高技术纤维期末试卷

2014年高技术纤维期末试卷

1.简述细旦和超细旦纤维的纺丝方法？

答：（1）直接纺丝法：可纺制0.5-1d的细旦丝。

（2）复合纺丝法：海岛纺丝0.1-0.001d

剥离法最细至0.1d

（3）混合纺丝法：最细至0.0001d

（4）静电纺丝法：最细至几十微米直径

2. 简述UHMWPE溶液在冻胶纺丝—超倍拉伸过程中分子形态的变化。

答：过程中分子形态的变化如下:

超长分子链从初生态堆砌和分子链间及分子链内部缠绕转变成解缠大分子链→初生冻胶纤维→折叠链片晶和分离的微纤运动，片晶叠转化为纤维结构→运动的折叠链片晶开始熔化，分离的微纤逐渐聚集→聚集的微纤分裂，熔化的折叠链片晶解体，在拉伸力的作用下重排成伸直链结晶。

3. 制备PAN基碳纤维的工艺流程主要包括哪些步骤？

答：工艺流程主要包括：聚合、纺丝、预氧化、炭化、表面处理、上浆等工艺环节。

4. 高技术纤维中高性能和功能纤维通常分别指的是哪些纤维？

答：高性能纤维一般具有比普通纤维高很多的强度和模量、有优异的耐高温性能、难燃性及突出的化学稳定性。它是第三代合成纤维。高性能纤维的主要品种有：碳纤维、芳纶、芳砜纶、聚酰亚胺、聚苯硫醚（PPS）、高强涤纶（DSP）、高分子量聚乙烯、和高强聚乙烯醇纤维等。

功能纤维是指具有特种功能的纤维，主要品种是：（1）防护功能纤维（主要有阻燃、防紫外线、抗静电、抗辐射等）；（2）物质分离功能纤维（主要有中空纤维分离膜、离子交换纤维、吸附纤维等）；（3）生物医学功能纤维（主要有甲壳素、中空纤维膜等）；（4）卫生保健功能纤维（主要有抗菌、防臭、消臭、香味、保温蓄热、远红外、负离子、高吸水等）；（5）传导功能纤维（主要有光导纤维、导电纤维、超导纤维等）；（6）智能纤维及其他功能纤维（仿生、超高吸水纤维等）。

5. 异形纤维主要有哪几类?有哪些制法？

答：异形纤维分类：

异形纤维是用异形喷丝孔纺制的非圆形横断面的合成纤维，异形纤维的断面有三角形、五角形、三叶形、多叶形、哑铃形、椭圆形、L形、藕形以及圆中空和异形中空等多种。

制法：

（1）异形喷丝孔法

纺丝液从喷丝板挤出的一刹那，是纤维截面成型的关键。因此，将喷丝孔按所要求的截面进行加工，纺丝液从异形孔中喷出后，逐渐凝固成异形。将喷丝孔加工成与所要求的纤维截面形状相似的纺丝方法。这也是最普通的使用的方法。

（2）膨化粘着法

纺丝液被挤压离开喷丝孔的瞬间，由于压力突然降低，会发生膨化，而此时的纺丝液尚未凝固，因而相邻部分就会粘接，纤维截面随之改变。中空、多孔纤维常用此法加工。目前，这种方法也得到了国际异形纤维生产厂家的广泛的应用。（3）复合纤维分离法

将两种或两种以上的成纤高聚物制成可分离型复合纤维以后，在后加工过程中通过机械剥离各组分或者用溶剂溶掉某组分而获得异形纤维的方法。

（4）轧制法

类似冶金工业中的轧钢。纺丝熔体经喷丝孔挤出后，趁尚未完全固化时，用特殊热辊挤压成型。

（5）孔形（径）变化法

用两块重叠的喷丝板，每块喷丝板上喷丝孔形状各异，但中心线基本吻合。在纺丝过程中，2块板相对移动或旋转，因而纺出的纤维的截面和外形也相应变化。

6．粘胶纤维生产碳纤维的工艺流程与PAN基碳纤维的流程相比增加了什么工序？在粘胶基碳纤维制备过程中引入催化剂的作用是什么？

答：（1）粘胶纤维生产碳纤维的工艺流程与PAN基碳纤维的流程相比增加了两段工序，即水洗和催化浸渍。

（2）引入催化剂作用主要是在浸渍过程中促进无机催化剂向粘胶纤维内部渗透，同时还能使粘胶纤维大分子发生适度的交联，提高其在中温碳化过程中的可拉伸性，最终提高粘胶基碳纤维的性能。

7. 结合高技术纤维发展的历史和现状，就高技术纤维的发展趋势谈谈你的看法。答：高技术纤维发展到今天,已形成高性能纤维、高功能纤维、高感性纤维三大类纤维鼎足之势。

纵观纤维国际市场,1988年,世界工业发达国家首次将一般性化纤品种、产量让位于发展中国家。但对于高技术纤维,发达国家仍牢牢掌握其核心技术,处于垄断地位,现已形成日、美、欧三大科研、生产和市场基地。以美国为例,高技术纤维占化纤总量6%,而产值却高达化纤总产值的50%。我国高技术纤维起步较晚,与世界先进水平相比无论在产品质量、品种、生产规模等方面都有相当的差距,但已意识到它对我国许多产业升级和经济可持续发展的重要意义,因此,“九五”“十五”发展规划都明确提出将大力发展高技术纤维原料,力争成为支柱产业。原料是根本,技术是关键。

审视我国合成工业的发展,我认为我国面临的机遇和挑战主要是:(1)必须重视化纤原料工业的发展,加大科研投入。目前部分高技术纤维虽已实现国产,但大部分核心技术仍受制于人。如碳纤维目前绝大部分生产厂家都是从国外购买原丝,然后再加工为预氧化丝或碳纤维。(2)化纤大品种(如常规涤纶)发展已/相对过剩0,必须对化纤行业进行结构调整。1998年我国化纤产量达516万吨,位居世界首位,但高技术品种极少。而发达国家的高技术纤维用量以每年10%的速度增长,已占总化纤用量的1/2,而我国现用量不到1/5。(3)高技术纤维市场已经形成,需求扩大,因此,展望未来,我国高技术纤维行业还有较大的发展空间,有关部分和人员必须抓住机遇,迎头赶上。

8．请就高分子材料的新进展举2-3例。

答：（1）聚合物基纳米复合材料

聚合物纳米复合材料被认为是最具有应用前景的纳米复合材料之一，其制备方法是将聚合物通过熔融共混复合方法或原位聚合技术利用2％～5％的纳米填料进行改性，即可大幅度改善其热学一力学性能、气体阻隔性能和阻燃性能，而且可以获得比常规填料复合的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能和导电性能。国内聚合物／粘土纳米复合材料研究较早，并已取得显著研究成果，但其中的一些基本科学问题的研究有待深入。目前聚合物纳米复合材料已在汽车和包装领域获得应用。研究最广泛的、首先商业化应用的纳米填料是纳米粘土和碳纳米管。

（2）节能材料发展新方向

我国在能源需求上的缺口众所周知，节能问题日益重要。根据建设部的报告，我国每平方面积能源消耗约为欧美国家的两倍多，所以在节能材料的发展方面必须加强开发。高分子发泡材料为世界使用最广的绝热材料，可用于建筑、冷热水管隔热、汽车绝热及噪音的阻隔。另外在冷藏、运动娱乐、包装材料、鞋类等方面都有大量的需求，可以大大节省能源和消耗。目前国内外都在积极发展微发泡技术，可以更好地用于节能和提高节能效率，微发泡模塑制品的平均成本可降低16％～20％。高分子发泡材料是合成、物理与工艺的结合，目前的发展方向为通过使用对环境没有污染的超临界二氧化碳加工技术制备聚烯烃微孔发泡材料，该材料可以广泛用于建筑用隔热保温。超临界二氧化碳发泡技术本身为绿色加工技术，无环境污染问题，结合聚烯烃耐化学性、热稳定性、低毒性的特点，通过改变聚烯烃分子链的支化结构、改变非晶态的比例、引入二氧化碳的亲和结构等手段，提高聚烯烃的熔体强度和闭孔率、降低聚合物的结晶性、促进泡孔的成核和增长，提高聚烯烃在二氧化碳中的溶解度，提高泡孔密度，得到性能良好的微孔发泡材料。

（3）特种工程塑料

特种工程塑料指具有特殊高性能的高分子材料，应航空航天、电子信息等尖端领域的需求而发展起来。截至20世纪70年代末，先后出现了聚苯硫醚类(PPS)、聚酰亚胺类(PI)、聚醚砜类(PES)及聚醚酮类(PEK)等多种高性能特种工程塑料。其中，英国ICI公司于20世纪80年代初推出的商品名为“Victrex”的聚醚醚酮(PEEK)，具有耐热等级高，耐疲劳，耐冲击，耐湿热，耐辐照以及阻燃性能好等突出优点，综合性能最为优秀。特种工程塑料与碳纤维等高性能纤维成功复合为高性能复合材料，为航天航空结构材料提供了更多的选材机会，部分复合材料已成功应用于欧美多种军、民机机型，并在民用行业中得到大量应用，主要集中在汽车、纺织、机械、体育用品、医用植入、医疗器械、摩擦材料等领域。1993年，陶氏化学公司的M．J．Mullins

等人报道了环状聚醚砜的合成，继而国内外出现了众多的研究者，我国科研工作者在芳香酯环状低聚物以及含酚酞侧基环状聚醚酮、环状聚醚砜的合成及开环聚合的研究开展较早。兼顾热塑性及热固性材料的优点，我国研究人员还开发了一种结构新颖的可溶性可控交联聚芳醚酮(Controllable Crosslinking PolyAryl Ether Ketone，CCPAEK)热塑性树脂。还有研究者通过共混改性的理论及方法研制发展新型特种工程塑料，如将最优秀的高性能热塑性复合材料树脂聚醚醚酮树脂与具有匹配的力学性能和玻璃化转变温度的非晶的聚芳醚酮PEK—C和聚醚酰亚胺