高分子材料加工原理复习小结（化学纤维部分）

第一章 绪论

一、掌握高分子材料的基本概念，特别是化学纤维的各种定义；

1、名词解释：人造纤维（02年）、复合纤维（04年）、异形纤维（06年）、再生纤维（05年）。

2、填空题

塑料按热行为的不同，可分为两大类，其中，（热塑性）塑料成形时，通过（冷却）熔体而凝固成形。改变温度，可令其反复变形。而（热固性）塑料成形时，通过（加热）而固化成形，材料定性后若再受热，不发生（变形）。（06年）

3、选择题

高吸湿涤纶纤维属于一类（D）（07年）

A 高感性纤维 B 高性能纤维 C差别化纤维 D功能纤维

第二章 聚合物流体的制备 第一节 聚合物的熔融

一、掌握聚合物的熔融方法，特别是有熔体强制移走的传导熔融 1、简述题

（1）简述聚合物在螺杆挤压机中熔体的能量来源。（02年）

（2）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。（04年）

第二节 聚合物的溶解

一、影响聚合物溶解度的因素

1、影响聚合物溶解度的因素有（大分子链结构）、（超分子结构）、（溶剂的性质）。（02年）

二、溶剂的选择

1、溶剂的选择原则有哪些？

2、聚合物的溶解过程分为（溶胀 ）和（ 溶解）两个阶段。未经修正的“溶解度参数相近原则”适用于估计（非极性聚合物）和（非极性溶剂）体系的互溶性。（06年）

3、“溶解度参数相近原则”适用于估计（B）的互溶性。（08年） A、非极性高聚物与极性溶剂 B、非极性高聚物与非极性溶剂 C、极性高聚物与极性溶剂 D、极性高聚物与非极性溶剂

4、在估计聚合物与溶剂的互溶性时，三维溶解度参数图适用于（D）（07年） A非极性聚合物和非极性溶剂体系 B极性聚合物和极性溶剂体系 C极性聚合物和非极性溶剂体系 D A+B

4、聚氯乙烯的溶度参数与氯仿和四氢呋喃相近，但为什么四氢呋喃能很好的溶解聚氯乙烯而氯仿不能与之相溶？（08年）

三、聚合物—溶剂体系的相分离与相图

1、对于具有上临界混溶温度的聚合物－溶剂体系，可采用（改变体系组成）、（升温）、（改变溶剂组成）等几种可能的方法来实现使聚合物溶解形成溶液。（07年）

2、对于UCST体系，下面将聚合物转变为溶液采用的方法中，（D）是错误的。（08年） A、恒温下改变体系的组成 B、升高体系的温度 C、改变溶剂的组分 D、降低体系的温度

第三章 混合

一、掌握混合过程中的一些基本概念

1、名称解释：分散混合（02年）、体积扩散（07年）、均一性、分散度 二、掌握各种扩散形式的特点

1、简述各种扩散形式的特点？根据Brodkey混合理论，聚合物共混体系与聚合物—添加剂体系涉及的混合机理有何区别？

2、在聚合物混合过程中，（B）形式占支配地位。（06年） A、涡流扩散 B、体积扩散 C、分子扩散 D、紊流扩散

第四章 聚合物流体的流变性

一、掌握聚合物流体的一些基本概念

1、名词解释

（1）牛顿流体：遵循牛顿黏性定律的流体称为牛顿流体。其粘性不随剪切速率的变化而变化。

（2）非牛顿流体（07年）：非牛顿流体是指流动行为不服从牛顿粘性定律的流体统称为非牛顿流体。

（3）熔融指数（06年、07年）：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在十分钟内通过标准毛细管的重量值，以（g/10min）来表示。

（4）零切粘度（05年）：当剪切速率趋近于0，非牛顿指数为1时，流体的流动性与牛顿流体相仿，黏度趋于常数，称为零切粘度。是材料最大松弛时间的反映。

（5）结构粘度指数（02年、06年）：以lgηa~?? 1/2

图，在斜率上面我们可以求得一个

参数，叫做结构黏度指数△η，这个值越大，结构化程度越高，可纺性越差。

（6）粘流活化能：流体流动过程中，流动单元（对聚合物流体而言是链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。 二、掌握聚合物流体的流动类型

三、掌握聚合物流体非牛顿剪切粘性的表征及影响因素； 1、掌握聚合物流体切力变稀、变稠的原因； （1）简述聚合物流体切力变稀的原因。（08年）

（2）简述切力变稀聚合物流体随着剪切速率增加表观粘度下降的可能原因。（07年） （3）论述聚合物流体的表观粘度与剪切速率的关系。（02年） 2、掌握聚合物流体的流动曲线对聚合物加工的意义

（1）流动曲线在较宽的剪切速率范围内描述了聚合物的剪切粘性。当（聚合物的链结构）、（相对分子质量）、（相对分子质量分布）以及（链间的结构化程度）发生变化时，流动曲线相应的发生变化，因此流动曲线可以作为衡量（聚合物流体质量）是否正常的依据。（05年） （2）简述流动曲线对化学纤维生产的指导意义。（04、06年） （3）对于切力变稀的纺丝流体，（C）（08年）

A、η0﹤ηa ﹤η∞ B、ηa ﹤η0且ηa﹤η∞ C、η∞﹤ηa ﹤η0 D、ηa ﹥η0且ηa﹥η∞

3、掌握影响聚合物流体剪切粘性的因素

（1）简述粒子填充剂对剪切粘度的影响。（02年） 四、掌握聚合物流体拉伸粘性的表征及影响因素；

1、影响聚合物流体拉伸粘度的因素有（拉伸应变速率）、（温度）、（平均分子量及分布）、（混合）等。（02年）

2、试述影响聚合物流体拉伸粘度的因素。（04、08年） 五、掌握聚合物流体弹性的表征及影响因素；

1、影响聚合物流体弹性的因素基本上可以分为两类：一是聚合物的分子参数，二是加工条件。聚合物的分子参数包括（相对分子质量）、（相对分子质量分布）、（长链分支程度）、（链的刚柔性）。（04年）

2、聚合物的分子参数和加工条件是影响聚合物流体弹性的二大因素，如（A）（其他条件不变，）都可使聚合物流体的弹性增大。（07年）

A 聚合物的平均分子量增大、温度降低；B聚合物的平均分子量减小、温度降低 C聚合物的平均分子量增大、温度升高；D聚合物的平均分子量减小、温度升高 3、高聚物分子量分布加宽，其流体的临界剪切速率一般向（D）值移动，弹性一般（）（08年）

A、高，减小 B、高，增大 C、低，减小 D、低，增大 六、掌握聚合物流体在管道中的流动参数、末端效应及修正

1、聚合物流体在圆形管道中流动时，其在管道壁上的剪切速率（D）（06年） A、随管径及流体平均流出体积速度Q的增加而提高 B、随管径及流体平均流出体积速度Q的减小而提高

C、随管径的增加和（或）流体平均流出体积速度Q的减小而提高 D、随管径的减小和（或）流体平均流出体积速度Q的增加而提高

2、聚合物流体流过半径为R、长度为L的圆形口模时，如测定出的口模两端压力降为⊿P，试推导出流体在圆形口模模壁处（距圆形口模轴心R处）的剪切应力（σ

（1）12）w的大小。

若考虑末端效应，该值将会增大还是减小？为什么？（2）若上述口模的半径为0.1mm，L为2mm，流体流经口模两端的压力降⊿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和在口模壁上的剪切速率γw分别为多少？（假设在上述口模中流动的聚合物立体是在等温且不可压缩的，在口模壁处速度为0，其粘度不随时间而变化，并在沿口模流动的全过程中其他性质不变）（07年） 3、教科书119/5

4、简述产生熔体破裂的原因。（05年）

第五章 化学纤维成型加工原理 第一节 化学纤维成型加工的基础知识

一、掌握纺丝流体可纺性的概念及细流丝条断裂机理 1、名词解释：可纺性（07年）

2、根据波兰ziabicki的（可纺性）理论，运动丝条的断裂机理至少有（内聚破坏）和（毛细破坏）两种。湿法纺丝中，由于（表面张力）很小，故丝条的断裂机理主要是由（内聚断裂）机理决定的。（07年）

3、湿法纺丝中，纺丝的断裂机理主要是由（B）机理决定的。（06年） A、毛细破坏 B、内聚破坏 C、流动破坏 D、滑粘破坏

二、纺丝流体的挤出及细流的类型：液滴型、漫流型、胀大型和破裂型，挤出细流的产生条件及避免不正常细流类型的措施

1、纺丝流体的类型大致分为四种：（液滴型）、（漫流型）、（胀大型）、（破裂型）。当挤出速度V0≥临界挤出速度Vcr时，（漫流型）型转化为（胀大型）。（04年） 2、简述在实际的纺丝过程中，减轻或避免漫流型细流出现的措施。（05年）

3、实际生产中，如纺丝熔体细流呈液滴型而不能正常纺丝，可采用（A）等手段来加以调整。（07年）

A降低纺丝熔体温度和（或）增大泵供量；B降低纺丝熔体温度和（或）减小泵供量 C提高纺丝熔体温度和（或）增大泵供量；D提高纺丝熔体温度和（或）减小泵供量 4、孔口胀大效应的根源在于纺丝流体的（弹性）。对聚合物熔体而言，当流动的几何条件一定时，可通过改变其他加工条件如减小（泵供量）、提高（温度）来减小挤出胀大比。（06年）

5、试述纺丝流体由喷丝孔挤出后所形成的挤出细流的类型及其产生的条件，并针对不利于成型的挤出细流类型，阐述实际纺丝过程中通常采用的应对措施。（06年）

三、掌握高分子材料的主要品质指标：定义及表达式；

1、名称解释：断裂比功（04年）、断裂功（06年）、初始模量和湿模量（05年）

2、一根500米长的纤维重0.12克，将其进行拉伸性能分析，可知纤维的断裂强力为0.096牛顿（N），因此纤维线密度为（ ）dtex，相对强度为（ ）cN/dtex。（07年） 3、 一根长1500m的纤维重0.3克，将其进行拉伸性能分析，可知纤维的断裂强力为0.07牛顿，因此该纤维的线密度为（ ）tex，相对强度为（ ）CN/dtex。（06年） 4、下列纤维中，（C）的吸湿性最好。（06年） A涤纶 B、腈纶 C、粘胶纤维 D、丙纶

5、断裂比功的单位与（C）相同，所以某种意义上也是反映强度的指标。（06年）

A 断裂长度 B绝对强力 C相对强度 D强度极限

6、判断题：极限氧指数是指在规定的试验条件下，氮氧及水汽的混合物中，使材料刚好能保持燃烧状态所需氧的最低质量百分数。（07年）

四、熔纺过程的运动学和动力学：沿纺程的速度分布；纺丝线上的轴向力平衡和受力分析； 1、名称解释：稳态纺丝（06年）：纺丝线上任何一点都具有各自恒定的状态参数，不随时间而变化的纺丝过程。

2、根据拉伸应变速率的不同，可将熔体纺丝线从喷丝头至卷绕点依次分为（挤出胀大区）、（形变细化区）和（固化区）三个区，其中（形变细化区）是发生（拉伸流动）和形成（纤维最初结构）的主要区域。（06年）

3、试述根据拉伸应变速率不同而将整个熔体纺丝线分为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。（04、07年）

4、为使熔体成型过程稳定，作用在喷丝头至x＝X处一段纺丝线上的（ ）（ ）、（ ）、、（ ）、（ ）和（ ）等诸力应处于平衡状态。（07年）

5、请写出熔纺中从喷丝头至距喷丝头X处的一段纺丝线（暴漏于空气介质）上的轴向力平衡方程式及式中各种力符号代表的意义，并根据轴向力平衡方程式推导：

Cf=⊿Fext/ρ0VLπr⊿X

式中：Fext为在丝条固化点后的纺丝线上的某处测定的张力；⊿Fext为在丝条固化点后的纺丝线上相距⊿x的两处张力之差（绝对值）；ρ0为空气介质的密度；Cf为表面摩擦系数（即空气阻力系数）；r为丝条的半径；VL为丝条卷绕速度。（06年）

五、掌握熔体纺丝的传热：纺丝线上的传热机理和轴向温度分布；冷却长度；丝条冷却的传热系数；

1、名词解释：冷却长度Lk

2、影响熔体放肆先冷却长度Lk的最主要因素是 （D）（06年）

A、丝条的直径 B、熔体温度 C、环境介质温度 D、冷却吹风时丝条的传热系数 六、掌握熔纺初生纤维结构的形成

1、掌握熔纺过程中纺丝线上的取向机理、发展特点及影响因素 （1）熔体纺丝中，卷绕丝的取向主要是（B）的贡献。（06年）

A喷丝孔中的剪切流动；B纺丝线上的拉伸流动

C纺丝线上的拉伸形变；D喷丝孔中的剪切流动和纺丝线上的拉伸形变 （2）熔体纺丝过程中的取向主要是（B）的作用。（08年）

A、喷丝孔道中的剪切流动取向 B、纺丝线上的拉伸流动取向

C、纺丝线上的拉伸形变取向 D、B+C

（3）判断题：熔纺卷绕丝的取向度主要是纺丝线上拉伸形变取向的贡献。（07年） （4）试讨论纺程上发生结晶聚合体的取向度沿着纺程的分布特点及其原因。（08年） （5）试述PET超高速纺丝（V=6000m/min）中双折射沿纺程的分布特点并解释原因。（02年）

（6）细径（05年）：纤维在拉伸过程中，突然出现前面变细的现象。 2、掌握熔纺过程中的结晶

（1）在PA6、PA66、天然橡胶和等规聚丙烯中，动力学结晶能力（ ）（06年） A、最大的是PA6、最小的是等规聚丙烯 B、最大的是天然橡胶、最小的是PA6 C、最大的是PA66、最小的是天然橡胶

D、最大的是等规聚丙烯、最小的是PA66

（2）动力学结晶能力G的物理意义是指某一聚合物从熔点Tm以单位冷却速度降低至玻璃化温度Tg时所得到的相对结晶度。（07年）

（3）在纺速达4000－7000m/min的PET高速纺丝中，丝条结晶度随纺速的提高而增大，其原因是纺程上发生了（取向结晶），该过程具有结晶聚合物的形态随（取向度）的不同而变化，（结晶速率）、（结晶温度）升高等特点。（06年）

第三节 湿法纺丝原理

一、掌握湿纺过程的运动学和动力学：沿纺程的速度分布；纺丝线上的轴向力平衡和受力分析；

1、掌握湿法成型过程中纺丝线上的速度分布

（1）湿法纺丝中，在运动学上可分为四个区，分别是 孔流区 、 胀大区 、细化区 、 等速区 ，它们的轴向速度梯度分别 > 0， < 0， >0， = 0。

（2）湿法纺丝拉伸状态，分为 负 拉伸、 零 拉伸、 不大的正 拉伸。 2、掌握湿纺过程纺丝线上的轴向力平衡和受力分析； （1）试述湿纺纺丝线上的轴向力平衡与熔纺的差别。（05年） 二、掌握溶剂和沉淀剂的双扩散过程的表征及影响因素；

1、湿法成型中，原液细流固化的过程是原液细流中的（溶剂）向（凝固浴）扩散和（凝固浴）中的（凝固剂）向（原液细流）扩散的过程，可用（传质通量）、（扩散系数）、（固化速

率参数）等基本物理量表征该过程。（07年） 三、掌握湿法纺丝中纤维结构的形成 1、影响初生纤维横截面形状的主要因素；

（1）简述影响湿法纺丝初生纤维横截面形状的因素，并说明采用圆形喷丝孔进行腈纶纤维湿法纺丝过程中，若使用的溶剂分别为无机溶剂和有机溶剂时，对纤维横截面形状的影响。（06年）

2、掌握皮芯结构的特征、形成机理及影响因素

（1）与芯层比较，湿纺纤维的皮层具有如下的主要特征：（ ）、（ ）/( )、（ ）、（ ）。皮层因有较高的取向和均匀的微晶结构，因此其（ ）和（ ）较高，抗疲劳强度和耐磨性能都较优越。（05年）

（2）试述湿法成型中纤维截面出现皮层与芯层差异的原因及皮层的特点。（02年） （3）湿纺初生纤维皮层吸湿性好的原因是（B）（08年）

A、侧序低 B、晶区尺寸和非晶区尺寸小 C、在水中膨润度低 D、取向度低 （4）要想获得全芯层结构纤维，在粘胶生产工艺中应采取的措施是 、 、 、 。 3、掌握空隙的形成机理及其影响因素

（1）试述湿纺初生纤维中形成空隙的机理及其影响因素。（04、08年） （2）简述在湿法纺丝中如何降低原纤化。

①微纤结构：初生纤维经拉伸后，变成初级溶胀纤维，此时微孔被拉长呈梭子形。聚合物冻胶网络取向而成为微纤结构。 ②途径：减小空洞的影响因素。

第四节 干法纺丝原理

一、掌握干纺过程的运动学和动力学：沿纺程的速度分布；纺丝线上的轴向力平衡和受力分析；

1、判断题：干法纺丝过程中，纺丝线上丝条受到的力学阻力远比湿纺小，故其纺速通常比湿纺高。（07年）

二、纺丝线上轴向、径向的传热特点和传质机理；

1、干法纺丝时，将溶剂从纺丝线上去除有（ ）、（ ）和（ ）三种机理，其中，在起始蒸发区（I区）的传质以（ ）为主，而在降速蒸发区（III区）的传质受（ ）控制。（07年）

2、干纺时，固化是由于（ ）的结果，成型过程同时取决于（ ）和（ ）的动力学。溶剂从纺丝线上除去有三种机理：（ ）、（ ）和（ ）。（04年） 3、干法纺丝线上，降速蒸发的传质受（A）控制。（06年） A、内部扩散 B、闪蒸 C、对流传质 D、A+B+C

4、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型过程分成三个区域，试分析三个区域进行的传热和传质的特点。（05年） 三、干纺初生纤维结构的形成

1、在干纺过程中，溶剂从丝条表面蒸发的速度E和溶剂从丝条中心扩散到表面的速度V的相对大小，即E/V决定了初生纤维断面形态结构的特征。E/V（D），纤维呈扁平状，近于大豆型或哑铃型。（08年）

A、≦1 B、稍﹥1 C、﹥1 D、》1

2、简述干纺初生纤维截面形态结构的主要影响因素及其对截面的影响规律。（07年）5 3、简述干纺初生纤维的结构特征及其形成的主要原因。（06年）

第五节 化学纤维拉伸原理

一、掌握拉伸的目的与意义

1、 简述各种初生纤维在拉伸过程中发生的结构和性能变化的共同点。（04年） 二、掌握拉伸的方式 三、掌握经典拉伸流变学理论

1、 聚合物的普弹形变是大分子主链的（ ）和（ ）受力后发生形变的反映，高弹形变是大分子链在引力的作用下，由（ ）构象转变为（ ）构象的宏观表现。塑性形变是聚合物在外力作用下，大分子链间产生（ ）的宏观表现。（04年） 四、掌握拉伸点的定义及拉伸点的控制

1、拉伸点：纤维在外力作用下，突然出现界面变细的细颈现象的点为拉伸点。

2、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？工业生产中一般采用什么措施来调节拉伸点的移动？（1）纤度；（2）出现毛丝；（3）强度、伸长不匀 五、掌握拉伸过程中应力－应变性质变化

1、掌握拉伸曲线的基本类型，初生纤维的结构及拉伸条件对拉伸性能、拉伸曲线的影响； （1）拉伸曲线的基本类型是（a）、（b）、（c），其中（c）型拉伸曲线上出现细径现象（02年）。

（2）除线密度、预取向度的影响外，其他哪些条件如何变化也可使初生纤维的应力－应变曲线形状发生由b-c-a型的转化？并简述对熔纺锦纶6卷绕丝在Tg附近进行拉伸时，卷绕丝预取向度的提高对应力－应变曲线形状的影响。（07年） 2、掌握拉伸过程中纤维结构与性能的变化

（1）在拉伸过程中，纤维的超分子结构发生深刻的改变，包括（取向）的提高，以及（晶态结构）的改变，除了机械性质外，拉伸导致（光学性质）的各向异性，以及（热传导）、（溶胀）和其他一些性质的各向异性。（05年）

（2）根据拉伸时所处的介质不同，纤维拉伸的方式一般有（ ）、（ ）、（ ）三种，纤维通过拉伸后加工工序，其超分子结构发生了深刻的改变，包括（ ）的提高以及（ ）的变化，熔纺初生纤维在Tg附近拉伸时的应力－应变曲线的形状基本属于（ ）型，随着初生纤维的预取向度的增大，该曲线形状向（ ）型转化，随着拉伸速度的增大，该曲线形状向（ ）转化。（06年）

第六节 化学纤维的热定型原理

一、掌握热定型的方式

1、名词解释：永定（04年）、松弛热定型

二、掌握纤维在不同热定型中的形变及内应力变化特征

1、根据热定型时纤维的收缩状态来区分，则有下列四种热定型方式：（ ）、（ ）、（ ）、（ ）。紧张热定型的特点时不可避免地会出现新的高弹形变，所以此种热定型之后，必须接着进行一次（松弛）热定型，以消除内应力。（04年）

2、定长热定型的实质是指在纤维长度和细度不变的情况下，让（ ）转变为（ ），并松弛（ ）。（07年）

3、 简述定长热定型的实质。（02年）

4、定长热定型的实质是在纤维长度和细度不变的情况下，（ ）（08年） A、让高弹形变松弛掉 B、让高弹形变转化为塑形形变 C、发展新的高弹形变和塑形形变 D、发展新的高弹形变 5、松弛热定型的实质是使纤维收缩，（ ）（06年） A、让高弹形变几乎全部松弛回复，并消除内应力； B、并发展新的高弹形变 C、并保留一部分高弹形变 D、让高弹形变转变为塑形形变

6、松弛热定型过程中，纤维的结构和性能发生了较大的变化，表现在结晶度有所（增加），取向度明显（降低）、纤维的长周期随着定型温度的升高而（增大），断裂强度有所（减小），断裂伸长有所（增大）。（02年）

三、掌握热定型过程中纤维结构和性能的变化

1、拉伸纤维热定型时，纤维的超分子结构发生明显变化：（密度和结晶度）增大，（双折射和分子取向）减小（松弛热定型时）或有所增大（紧张热定型时）；晶粒尺寸增大、完整性增加；长周期增大以及折叠链数目增加等。而拉伸纤维热定型时的结构变化，在很大程度上取决于热定型条件，主要是（温度）、（张力）、和（介质）等，改变这些工艺参数，可在一个宽广的范围内改变所得纤维的结构，从而改变其物理-机械性质。（05年） 2、简述热定型中纤维结构和性能的变化

四、掌握热定型机理：纤维热定型三个阶段的特点；

1、判断题：纤维热定型过程中，松懈阶段为真正的定型阶段。（07年）

第七节 化学纤维新型成型加工方法

1、Lyocell纤维为一种新型的纤维素纤维，它是采用（ ）纺丝工艺制得的。（07年） A 熔体 B 湿法 C干法 D干湿法

6、松弛热定型过程中，纤维的结构和性能发生了较大的变化，表现在结晶度有所（增加），取向度明显（降低）、纤维的长周期随着定型温度的升高而（增大），断裂强度有所（减小），断裂伸长有所（增大）。（02年）

三、掌握热定型过程中纤维结构和性能的变化

1、拉伸纤维热定型时，纤维的超分子结构发生明显变化：（密度和结晶度）增大，（双折射和分子取向）减小（松弛热定型时）或有所增大（紧张热定型时）；晶粒尺寸增大、完整性增加；长周期增大以及折叠链数目增加等。而拉伸纤维热定型时的结构变化，在很大程度上取决于热定型条件，主要是（温度）、（张力）、和（介质）等，改变这些工艺参数，可在一个宽广的范围内改变所得纤维的结构，从而改变其物理-机械性质。（05年） 2、简述热定型中纤维结构和性能的变化

四、掌握热定型机理：纤维热定型三个阶段的特点；

1、判断题：纤维热定型过程中，松懈阶段为真正的定型阶段。（07年）

第七节 化学纤维新型成型加工方法

1、Lyocell纤维为一种新型的纤维素纤维，它是采用（ ）纺丝工艺制得的。（07年） A 熔体 B 湿法 C干法 D干湿法

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