高分子材料加工工艺学I 复习题 答案

高分子材料加工工艺学复习题

1、 按纺丝速度的高低，聚酯纺丝技术路线可分成哪四个类型？P25

1） 常规纺丝：纺丝速度1000~1500m/min，其卷绕丝为未拉伸丝，通称UDY （undrawn yarn）。

2） 中速纺丝：纺丝速度1500~3000m/min，其卷绕丝具中等取向度，为中取向丝，通称MOY

（medium oriented yarn）。

3） 高速纺丝：纺丝速度3000~6000 m/min，纺丝速度4000 m/min以下的卷绕丝具有较高的取向

度，为预取向丝，通称POY(pre-oriented yarn)。若在纺丝过程中引入拉伸作用，可获得具有高取向度和中等结晶度的卷绕丝，为全拉伸丝，通称FDY(fully drawn yarn)。

4） 超高速纺丝：纺丝速度6000~8000 m/min。卷绕丝具有高取向度和中等结晶结构，为全取向

丝，通称FOY （fully oriented yarn）。

2、 合成PET 的原料（单体）是什么？写出直接酯化法合成聚对苯二甲酸乙二酯的主要化学反

应式。P11,P13 分子式自写

单体：对苯二甲酸双羟乙二酯（BHET ）

直接酯化法即将对苯二甲酸（TPA ）与乙二醇（EG ）直接进行酯化反应，一步制得BHET 。BHET 缩聚脱除EG 生成PET 。

反应式：

3、聚酯切片干燥的目的是什么？其干燥机理是什么？ P20 P20~21 目的 1）除去水分。在纺丝温度下，切片中的水分存在使PET 大分子的酯键水解，聚合度下降，纺丝困难、质量降低；少量水分汽化造成纺丝断头。

2）提高切片含水的均匀性，以保证纤维质量均匀。

3）提高结晶度及软化点，防止环结阻料。 机理1）切片中的水分 PET 大分子缺少亲水性基团，吸湿能力差，通常湿切片含水率

2）切片的干燥曲线 切片干燥包括两个基本过程：加热介质传热给切片，使水分吸热并

从切片表面蒸发，水分从切片内部迁移至切片表面，再进入干燥介质中。这两个过程同时进行，因此切片的干燥实质是一个同时进行传质和传热的过程，并伴随高聚物的结晶度和软化点变化。干燥曲线可知：①切片的含水率随干燥时间延长而逐步降低到平衡。②干燥速度与T 、t 有关，T 升高，V 升高，140℃时最快。③后期曲线平缓

3）切片干燥过程的结晶 由于PET 分子链的结构具有高度立构规整性，所有的芳环几乎处于同一平面上，因而具有紧密堆积的能力与结晶倾向。结晶对切片干燥速度有很大影响。通常情况下，结晶会使干燥速率迅速大幅度下降。

4、螺杆挤压机按几何分段可分哪三段？各段的作用是什么？P26、原理ⅡP262

理解名词术语：螺杆的长径比、压缩比 P26~27

三段：进料段、压缩段和计量（均化）段。

作用：①进料段：对物料进行输送和预热，使物料受压、受热前移；②压缩段：压实物料、使物料熔融，排除物料中的空气；③计量段：使熔体进一步塑化均匀，并将料流定量、定压地送入机头，使其在口模中成型。

螺杆的长径比（L/D）：指螺杆工作长度（不包括鱼雷头及附件）与外径之比。物料在这个长度上被输送、压缩和加热熔化。 螺杆的压缩比：螺杆的压缩作用以压缩比i 表示。而螺杆压缩比是指螺杆的加料段一个螺槽的容积与均化段（计量段）一个螺槽容积的比值。熔体纺丝用螺杆常用压缩比为3~3.5。

5、何谓纤维的假捻变形？摩擦假捻变形机生产变形纱的机理是什么？PET-DTY 弹性机理是什么？ P49 假捻变形：利用纤维的热塑性，通过假捻器使纤维加捻，热定型和

解捻，从而使纤维具有高度卷曲蓬松的形状。 摩擦假捻变形机生产变形纱的机理：当固定丝的一端，使另一端旋

转时，则可实现丝条的加捻加工。若固定丝的两端，握持住中间加

以旋转，则以握持点为界，在握持点上、下两端的丝条得到捻向相

反而捻数相等的捻度（n 和-n ），而在整根丝上的捻度为零，此种状

态在动力学上称为假捻。如果丝条以一定速度v 运行，则在握持点

以前的捻数为n/v，在握持点以后，以相反捻向（-n/v）移动。因此

在握持点以后区域中的捻数为零。

而摩擦式加捻器的握持方法常用三轴重叠盘，把丝直接压在数组圆盘的外表面上。由于圆盘

的高速旋转，借助其摩擦力使丝条加捻。在假捻器上方，丝被加捻；而在假捻器下方，丝被解

捻。

？？PET-DTY 弹性机理：加捻复丝在解捻时，各根单丝可回到原始状态，但它们在加捻时形成的螺旋形结构已经由热处理而定型，并保存下来。然而，由解捻作用对加捻复丝施加反方向扭矩时，会使各单丝产生内应力，加捻热定型后的解捻结果，使长丝纱各单丝呈正反螺旋状交替排列的空间螺旋弹簧形弯曲状态，从而使各复丝直径增大，蓬松度提高。由于形成的螺旋可被拉直，故变形丝在负荷的作用下有很大的伸长形变。当外力负荷去除时，由于内应力作用又使各单丝回复到初始螺旋状弯曲状态。

6、试述涤纶网络丝的加工原理。P52

网络丝是指丝条在网络喷嘴中，经喷射气流作用，单丝互相缠结而呈周期性网络点的长丝。 网络原理：当合纤长丝在网络器的丝道中通过时，受到与丝条垂直的喷射气流横向撞击，产生与丝条平行的涡流，使各单丝产生两个马

鞍形运动和高频率振动的波浪形往复。合

纤长丝首先松开，随后整根丝条从网络喷

嘴丝道里通过，折向气流使每根单丝不同

程度地被捆扎和加速--丝道中间最大，丝道

侧壁的则较弱，当速度不同的单丝在丝道

内相汇合时，便发生交络、缠结，产生沿

丝条轴线方向上的缠结点。由于不同区域

涡流的流体速度不同，从而形成了周期性

的网络间距和结点。

网络喷嘴有开启式和封闭式之分，其中包括单孔和复孔。

7、何谓“易染色”纤维？ P58

所谓“易染色”纤维是指它可用不同类型的染料染色，且在同类染料染色时，染色条件温和，色谱齐全，色泽均匀及色牢度好。

8、己内酰胺的水解聚合机理是什么？其切片为什么要进行萃取处理？ P69 P70 水解聚合机理：

整个聚合过程反应过程中同时存在加聚反应和缩聚反应，二者的相对重要性则依赖于各种因素。每一个己内酰胺大分子的形成都通过下列三个阶段：链的引发、链的增长、链的终止。主要化学平衡包括：己内酰胺的引发；通过加成聚合和缩聚使链结增长；通过酰胺键的交换使相对分子质量重新分布；单体和低聚物的再生成。

为何萃取：萃取等纺前准备，可以除去切片中大部分单体和低聚物，并通过干燥降低切片的含水率，避免聚酰胺熔融时发生水解，使纺丝得以正常进行。

9、为什么聚酰胺6民用丝可用室温拉伸？而帘子线则用热拉伸工艺？ P85~86

一般拉伸温度要求高于玻璃化温度，并低于软化温度。温度过高时，大分子解取向的速度很快，不能得到稳定的取向结构。聚酰胺6纤维的玻璃化温度约为35~50℃(较低) ，熔融温度约为

215~220℃，由于民用丝要求有一定延伸度，柔软而且有弹性，染色性好，因此拉伸倍数选择较低，所以可在室温下拉伸。

由于聚酰胺6帘子线要求断裂强度高、抗冲击负荷性能优异、耐疲劳强度高以及与橡胶的附着力好等优良性能。需采用较高倍数的拉伸，为了降低拉伸所需的张力，并使拉伸均匀，需采用热拉伸。

10、丙纶纺丝冷却成型工艺，侧吹风温以偏低为好。为什么？ P110~111

成型过程中的冷却速度对聚丙烯纤维的质量有很大影响，若冷却较快，纺丝得到的初生纤维是不稳定的碟状结晶结构；若冷却缓慢，则得到的初生纤维是稳定的斜晶体结构。冷却条件不同，初生纤维的晶区大小及结晶度也不同。当丝室温度较低时，成核速度大，晶核数目多，晶区尺寸小，结晶度低，有利于后拉伸。实际生产中，丝室温度以偏低为好。采用侧吹风时，丝室温度可为35~40℃；环吹风时可为30~40℃，送风温度为15~20℃，风速为0.3~0.8m/s

11、丙纶短程纺的设备特点是什么？一般适合做什么品种？ P116 P109 设备特点：冷却效果好，纺丝细流的冷却长度较短（0.6~1.7），没有纺丝甬道，纺丝丝仓、上油盘以及卷绕机构在一个操作平面上，设配高度大大降低，并相应降低了空调量和厂房的投资。 品种：细旦或卫生巾用非织造布，地毯，针刺地毡，产业用纺织用丝、地毯，产业用纺织品，高级卫生用非织造布，高强丝，过滤织物。

12、试述纺粘法、水刺法非织造布的工艺原理和加工过程。 P119-120 纺粘法工艺原理：用化学纤维纺丝方法（熔融纺丝方法或溶剂纺丝方法等）形成长丝，在纺丝过程中直接铺放在运动着的凝网帘上，形成纤网的方法，有时存在自粘合作用。 纺粘法加工过程：切片混合→熔融→过滤→计量纺丝→冷却拉伸→铺网→加固→冷却定型→修边成卷 水刺法工艺原理：利用许多极细的高压水流对纤网垂直喷射，使纤网中纤维相互缠结而得到加固。

水刺法加工过程：纤维原料→开松混和→梳理→交错铺网→牵伸 →预湿（水循环处理）→正反水刺→后整理→烘燥→卷绕

13、三元共聚聚丙烯腈纤维中三种单体的作用是什么？P132

第一单体（丙烯腈88%-95%）：作为基体，是纤维结构的基础，提高结晶度和强度。

第二单体（4%-10%）：降低PAN 的结晶性，增加纤维的柔软性，提高纤维的机械强度、弹性和手感，提高染料向纤维内部的扩散速度，在一定程度上改善纤维的染色性。

第三单体(0.3%-2%)：引入一定数量的亲染料基团，以增加纤维对染料的亲和力，可制得色谱齐全，颜色鲜艳，染色牢度好的纤维，并使纤维不会因热处理等高温过程而发黄。

14、腈纶湿法成型初生纤维为何要进行干燥致密化？其机理是什么？致密的条件是什么？ P160 原因：因为初生纤维经拉伸后，超分子结构已经基本形成。但是对于湿法纺丝得到的聚丙烯腈纤维而言，由于在凝固浴过程中溶剂和沉淀剂之间的相互扩散，使纤维中存在为数众多、大小不等的空间及裂隙结构。由于这种结构的存在，造成纤维的透光率低（失透或泛白），染色均匀性及物理—力学性能差。因此，必须通过干燥去除纤维中的水分，使纤维中的微孔闭合，而空洞及裂隙变小或部分消失，使其结构致密，均匀，以制得具有实用价值的高质量腈纶。 机理：在适当温度下进行干燥，由于水分逐渐蒸发并从微孔移出，在微孔中产生一定的负压，即有毛细管压力。而且，在适当温度下，大分子链段能比较自由地运动而引起热收缩，使微孔半径相应发生收缩，微孔之间的距离越来越近。导致分子间作用力急剧上升，最后达到微孔的融合。

生的毛细管压力，才能使空洞压缩并融合。

15、合成聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯的原料单体有哪些？聚氨酯弹性的原因是什么？p198-199 原料：1）二异氰酸酯，一般选用芳香族二异氰酸酯，如二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯（MDI ）或2,4-甲苯二异氰酸酯（TDI ）

2）二羟基化合物 一般选用相对分子质量为800-3000，分子两个末端基均为羟基的脂肪族聚酯或聚醚。脂肪族聚酯由二元酸和二元醇缩聚制得，如聚己二酸乙二醇酯，脂肪族聚醚用环氧化合物水解开环聚合制得，如聚四亚甲基醚二醇。

3）扩链剂 大多数扩链剂选用二胺类（由芳香族二胺制备的纤维耐热性好，脂肪族二胺制备的纤维强力和弹性好），二肼类（耐光性较好，但耐热性下降）或二元醇。

4）添加剂 一般添加抗老化剂、光稳定剂、消光剂、润滑剂、颜料等添加剂。

弹性原因:聚氨酯纤维的分子结构是由分子间作用力较弱的、链段长度较长的脂肪族聚醚或聚酯镶嵌单元（软段）与分子间作用力较强、链段较短的芳香族二异氰酸酯嵌段单元（硬段）组成的线型共聚体。软段具有足够高的相对分子质量、良好的柔顺性和较低的玻璃化温度，为纤维

提供弹性基团。而硬段起着支撑骨架的作用，具有一定的刚性。

16、理解英文缩写：UDY 、MOY 、POY 、FDY 、FOY 、HOY 、TCS 、BCF 、DT 、DTY 、ATY 等产品的生产方法。 P25/41/48/49/53/85/91

UDY （undrawn yarn）未拉伸丝：常规纺丝法

MOY （medium oriented yarn）中取向丝：中速纺丝法

POY(pre-oriented yarn) 预取向丝：高速纺丝法

FDY(fully drawn yarn) 全拉伸丝：高速纺丝法

FOY （fully oriented yarn）全取向丝：超高速纺丝法

HOY （high oriented yarn）高取向丝：超高速纺丝法

TCS （thermal channel spinning）全拉伸丝：热管纺丝法 对已完成冷却定型的丝束进行再加热，利用受热丝束的热塑性和惯性，再较高的纺丝速度下，对丝束进行拉伸和定型。

BCF 膨体(变形) 长丝 采用SDTY 法，即纺丝、拉伸和喷气变形加工一步法连续生产 DT 拉伸加捻丝 在同一设备（DT 机）上完成，以拉伸为主并给予少量捻度。

DTY 假捻变形丝 利用假捻连续工艺，将拉伸和假捻变形连续进行，完成对复丝加上高捻度，热定型和解捻。

ATY 空气变形丝 以POY 或FOY 为原丝，通过特殊的喷嘴，让单丝在空气喷射下弯曲成圈装结构，环圈和线圈缠结在一起。形成的环圈丝部分拉断后就变成空气变形丝。

17、掌握涤纶、锦纶、丙纶、腈纶、氨纶等纤维的典型特性。理解线密度的意义P56 P93 P105 P124 P138 P169 P207

涤纶：强度高、耐冲击性好，耐热，耐腐，耐蛀，耐酸不耐碱，耐光性很好（仅此于腈纶），吸

湿性很差，染色困难，织物易洗快干，保形性好。具有“洗可穿”的特点。

锦纶：最结实耐磨，密度小，织物轻，弹性好，耐疲劳，化学稳定性好，耐碱不耐酸，耐日光

差，织物久晒变黄，强度下降。吸湿性差（比腈纶，涤纶好）。耐微生物性好。

丙纶：很轻，几乎不吸湿，良好的芯吸能力，强度高，制成织物尺寸稳定，耐磨弹性好，化学

稳定性好，热稳定性差，不耐日晒，易老化脆损，保温性能好。

腈纶：耐日光性和气候性最好，热弹性，吸湿差，染色难。较高的热稳定性。相对密度小（手

感好，蓬松性）

氨纶：线密度小，强度大，延伸性好，弹性最好，有较好的耐光，耐酸，耐碱，耐磨性，易于

染色。手感柔软。 线密度：长度质量（g/km)。用纤维或纱线质量除以它的长度就可以得到线密度。纤维的

线密度是指纤维的粗细程度。线密度是纤维很重要的物理特性和几何特征之一，它不仅影响纺织加工和产品质量，而且还与织物的服用性能密切相关。同样，线密度也是纱线最重要的指标。纱线的线密度影响到纺织品的物理机械性能、手感、风格等，它也是进行织物设计的重要依据之一。

18、根据销售计划，某生产线生产268dtex/72F POY，纺丝速度3200m/min，卷绕丝满卷重量12kg 。设定POY 的上油率为0.40% ，油剂乳化液浓度为12%。

已知生产线有12个纺丝位，每一纺位有8个丝筒；现有纺丝计量泵规格为2.4cc/r，油剂泵规格为0.06 cc/r。计算：

①纺丝泵供量（克/分钟），②落筒时间（分钟），③理论日产量（公斤/天·线）。

解：

W=Ntex×V L ÷1000 =268/10tex×3200m/min÷1000=85.76g/min

t=12kg/W=12×1000g ÷85.76g/min=139.9min

W 产量=W×T ×N 丝筒=85.76g/min×24×60min ×12×8/1000=11855.5公斤/天·线