

33.试述影响拉幅薄膜成型过程的因素。

34.表征纺丝流体的弹性有哪些物理参数？试讨论影响弹性的因素？
35.试导出纺丝线上稳态轴向平均温度T(X)的解析式，并据此求纺丝线上的固化长
度Lk和讨论影响Lk的因素。

36.某厂在试制新纤维品种过程中，因原液细流呈漫流型而不能正常纺丝。

请在不改
变聚合物种类、溶液浓度及喷丝板的条件下，设计三种能使纺丝能正常进行的方案，并说明理由。

37.试讨论影响卷绕丝△n及结晶度的主要因素。

38.纺丝过程中的取向机理有哪些？如何理解流动取向和形变取向实际上是同样过
程的两种特殊情况？对于熔纺何种取向的作用较大？
39.初生纤维的拉伸曲线分几种类型？其特征如何？熔纺、湿纺纤维一般属于何种类
型？哪种曲线对生产有利，采取哪种措施使生产顺利进行？
40.试述干—湿法纺丝能有效地提高喷丝头拉伸的原因，并列举它在化纤新产品开发
中的应用。

41.初生纤维结构对拉伸曲线有何影响？什么样的结构有利于初生纤维的顺利拉
伸？
42.高聚物的高弹形变与哪些因素有关？怎样才能使高弹形变顺利发展，从而发展塑
性形变？试述实际生产中采取的措施。

43.紧张热定型与松弛热定型对纤维的结构以及性能的影响有何不同？为何工业生
产时纤维在紧张热定型后常要进行松弛热定型？
44.什么是拉伸点？拉伸点的移动对拉伸过程和纤维质量有何影响？有几种方法可
以调节拉伸点的移动？工业生产中一般采用什么措施？
45.拉伸中纤维结构产生了什么变化？对纤维性能产生什么影响？
46.从流变学角度怎样看松弛、定长、紧张定型过程中内应力松弛机理？影响应力松
弛时间的因素有哪些？
47.热定型过程中，纤维的结构变化趋势如何？对纤维性能产生什么影响？
48.何谓聚合物的多重转变？试述它与热定型的关系，并根据纤维的内耗－温度谱对
常见合成纤维的热定型效果做出判断。