東華大學高分子材料成型原理復習材料

1、1- 1. 通用高分子材料主要有那幾大類？答：纖維、塑料、橡膠、膠黏劑、涂料1- 2. 高分子材料加工與高分子合成的區(qū)別？答：“高分子材料加工”定義為“對聚合物材料或體系進行 操作以擴大其用途的工程” ，它是把聚合物原材料經(jīng)過多道工序 轉(zhuǎn)變成某種制品的過程。 經(jīng)過高分子材料加工得到的制品在物理 上處于和原材料不同的狀態(tài)， 但化學成分基本相同； 而高分子合 成是指經(jīng)過一定的途徑，從氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的各種原料中得到 化學上不同于原料的高分子材料。1-3. 高性能纖維有哪些？答：低熱穩(wěn)定性，高強度纖維：高熱穩(wěn)定性，高強度纖維（200-300C）:對位芳綸、芳族聚 酯、雜環(huán)聚合物纖維高熱穩(wěn)定性、耐熱纖

2、維（W 350C）:間位芳綸、聚酰亞胺纖 維、高熱穩(wěn)定性、無機纖維:碳化硅纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖1-4. 判斷題經(jīng)過加工過程， 高分子材料在物理上處于和原材料相同的狀 態(tài)。1-5 選擇題高強高模聚乙烯纖維材料和纖維材料分別屬于 生態(tài)高分子材料和智能高分子材料 智能高分子材料和功能高分子材料 高性能高分子材料和生態(tài)高分子材料 功能高分子材料和高性能高分子材料為什么纖維素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法纖維素大分子中含有大量的基團， 由于氫鍵的作用， 使大 分子間作用力較大，這將導致熔融熱焓AH 較大；另一方面，纖 維素大分子中存在環(huán)狀結(jié)構(gòu)， 使分子鏈的剛性較大， 這將導致熔 融熵變較小。這

3、兩方面的原因使得熔融纖維素的溫度 (= H / S )將變得較高 , 而纖維素的分解溫度又相對較低，因此， 當加熱纖維素至一定溫度時， 會出現(xiàn)纖維素未開始熔融便已被分 解的現(xiàn)象， 因此， 纖維素材料的加工不能采用先熔融再成型的方 法。請闡述選擇聚合物溶劑的幾種實用方法及其適用范圍1. 可根據(jù)極性相近規(guī)律即極性的聚合物易溶于極性溶劑、 非極性的聚合物易溶于非極性或弱極性溶劑的規(guī)律來初步選擇 溶劑。2. 可根據(jù)溶度參數(shù)理論， 按照溶劑與聚合物的內(nèi)聚能密度 或溶度參數(shù)應盡可能接近的規(guī)則來選擇溶劑。(1) 對于非極性分子體系(即非極性聚合物與非極性溶劑體系)，可直接利用該規(guī)則選擇溶劑。一般來講，所選溶

4、劑與聚合物間的溶解度參數(shù)之差絕對值應小于 1.7 2.0。(2) 非極性混合溶劑的選擇一般也可利用該方法，其中，混合溶劑的溶解度參數(shù)s在混合前后無體積變化時可 按式中S ( X 1 V 1 S 1+x 2 V 2 S 2)/ (X 1 V 1+x 2 v 2)計算。X i i (1,2 )組分的摩爾數(shù)；一摩爾體積；S i 溶度參數(shù)。)(3) 對于極性分子或易形成氫鍵的體系，必須對溶度參數(shù)理論修正，應利用三維溶度參數(shù)(S d, S p, S h)、由聚合物 的三維溶度參數(shù)為球心通過作三維溶度參數(shù)圖來預測選擇溶劑。該方法對非極性聚合物 / 溶劑體系和極性聚合物 / 溶劑體系均適 用。3. 還可根據(jù)

5、高分子溶劑相互作用參數(shù)(哈金斯參數(shù))x1來半定量地判斷溶劑對聚合物的溶解性。般而言， X 1<0.5為良溶劑。2- 1 聚合物熔融有幾類主要方法？無熔體移走的傳導熔融有強制熔體移走的傳導熔融壓縮熔融耗散混合熔融利用電、化學或其它能源的耗散熔融方法2- 2 聚合物在螺桿擠出機中的熔融屬于哪種熔融方法？其熱量來源有幾種？聚合物在螺桿擠出機中的熔融屬于有強制熔體移走的傳導熔融，其熱量來源有機筒外壁的加熱器所產(chǎn)生的傳導熱和由剪切產(chǎn)生的剪切熱兩種。2-3 聚合物的溶解過程可分為溶脹 和溶解兩個階段。未經(jīng)修正的“溶度參數(shù)相近原則”適用于估計的互溶性。未經(jīng)修正的溶度參數(shù)理論適合非極性溶劑和非極性聚合物

6、 體系2- 4 具有的聚合物 - 溶劑體系由不相溶轉(zhuǎn)變?yōu)榛ト艿姆椒ㄓ?哪些?掌握聚合物-溶劑體系由不相溶轉(zhuǎn)變?yōu)榛ト艿姆椒–T林)(1恒溫下改變體系的組成(2)升高體系的溫度改變?nèi)軇┑慕M分r;TW3T：PX|awUCSTIFtsLJZ；圖從聚合徇轉(zhuǎn)變成落S所可籠采用前=種方法1-原來供:祖平働曲線龍-曙別改變后購祖平蘭曲緣2-5黏膠纖維生產(chǎn)中，為使纖維素黃酸酯在水體系中的溶Tl T LCST溫度較低時才能互溶例：纖刖E索堇峻酯三禮氣化訥冰涪液3- 1按混合形式分，混合可分為哪幾類？各自有何特點？按物料狀態(tài)，混合可分為液液、固固和液固混合。在聚合物加工中，液-液混合、液-固混合是最主要的混合形式。

7、例：聚合物共混、添加劑改性按混合的形式#可將混合分為非分散混合（nondispersivemixing） 和分散混 （dispersive mixing） 非分散混合：分散粒子通過位置的變化增加在混合物中空間分布的均 勻性但不減小粒子初始尺寸料度不變）ngsjsF ：吋tV；« 為T Lim分散混合:粒子既有粒度的變化又有位置的變化，.3- 2按照混合理論，混合涉及到擴散的哪幾種基本運動形式？在聚合物加工中，以哪種形式為主?按照混合理論，混合涉及分子擴散、渦旋擴散（紊流擴散）及體積擴散（對流混合）三種基本運動形式。3- 3混合過程發(fā)生的主要作用包括哪些剪切< 分制剪切由站牲苗切

8、和夕劇前 切合成的醫(yī)絆剪切擠壓（壓縮） 拉伸分流 合并和置換 聚集3- 4將低粘度的少組分混合到高粘度的多組分中比將高粘度的少組分混合到低粘度的多組分中更困難高粘度的少組分混合到低粘度的多組分中比較困難低粘度的少組分混合到高粘度的多組分中相對容易3- 5分散混合過程是通過哪些物理-力學和化學作用來實 現(xiàn)的？(答案見第二版書P614(2)71拉誦$耘那和則切$3皿辿堪分就Q，扌利申i?Ii勸(b)勢訶流動4- 1剪切流動指流體質(zhì)點的運動速度僅沿著與流動方向垂拉伸流動：流體質(zhì)點的運動速度 僅沿著流動方向發(fā)生變化(重世于*動方向HI尋b剪切流動：流體質(zhì)點的運動速度 僅沿著與流動方向垂直的 方向發(fā)生變

9、化.4-2聚合物熔體切力變稀的可能原因有哪些?13聚乙烯熔體的流動曲線OJ1U-IIUM亠o.fe3.聚合物流體切力變稀的原因分子a間纏結(jié)點的解除擬網(wǎng)結(jié)皆愛論：聚合物流體中的 嵋結(jié)點具有麟i性.可不斷拆嵌和變 it.并在塢一特定條件下達到動態(tài) 平衡，RJb.此種沆徉可肴戍瞬龍 閥絡體系.rfff) t-纏結(jié)點濃度Jf T|jii(2)大分子鏈段取向效應i Tt B段取向t ifi層間牽曳力1ml門)大分子鏈的脫溶劑化(濃溶液情況) 聚合物濃溶液：打“脫溶劑化T大分子鏈有效尺寸I(1)穩(wěn)態(tài)流動fl線Ig n =lgK-(nd)lgr幕律定律a- K J'" = q, r4- 3

10、 切力變稀流體的極限牛頓黏度大于其零切黏度Ig G=lgK+nlgfIg尸唸IV也f4- 4切力變稀流體的(7 ?曲線的斜率即為非牛頓指數(shù)4-5 當聚合物相對分子質(zhì)量及其分布、濃度、溫度變大或 變高時，對應聚合物流體的剪切黏度一般是增大還是減??？相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量分布溶液濃度溫度4- 6 影響聚合物流體拉伸粘性的因素有哪些拉伸應變速率 溫度分子量及其分布 混合4- 7 聚合物流體彈性主要是由體系內(nèi)能變化所致的么聚合物流體彈性既有內(nèi)能變化的貢獻 , 又有構(gòu)象變化的貢獻 （ 熵彈性 ）4-8 當聚合物相對分子質(zhì)量、 溶液濃度、 溫度、剪切速率、 口模長徑比變大或變高時， 對應聚合物流體的彈性

11、一般是增大還 是減??？1. 分子量的影響2. 溫度的影響TT,有利于內(nèi)應力松弛 流體彈性能儲存量（出口模時）J, 彈性表現(xiàn)程度J3. 聚合物溶液濃度的影響法向應力差效應T4. 剪切速率的影響法向應力差(7 1-1 (7 22=1(?) ?2) T,脹大比T彈性能儲存T,彈性T5. 口模長徑比的影響毛細管直徑dT彈性效應J長徑比T（ D一定）有利于松弛彈性表現(xiàn)程度J4-9聚合物流體流過直徑為D長度為L的圓形口模時，若測定出的口模兩端壓力降為 P則圓形口模壁處（距圓形口模軸心2處）的剪切應力12） w為D 4L。若考慮末端效應，該值將變?。ㄌ崾?，此處選擇填寫“大”或“小”）4-10實際生產(chǎn)中，若原

12、料性質(zhì)及噴絲板尺寸已固定，可通過調(diào)整哪些工藝條件來減弱孔口脹大效應?適當提高紡絲溫度、降低泵供量（剪切速率）。作業(yè)題:1.什么是剪切流動、拉伸流動、表觀粘度、零切粘度、極限牛頓粘度、拉伸粘度和結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)?剪切流動：流體質(zhì)點的運動速度僅沿著與流動方向垂直的方 向發(fā)生變化。拉伸流動:流體質(zhì)點的運動速度僅沿著流動方向發(fā)生變化 （垂直于流動方向相等）。表觀粘度：聚合物流體剪切應力12與剪切速率？的比值 （712/ ?稱為表觀粘度n a。非牛頓流體的表觀粘度隨剪切速率 ?而變。零切粘度：在流動曲線中，聚合物流體在 ？ 0 時的流動 是牛頓型的，對應的表觀粘度na與？無關(guān)且趨于常數(shù)，稱為零 切粘度n 0

13、。極限牛頓粘度：在流動曲線中，聚合物流體在?較大時的流動通常為非牛頓型的，但繼續(xù)提高？即？ S時，流體則表 現(xiàn)為牛頓流動，對應的表觀粘度na又與？無關(guān)，稱為極限牛頓 粘度n。拉伸粘度：拉伸粘度用來表示流體對拉伸流動的阻力。在穩(wěn)態(tài)簡單拉伸流動中，拉伸粘度ne可表示為：n 11/ ?式中11-聚合物橫截面上的拉伸應力，？一拉伸應變速率結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)構(gòu)粘度指數(shù) n定義為:<11n =-()X 102，該值可用以表征聚合物濃溶液結(jié)構(gòu)化的程度。2. 造成聚合物流體切力變稀的可能原因有哪些（1）大分子鏈間纏結(jié)點的解除?( )T,纏結(jié)點濃度J（2）大分子鏈段取向效應? T,鏈段取向T 流層（3）大分子鏈

14、的脫溶劑化（濃溶液情況）聚合物濃溶液：（7t,脫溶劑化T大分子鏈有效尺寸J5-1課堂作業(yè)一根450米長的纖維重0.1克，將其進行拉伸性能分析，得 知纖維的斷裂強力為 0.098牛頓（N）,求該纖維線密度（分別以 特和旦表示）及相對強度（分別以 和表示）。- 纖細盤饒準'J = ZNH"忙 水 =0.2222牛護+TI1- =0.2222牛寺 X 9 t 1/片/ = 2 I 1O.2222zc<v0-098 X 1 OOcTV H,=4.4 If/V / fZrg0.2222 X lOt/zeA'5- 2根據(jù)的可紡性理論，決定最大絲條長度X *的斷裂機 理至少有

15、哪幾種?斷裂機理至少有兩種，一種是內(nèi)聚破壞（內(nèi)聚斷裂，脆性斷裂）,另一種是毛細破壞。5- 3濕法紡絲時，上述兩種機理中哪種是紡絲線絲條斷裂的主要機理？對于濕法紡絲，因表面張力小，故內(nèi)聚破壞是紡絲線絲條斷 裂的主要機理。5- 4 紡絲流體擠出細流類型通常有哪幾種 ?其中的哪一種屬 于正常的類型 ?液滴型漫流型脹大型破裂型脹大型是正常的類型5-5 實際紡絲過程中，紡絲流體從口模中擠出時，可采取哪 些措施來調(diào)整流體擠出類型由液滴型向漫流型轉(zhuǎn)變？1)增大泵供量(V0 t ) , 2) T j( nt) , 3)噴硅油(aj)5- 6 實際紡絲過程中，紡絲流體從口模中擠出時，可采取哪 些措施來調(diào)整流體擠

16、出類型由漫流型向脹大型轉(zhuǎn)變？1)增大泵供量(V0 t ), 2) T j( nt) , 3)噴硅油(aj)5-7熔紡中從噴絲頭至距噴絲頭 X處的一段紡絲線（暴露于空氣介質(zhì)）上受到哪些軸向力？熔紡中從噴絲頭至距噴絲頭X處的一段紡絲線上的軸向力 平衡方程式為：(X) = (0) + + +式中：（X）為在處紡絲線所受到的流變阻力;0）為熔體細流在噴絲孔出口處作軸向拉伸流動時所克服的流變阻力;為紡絲線在紡程中需克服的表面張力;為使紡絲線作軸向加速運動所需克服的慣性力;為空氣對運動著的紡絲線表面所產(chǎn)生的摩擦阻力;為重力場對紡絲線的作用力。5-8 熔紡中橫向吹風時絲條的傳熱系數(shù)是否與縱向吹風時相同？不相

17、同 , 橫向吹風時絲條的傳熱系數(shù)為縱向吹風時的兩倍。5-9 在熔紡且恒速橫向吹風時，上段和下段紡絲線冷卻過 程分別受哪種主要因素控制？在上段紡絲線，冷卻過程受冷卻吹風速度控制;在下段紡絲線，冷卻過程決定于絲條速度 . （如高速紡）5-10 影響熔體紡絲線上冷卻長度 的最重要因素通常是哪 個因素（限無相變熱時）？絲條的傳熱系數(shù)a *影響最大可合理設(shè)計紡程長度（緊湊短 程紡）5-11熔紡過程中有哪幾種取向機理？卷繞絲的取向度主要 是由哪種取向貢獻的?噴絲孔中的剪切流動取向紡絲線上的拉伸流動取向（卷繞絲的取向度主要是紡絲線 上拉伸流動的貢獻）紡絲線上的拉伸形變?nèi)∠?-12熔紡過程中,對于紡程上發(fā)生結(jié)

18、晶的聚合物，可以將凝固浴中凝固劑向原液細流內(nèi)部的擴散；原液中的溶劑向凝取向度沿紡程的分布劃分為哪幾個區(qū)？各區(qū)的有何特征?以超咼速紡為例:近噴頭的流動形變區(qū): n較?。?？不大T高 ne小，解取向大） n蟲 7距噴頭一定距離的結(jié)晶取向區(qū) :n陡增（細頸，（7 TT,取向大，晶核形成，結(jié)晶加速，導致微晶取向）取向誘導結(jié)晶近固化區(qū)的塑性形變區(qū)：略增后趨于飽和（n e（T已不足以使大分子大幅度取向；結(jié)晶過程已完成；但空氣阻 力的存在使7繼續(xù)增加，纖維冷拉，其結(jié)構(gòu)和性能仍有變化）5-13濕法紡絲中，原液細流在凝固浴中的雙擴散過程指哪 兩種擴散?固浴的擴散。5-14濕法成型一般是采用較大的噴絲頭正拉伸嗎？其

19、絲條 的主要斷裂機理是哪一種？不是。濕紡中，當紡絲原液從噴絲孔擠出時，原液尚未固化，紡絲線的抗張強度很低，不能承受過大的噴絲頭拉伸， 故濕法成 型通常采用噴絲頭負拉伸、 零拉伸或不大的正拉伸。 內(nèi)聚斷裂是 濕紡絲條的主要斷裂機理。5-15分析具有水平凝固浴的濕法紡絲線上的力平衡時，哪些力的特點與熔紡時有所不同?韻重力Fg=/ gp-p5=)cosw 皿'dx=604ruthb)表面張力F*Fs=2ttR0-Ri<J k 惡略，A®紡程優(yōu)(:熾性力F,=W(V,.V)f 3凈質(zhì)#通量由內(nèi)向外時.AF,M),即斤t (同干紡F=F,(fifc+AlF, L當沖質(zhì)Hft由外向

20、內(nèi)時，AF50, HPF. i除髙通紡外，通的滉炕F*可翹賂底葦擦陽力齢"K dVbFt幾鶯=)r_tund,dx X X7尸為粧固浴的粘度:力齊翹略紡建線上某童力的作用時F心戶F盧F0)5-16濕法紡絲線上絲條皮層的取向度大還是芯層的取向度大？簡述理由。施加于濕法紡絲線上的張力主要集中于皮層上產(chǎn)生單軸拉伸形變，導致皮層的取向度 >>芯層（由單軸拉伸流動所致）的取 向度5-17表征濕法成型中擴散過程（速率）的基本物理量有哪三個?5-18 三元相圖中，大致可分為四個區(qū)域。從熱而言，其中的哪些區(qū)紡絲細流是可以固化成絲條的？/& 39 P-S N三禿悴篥«卩&

21、#171;圖學可能性S傳質(zhì)通量J、擴散系數(shù)D、固化速率參數(shù)紡絲以哪一區(qū)居多?在區(qū)是不能紡制成纖維的。在、和區(qū)的原液細流能夠固化。從纖維結(jié)構(gòu)的均勻性和機械性能看 以區(qū)成形的纖維最為優(yōu)良 通常的濕法紡絲以區(qū)為多。5-19濕法紡中影響絲條橫截面形狀的主要因素?傳質(zhì)通量比（） 固化表面層硬度 噴絲孔形狀5-20 采用圓形噴絲孔進行濕法紡絲時，可能形成非圓形截 面纖維么？為什么？采用圓形噴絲孔進行濕法紡絲時， 是有可能形成非圓形截面 纖維的。這是由于濕法紡中絲條橫截面形狀除受噴絲孔形狀影響外，還受溶劑的通量 () 和沉淀劑的通量 () 的比值 (即傳質(zhì)通量比， ) 時，皮層和芯層變形性的差異將導致纖維橫

22、截面崩潰從而形成非 圓形截面。和固化表面層硬度等因素影響。當/ >1 并具有堅硬的皮層和固化表面層硬度對濕法紡初生纖維橫截面形狀的影響當 / <1 時，絲條溶脹，纖維的橫截面是圓形的。當 / >1 時，則橫截面的形狀取決于固化層的力學行為：柔軟的表層收縮的結(jié)果導致形成圓形的橫截面；具有堅硬的皮層時， 皮層和芯層變形性的差異將導致橫截面崩潰形成非圓形。5-21 上述問題中 , 以選擇不同溶劑的纖維生產(chǎn)為例， 進一步 展開說明。纖維生產(chǎn)時， 若采用無機溶劑， 由于其固化速率參數(shù)一般小 于有機溶劑， 通常傳質(zhì)通量比 / <1 ，因此纖維的橫截面形狀為 圓形。若采用有機溶劑，/

23、> 1,且皮層的凝固程度高于芯層， 芯層收縮時皮層相應的收縮較小， 因此纖維的橫截面形狀易呈現(xiàn) 非圓形。5-22溶劑從干法紡絲線上除去有哪幾種機理?溶劑從干法紡絲線上除去有三種機理:溶劑閃蒸（快速大量揮發(fā)）；溶劑從紡絲線內(nèi)部向表面的擴散;溶劑從紡絲線表面向周圍介質(zhì)的對流傳質(zhì)。5-23干法紡絲條截面形狀的結(jié)構(gòu)特征可用哪個值來表征?其大小與截面形狀一般有何對應關(guān)系?'鬥1 -潯刑從堆載娜業(yè)擴抵到朝面購尬度W1 的丁個形I近梅花形=>=>1呈扁平狀，近于大豆形或匪鈴形5-24 通常情況下，如何調(diào)整初生纖維結(jié)構(gòu)和拉伸條件有望使應力-應變曲線發(fā)生由b型向c型甚至a型（或d型）的 轉(zhuǎn)變?提高初生纖維的結(jié)晶度降低初生纖維的預取向度增大初生纖維的線密度降低初生纖維中大分子活動性（如增加溶劑或其他起增塑作 用的小分子物質(zhì)含量）降低拉伸溫度提高拉伸速度（形變速率）可以使應力-應變曲線發(fā)生由b型向c型甚至a型（或d型） 的轉(zhuǎn)變。5-25 定長熱定型的實質(zhì)是在纖維長度和細度不變的情況下，。 讓高彈形變?nèi)克沙诨貜?，并消除?nèi)應力 發(fā)展新的高彈形變 讓高彈形變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，并松弛?nèi)應力 發(fā)展