纤维新材料复习

名词解释：

1.人造纤维：以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维，也称再生纤维

2.差别化纤维 : 泛指对常规化学纤维产品有所创新或赋予某些特性的化学纤维。 主要是指经过化学改性或物理改性，使常规化学纤维的服用性能得以改善，并具有一些新的性能，使同一化学纤维大品种的产品多样化和系列化。

3.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截面的纤维或中空纤维称为异形截面纤维，简称异形纤维。

4.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，多组分纤维。

5.共混纤维：由两种或两种以上不同的聚合物混合后纺制成的化学纤维。

6.高性能纤维：具有高强度、高模量、耐高温、耐化学药品、特别优异的一类新型纤维。

7.功能纤维：在常规化学纤维原有性能的基础上，又增加了某种特殊功能的一类新型纤维。

8．线密度：线密度是表示纤维粗细程度的量，在我国化学纤维工业中，也称“纤度”。 1000m长纤维重量的克数即为该纤维的特数

9.初始模量：即弹性模量（或杨氏模量）是指纤维受拉伸而当伸长为原长的1%时所需的应力。

10．吸湿性：是指在标准温湿度（20℃、65％相对湿度）条件下纤维的吸水率。回潮率和含湿率。

11.沸水收缩率：将纤维放在沸水中煮沸30min后，其收缩的长度与原来长度之比，称为沸水收缩率。

12.极限氧指数：使着了火的纤维离开火源，而纤维仍能继续燃烧时，环境中氮和氧混合气体内所含氧的最低百分率。 问答题：

1. 以粘胶纤维制造碳纤维的优缺点

优点：粘胶纤维由于具有环状分子结构，所以可以直接进行碳化或石墨化处理，加热不会熔融，不需预氧化处理进行环化； 瞬间耐烧蚀性能好，可用作火箭的内衬材料

缺点: 粘胶中含有大量的H、O原子，所以碳化理论收率仅55%，实际收率约20～30%；粘胶基CF强度较低，性能平衡性差, 弹性系数较大.

2. 碳纤维缺陷来源、

碳纤维中的缺陷主要来自两方面：

（1）原丝带来的缺陷。碳化过程中可能消失小部分，但大部分将保留下来，变成碳纤维的缺陷。

（2） 碳化过程中，大量非C元素以气体形式逸出，使纤维表面及内部形成空穴和缺陷。

3. CF的表面处理方法

表面处理的目的: 提高碳纤维增强复合材料中CF与基体的结合强度。

CF表面处理的途径: ①清除表面杂质；②在纤维表面形成微孔或刻蚀沟槽，增加表面能； ③引进具有极性或反应性官能团，并能与树脂起作用的中 间层，

(1) 表面清洁法。将CF在惰性气体保护下加热到一定的高温并保温一定时间，可以

去除吸附水，并使其表面得到净化。

（2）液相氧化法。A：酸处理法 。最常用的是浓硝酸和不同浓度的硝酸。除硝酸外，还常用硫酸来处理。 B：其他液相氧化剂处理。如：过氧化氢（H2O2）次氯酸钠（NaClO）高锰酸钾（KMnO4 ）重铬酸钾（ K2Cr2O7）重铬酸钾/硫酸高锰酸钾/硫酸 等

（3）气相氧化法. 空气氧化 , 臭氧O3氧化法

（4）电化学氧化法(也称电解氧化法)

以CF为阳极，镍板、石墨板、铜板、白金板、白钢板等为阴极，在电解质溶液中于一定电流密度下，靠电解作用产生的初生态氧对CF进行氧化刻蚀，并形成含氧官能团。

（5）等离子体处理

等离子体：随着物质能量的增加，物质的状态将发生由固→液→汽的转变，进一步增加气体能量，则气体原子中的电子可以脱离原子而成为自由电子，原子成为正离子，这种含电子、正离子和中性粒子的混合体，称为等离子体。 （6）表面涂层法

即将某种聚合物、表面处理剂、偶联剂或金属涂覆在CF表面。

表面涂层法有以下几种方法：气相沉积法，表面电聚合，偶联剂涂层，晶须生长法

4. 碳纤维上浆作用

① 保护纤维表面的活性基团；

② 可以使CF具有良好的集束性，从而使纤维以后的缠绕织造工艺操作简单，并且纤维束损伤较少（保护作用）；

③ 选择合适的上浆剂可以达到改善CF表面性能、提高复合材料剪切强度的目的。

5.PPTA低温溶液缩聚过程中氯化锂助溶机理

6.PMIA界面缩聚和低温溶液缩聚方法比较

界面缩聚：①界面缩聚反应速度快，相对分子质量高，聚合物经过洗涤，可配制高质量的纺丝原液。采用干法纺丝技术，纤维质量优异，纺丝速度也高；②但设备比较复杂，工艺技术要求严格，纺丝机台数增多，投资增加；

低温溶液缩聚：①反应比较缓和，聚合物直接溶解在缩聚溶剂中，反应得到的浆液直接纺丝，工艺简单，适宜用湿法纺丝，产量大；②但纤维质量没有干法纺丝的好。

7.要使柔性链高聚物纤维达到高性能化必须考虑如下四个方面:

①尽量提高聚合物大分子的分子量； ②尽量提高非晶区缚结分子的含量；

③尽量减少晶区折叠链含量，增加伸直链的含量； ④尽量将非晶区均匀分散于连续的伸直链 结晶基质中。

8.制造聚乙烯纤维的方法

结晶生长法、高倍热拉伸法、区域拉伸法、高压固态挤出法、增塑熔融拉伸法、冻胶纺丝超倍热拉伸法等可使聚乙烯达到高性能化。其中以UHMWPE为原料，冻胶纺丝、超倍热拉伸法是最成功。

（1）高压固态挤出法

将一定超高分子质量聚乙烯置于挤出装置内加热熔融，以几千公斤/cm2的压力将聚乙烯熔体从喷孔挤出，随即进行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸张力的作用下，使聚乙烯大分子链充分伸展，以此来提高纤维的强度。 （2） 增塑熔融纺丝法

增塑熔融纺丝法是加入适量流动改性剂或稀释剂将聚乙烯纺成纤维的方法。 （3）表面结晶生长法

表面结晶生长法是将聚乙烯溶解，然后将溶液置于由两个同心圆柱所构成的结晶装置内，向纺丝溶液中投入晶种，形成纤维状晶体，在100-125℃之间进行热拉伸，使串晶结构转化为伸直链结构，赋予纤维高强度与模量。

（4）区域高倍拉伸法

将初生的纤维加热到127℃以上，进行区域高倍拉伸，使折叠连的大分子链重排，形成伸直链结构，从而获得高强高模。

（5） 凝胶纺丝—热拉伸法

将超高分子量聚乙烯粉末以十氢萘或石蜡油为溶剂，制成半稀溶液，经喷丝孔挤出后骤冷成凝胶原丝，再对凝胶原丝进行萃取和干燥，经超倍拉伸制得。

9.PVA凝固浴各组分对成形的影响

凝固浴组成：Na2SO4 410~420g/l ZnSO4 1~5g/l ① Na2SO4使丝条脱水凝固成形

含量↓成形缓慢，且稳定性↓，皮层薄，纤维强度↓，伸长↑Na2SO4易析出，损伤丝条造成毛丝

②ZnSO4控制纤维色相（强酸弱碱盐、水溶液pH3.35）适当加入可增加纤维白度,过多将影响凝固能力

③酸度过低会使纤维着色，酸度的调节是加入H2SO4来达到目的

10.维纶短纤维热处理作用

（1）消除内应力，巩固拉伸效果。保证纤维尺寸稳定性。 （2）高温下结晶进一步发展，使纤维的耐热水性提高。

11.PVA缩醛化

缩醛化就是用醛处理纤维，使聚乙烯醇大分子上的部分羟基被封闭，从而进一步提高纤维的耐热水性。 （1）缩醛化反应

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