化纤加工工艺学考试复习习题-2013

复习题一、名词解释1.纺丝流变学：是研究纺丝流体的流动和变形的基本规律及造成流体流变的各因素之间关系的一门学科2.临界缠结分子量:是大分子链间发生相互缠结时的分子量。

3.粘流活化能：一个分子克服其他分子对他的作用而改变位置时所需的能量。

4.结构粘度指数△η：表征流体结构化的程度5.拉伸粘度：作用在纤维丝条横截面的拉伸全应力分量与拉伸应变速率的比值6.非牛顿指数：流体偏离牛顿流体的程度7.零切粘度：剪切速率趋于零的粘度/ 低剪切速率时，缠结与解缠结处于一个动态平衡，表观粘度保持恒定，此时流体的粘度定义为零切粘度8.表观粘度：流体的流动曲线上原点与曲线上任意一点连线的斜率9.稳态纺丝：纺丝过程是一个状态参数连续变化的非平衡态动力学过程。

同一时间不同位置运动速度V 、温度 T 、组分C 、应力 P 等连续变化，但在每一个选定的位置上这些参数不随时间而变化，他们在纺丝线上形成一种稳定的分布。

10.纺丝将成纤聚合物熔体或浓溶液，用纺丝泵（或称计量泵）连续、定量而均匀地从喷丝头（或喷丝板）的毛细孔中挤出，而成为液态细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维的过程称“纺丝”。

11.冷却长度：喷丝板至丝条固化点的距离。

12.可纺性流体承受稳定的拉伸操作所具有的形变能力；或流体在拉伸作用下形成连续细长丝条的能力，称为可纺性。

13.内聚断裂所产生的内应力等于内聚力（丝条强度）在粘弹性流体的拉伸流动中，当储存的弹性能时发生的断裂，称为内聚断裂。

14.毛细断裂：由表面张力引起的扰动（波动）产生的毛细波发展到振幅δ等于自由表面无扰动的丝条半径R时，细流解离成液滴而发生的断裂，称为毛细断裂。

15.纤维聚集态结构：纤维聚集态结构，是指纤维中成纤聚合物大分子链间的几何排列，又称三次结构，也称为超高分子结构。

16.取向大分子链、链段或微晶在外力作用下沿着外力方向有序的平行排列的现象，主要为单轴取向17.链段取向通过单键的内旋转引起的链段运动来完成，这种取向在玻璃化温度以上就可进行18.分子链取向通过各链段的协同运动来完成，只有在粘流态下才能实现19.晶粒取向通过晶区的破坏和重新排列来完成，一般需在外力作用下进行20.三因次溶解度参数21.凝固值对同一高聚物溶液来说，滴定所用凝固浴体积的立方厘米数称为此滴定液（即凝固浴）的凝固值Vb，它表征该浴液的凝固强度。

22.双扩散纺丝原液细流在凝固浴中的双扩散包括凝固浴中的凝固剂向原液细流内部的扩散，也包括原液中溶剂向凝固浴扩散23.自由挤出速度在无拉伸作用下：从计量泵送出的纺丝原液被压入喷丝孔道（喷丝孔直径为DD00，孔道长度为LL00），然后从喷丝孔口挤出。

原液细流在孔口处出现胀大（膨化）。

此时细流的速度是自由流出速度Vf，24.临界浓度：在一定温度下，当溶液中高聚物的浓度为某一固定值时，不断改变体系中溶剂于凝固剂的比例，在达某一临界值后，高聚物开始从溶液中析出，此时溶剂在溶剂—凝固剂体系中的浓度成为临界浓度。

25.凝固强度凝固值Vb，它表征该浴液的凝固强度。

Vb的数值越小，凝固浴的凝固强度越大。

Vb的数值越小，体系越容易发生相分离。

26.传质通量比溶剂的通量（J s）和非溶剂（凝固剂）的通量（J N）比值（J s/J N），此值称为传质通量比27 冷拉伸是指拉伸时初生纤维处于空气包围之中，纤维与空气介质之间有热量传递一般适应于玻璃化温度在室温附近的初生纤维；PA628. 拉伸点是细颈发生阶段，在生产上通常所说的“拉伸点”或“拉伸区”，29. 增塑作用使大分子链的柔性或高分子材料的可塑性增大的作用当初生纤维内包含水、溶剂单体等低分子物，使分子间作用力减弱——增塑作用30. 熔体破裂发生在某临界挤出速度以上的不稳定流动，挤出物表面出现不规则现象甚至出现破裂使其内部质量受到破坏31. 结晶速率常数在一定的温度下，结晶度达到最大可能结晶度的1/2所需时间的倒数(t1/2)-1称为结晶速率常数32.动力学结晶能力K(T)曲线下的面积，其表示高聚物从熔点T m以单位冷却速率降温至玻璃化转变温度T g时所得到的相对结晶度。

一．填空及作图题。

1.影响纺丝流体剪切粘性的因素有：聚合物分子结构特征、聚合物溶液浓度﹑温度﹑溶剂性质、混合﹑流体静压。

2.影响拉伸粘度的主要因素有：拉伸应变速率、温度、相对分子量及其分布、混合。

3.聚合物流体的弹性主要来自构象熵的贡献，在纺丝成形中的表现有：挤出胀大。

4.化学纤维成型过程中，挤出细流的类型按照粘度增加排序为：液滴型﹑漫流型﹑胀大型﹑破裂型四种。

其转化条件为：α流体表面张力↓、η粘度↑、R0喷丝孔径↑、V0挤出速度↑,正常的挤出细流的类型是：胀大型。

5.决定最大丝条长度的断裂机理至少有二种，一种是内聚破坏，另一种是毛细破坏。

熔体纺丝一般不发生内聚破坏﹑湿法纺丝一般不发生毛细破坏﹑缩聚型高聚物一般不发生内聚破坏﹑加聚型高聚物一般不发生毛细破坏。

6.在稳态纺丝中，熔体纺丝线上受到的力有：重力Fg﹑表面张力Fs﹑惯性力Fi﹑摩擦阻力Ff﹑流变阻力Fr，接近卷绕点时最主要的力是：卷绕张力Fext(Fr(L)。

7.在熔体纺丝线上丝条冷却的控制因素是变化的。

在纺纱窗的上段纺丝线，冷却过程受冷却吹风速度Vy控制；此时，冷却吹风速度和温度变化对纤维不匀率的影响较大。

在纺丝窗的下段纺丝线，冷却过程决定于丝条速度Vx。

对于高速纺丝：Vy/Vx=0.125的位置上移，冷却过程对纤维的影响较小，所以高速纺丝条抗干扰性好，质量稳定。

8.纺丝过程中的取向作用有两种取向机理，一种是熔体状态下的流动取向，包括剪切流动取向和拉伸流动取向，另一种是纤维固化区的形变取向。

9.熔体纺丝高聚物动力学结晶能力由高到低依次为：PA66﹑PP﹑PA6﹑PET,常规纺丝线上能结晶的是：PA66﹑PP,不能结晶的是：PA6﹑PET。

10.根据拉伸应变速率的不同，可将熔体纺丝线分成胀大区﹑形变（细化）区﹑固化丝条运动区三个区，其中第二区是发生拉伸流动和形成纤维最初结构的主要区域，因此也是纺丝成型过程最重要的区域。

11.根据拉伸时所处的介质不同，纤维拉伸的方式一般有干拉伸﹑湿拉伸和蒸气浴拉伸三种，其中，干拉伸又可分为室温拉伸和热拉伸。

12.纤维的拉伸形变包括：普弹形变﹑高弹形变和塑性形变。

初生纤维的拉伸一定是在高弹形变的基础上进行的。

而塑性形变是拉伸形变中的有效部分，是拉伸过程中应设法发展的。

13. 根据热定型时纤维的收缩状态来区分，热定型有：控制张力热定型﹑定长热定型﹑部分收缩热定型﹑自由收缩热定型。

14. 纺丝流体是一个泛意上的概念，可以是高分子的 、 、 ， 、 等。

三、画图题1. 画出各种高聚物流变体的流动曲线，并标出n 值。

2. 常规熔体纺丝线上直径、速度、速度梯度和张力的分布图。

3. 粘胶原液、干法纺丝原液、聚乙烯醇溶液的两相平衡图。

4. 湿纺初生纤维横截面形状示意图。

5. 在三元体系相平衡图上表示出浓缩凝固、稀释凝固、等浓凝固的路径。

6. 画出干纺成形时沿纺程温度和溶剂的浓度分布图。

根据传质机理和纤维内溶剂含量和温度的变化，可以把整个成形过程分成三个区域7. 画出a 、b 、c 、d 型拉伸曲线并标出各转折点的意义及坐标轴上对应值的意义1-纤维表面温度 2-纤维中心温度3-纤维内溶剂的平均浓度Ⅰ-起始蒸发区 Ⅱ-恒速蒸发区 Ⅲ-降速蒸发区CP-纤维周围的介质 P-纺丝溶液 -纺程干纺成形时沿纺程温度和溶剂的浓度分布8. 画出温度、刚性链高聚物浓度对粘度的影响示意图。

9. 画出拉伸线上速度和速度梯度分布曲线。

连续热拉伸和塑化拉伸时速度（1）和速度梯度（2）的典型分布 Ⅰ－准备区（塑化区） Ⅱ－变形区（拉伸区） Ⅲ－松弛区10. 画出纤维在后加工过程中形变的示意图及坐标轴上对应值得意义。

11. 画出纤维热定型过程中分子间结合能的变化示意图。

四、推导与计算1．根据连续方程，在传质和密度变化可以忽略的情况下，推导自由挤出速度V f 与自由流出细流的胀大比B 0的关系式。

书上有此处不再啰嗦纤维在后加工过程中形变的示意图1-拉伸 2-低温回复 5-松弛状态热收缩 4-定长热定型 3-控制张力热定型图中ε10 ε20 ε30分别表示拉伸过程中所发生的普弹、高弹（粘弹）和粘性（塑性）形变；⊿εr 表示剩余收缩2．已知湿法纺丝原液的挤出速度V0为10m/min，初生纤维在第一导辊上的卷取速度V L为3m/min，自由流出细流的胀大比B为1.2。

计算：①自由挤出速度V f；②表观和真实的喷丝头拉伸率Φa、Φf；③表观和真实的喷丝头拉伸比i f、i a。

参考答案6.94 -70% -56.6% 0.30 0.432具体计算省去3．聚合物流体流过半径为R、长度为L的喷丝孔时，若测定喷丝孔两端压力降为△P，试推导出流体在喷丝孔壁处（距喷丝孔中心R处）的剪切应力（σ12）w的大小。

若考虑末端效应，该值将会增大还是减小？为什么?自己自圆其说即可4．若上述喷丝孔的R为0.1mm、L为2mm，流体流经喷丝孔两端的压力降△P为5×104Pa，且流体属非牛顿流体（n=0.5），试问ηa=12.5Pa.s时，其粘度系数K和在喷丝孔壁上的剪切速率分别为多少?参考答案125 10400曾经做过类似作业此处不再多累赘了（假设在上述喷丝孔中流动的聚合物流体是等温且不可压缩的、在喷丝孔壁处速度为0，其粘度不随时间而变化、并在沿喷丝孔流动的全过程中其它性质不变）5．某流体在30℃时的零切粘度（η0）为35Pa·S，粘流活化能为36kJ/mol，问其温度提高到60℃时的零切粘度为多少？。

此题不用做放弃6. 聚氯乙烯的结构式为，-CH2，-CH，-Cl（仲）的摩尔吸引常数分别为269.07、175.97、208（J/cm3）1/2，结构单元的分子量M0为62.5，聚氯乙烯的密度ρ =1.4，试求其溶解度参数δ五、问答题1.试述影响聚合物熔体剪切粘度的因素一、高聚物的平均相对分子质量及其分布二、高聚物分子链结构的影响三、温度的影响四、高聚物浓度的影响五、溶剂的影响六、填充剂的影响七、流体静压的影响2.分析影响聚合物弹性的因素，弹性对纺丝成型的影响如何？弹性对纺丝成形的影响1.具有一定的弹性是正常纺丝所必须的，挤出胀大使纺丝稳定、均匀；另外是成品纤维性能所必须的，也是高聚物流体本身的特性。

2.弹性过大，会给纺丝成形带来不利的影响（1）弹性过大，挤出胀大过大，高聚物流体易粘喷丝板（2）弹性过大，异形纤维预期断面达不到要求（3）弹性过大，使初生纤维纤度不匀（4）弹性过大，使熔体破裂形成毛丝、断丝（5）弹性过大，使纺丝速度受到限制3.以PET、PP为例说明纺丝线上∆n的变化规律，并且分析影响初生纤维取向的因素。