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1、2014年高技术纤维期末试卷1. 简述细旦和超细旦纤维的纺丝方法？ 答：（1）直接纺丝法：可纺制0.5-1d的细旦丝。（2）复合纺丝法：海岛纺丝0.1-0.001d 剥离法 最细至0.1d（3）混合纺丝法：最细至0.0001d（4）静电纺丝法：最细至几十微米直径2. 简述UHMWPE溶液在冻胶纺丝超倍拉伸过程中分子形态的变化。答：过程中分子形态的变化如下:超长分子链从初生态堆砌和分子链间及分子链内部缠绕转变成解缠大分子链 初生冻胶纤维 折叠链片晶和分离的微纤运动，片晶叠转化为纤维结构 运动的折叠链片晶开始熔化，分离的微纤逐渐聚集 聚集的微纤分裂，熔化的折叠链片晶解体，在拉伸力的作用下重排成伸直
2、链结晶。3. 制备PAN基碳纤维的工艺流程主要包括哪些步骤？答：工艺流程主要包括：聚合、纺丝、预氧化、炭化、表面处理、上浆等工艺环节。4. 高技术纤维中高性能和功能纤维通常分别指的是哪些纤维？答： 高性能纤维一般具有比普通纤维高很多的强度和模量、有优异的耐高温性能、难燃性及突出的化学稳定性。它是第三代合成纤维。高性能纤维的主要品种有：碳纤维、芳纶、芳砜纶、聚酰亚胺、聚苯硫醚（PPS）、高强涤纶（DSP）、高分子量聚乙烯、和高强聚乙烯醇纤维等。 功能纤维是指具有特种功能的纤维，主要品种是：（1）防护功能纤维（主要有阻燃、防紫外线、抗静电、抗辐射等）；（2）物质分离功能纤维（主要有中空纤维分离膜、
3、离子交换纤维、吸附纤维等）；（3）生物医学功能纤维（主要有甲壳素、中空纤维膜等）；（4）卫生保健功能纤维（主要有抗菌、防臭、消臭、香味、保温蓄热、远红外、负离子、高吸水等）；（5）传导功能纤维（主要有光导纤维、导电纤维、超导纤维等）；（6）智能纤维及其他功能纤维（仿生、超高吸水纤维等）。5. 异形纤维主要有哪几类?有哪些制法？答：异形纤维分类：异形纤维是用异形喷丝孔纺制的非圆形横断面的合成纤维，异形纤维的断面有三角形、五角形、三叶形、多叶形、哑铃形、椭圆形、L形、藕形以及圆中空和异形中空等多种。制法：（1）异形喷丝孔法纺丝液从喷丝板挤出的一刹那，是纤维截面成型的关键。因此，将喷丝孔按所要求的截
4、面进行加工，纺丝液从异形孔中喷出后，逐渐凝固成异形。将喷丝孔加工成与所要求的纤维截面形状相似的纺丝方法。这也是最普通的使用的方法。（2）膨化粘着法纺丝液被挤压离开喷丝孔的瞬间，由于压力突然降低，会发生膨化，而此时的纺丝液尚未凝固，因而相邻部分就会粘接，纤维截面随之改变。中空、多孔纤维常用此法加工。目前，这种方法也得到了国际异形纤维生产厂家的广泛的应用。 （3）复合纤维分离法将两种或两种以上的成纤高聚物制成可分离型复合纤维以后，在后加工过程中通过机械剥离各组分或者用溶剂溶掉某组分而获得异形纤维的方法。（4）轧制法类似冶金工业中的轧钢。纺丝熔体经喷丝孔挤出后，趁尚未完全固化时，用特殊热辊挤压成型。
5、（5）孔形（径）变化法用两块重叠的喷丝板，每块喷丝板上喷丝孔形状各异，但中心线基本吻合。在纺丝过程中，2块板相对移动或旋转，因而纺出的纤维的截面和外形也相应变化。6粘胶纤维生产碳纤维的工艺流程与PAN基碳纤维的流程相比增加了什么工序？在粘胶基碳纤维制备过程中引入催化剂的作用是什么？答：（1）粘胶纤维生产碳纤维的工艺流程与PAN基碳纤维的流程相比增加了两段工序，即水洗和催化浸渍。（2）引入催化剂作用主要是在浸渍过程中促进无机催化剂向粘胶纤维内部渗透，同时还能使粘胶纤维大分子发生适度的交联，提高其在中温碳化过程中的可拉伸性，最终提高粘胶基碳纤维的性能。7. 结合高技术纤维发展的历史和现状，就高技术
6、纤维的发展趋势谈谈你的看法。答：高技术纤维发展到今天,已形成高性能纤维、高功能纤维、高感性纤维三大类纤维鼎足之势。纵观纤维国际市场,1988年,世界工业发达国家首次将一般性化纤品种、产量让位于发展中国家。但对于高技术纤维,发达国家仍牢牢掌握其核心技术,处于垄断地位,现已形成日、美、欧三大科研、生产和市场基地。以美国为例,高技术纤维占化纤总量6%,而产值却高达化纤总产值的50%。我国高技术纤维起步较晚,与世界先进水平相比无论在产品质量、品种、生产规模等方面都有相当的差距,但已意识到它对我国许多产业升级和经济可持续发展的重要意义,因此,“九五”“十五”发展规划都明确提出将大力发展高技术纤维原料,力
7、争成为支柱产业。原料是根本,技术是关键。审视我国合成工业的发展,我认为我国面临的机遇和挑战主要是:(1)必须重视化纤原料工业的发展,加大科研投入。目前部分高技术纤维虽已实现国产,但大部分核心技术仍受制于人。如碳纤维目前绝大部分生产厂家都是从国外购买原丝,然后再加工为预氧化丝或碳纤维。(2)化纤大品种(如常规涤纶)发展已/相对过剩0,必须对化纤行业进行结构调整。1998年我国化纤产量达516万吨,位居世界首位,但高技术品种极少。而发达国家的高技术纤维用量以每年10%的速度增长,已占总化纤用量的1/2,而我国现用量不到1/5。(3)高技术纤维市场已经形成,需求扩大,因此,展望未来,我国高技术纤维行
8、业还有较大的发展空间,有关部分和人员必须抓住机遇,迎头赶上。8请就高分子材料的新进展举2-3例。答：（1）聚合物基纳米复合材料聚合物纳米复合材料被认为是最具有应用前景的纳米复合材料之一，其制备方法是将聚合物通过熔融共混复合方法或原位聚合技术利用25的纳米填料进行改性，即可大幅度改善其热学一力学性能、气体阻隔性能和阻燃性能，而且可以获得比常规填料复合的聚合物材料高得多的耐热性能、尺寸稳定性能和导电性能。国内聚合物粘土纳米复合材料研究较早，并已取得显著研究成果，但其中的一些基本科学问题的研究有待深入。目前聚合物纳米复合材料已在汽车和包装领域获得应用。研究最广泛的、首先商业化应用的纳米填料是纳米粘土
9、和碳纳米管。（2）节能材料发展新方向我国在能源需求上的缺口众所周知，节能问题日益重要。根据建设部的报告，我国每平方面积能源消耗约为欧美国家的两倍多，所以在节能材料的发展方面必须加强开发。高分子发泡材料为世界使用最广的绝热材料，可用于建筑、冷热水管隔热、汽车绝热及噪音的阻隔。另外在冷藏、运动娱乐、包装材料、鞋类等方面都有大量的需求，可以大大节省能源和消耗。目前国内外都在积极发展微发泡技术，可以更好地用于节能和提高节能效率，微发泡模塑制品的平均成本可降低1620。高分子发泡材料是合成、物理与工艺的结合，目前的发展方向为通过使用对环境没有污染的超临界二氧化碳加工技术制备聚烯烃微孔发泡材料，该材料可以
10、广泛用于建筑用隔热保温。超临界二氧化碳发泡技术本身为绿色加工技术，无环境污染问题，结合聚烯烃耐化学性、热稳定性、低毒性的特点，通过改变聚烯烃分子链的支化结构、改变非晶态的比例、引入二氧化碳的亲和结构等手段，提高聚烯烃的熔体强度和闭孔率、降低聚合物的结晶性、促进泡孔的成核和增长，提高聚烯烃在二氧化碳中的溶解度，提高泡孔密度，得到性能良好的微孔发泡材料。（3）特种工程塑料特种工程塑料指具有特殊高性能的高分子材料，应航空航天、电子信息等尖端领域的需求而发展起来。截至20世纪70年代末，先后出现了聚苯硫醚类(PPS)、聚酰亚胺类(PI)、聚醚砜类(PES)及聚醚酮类(PEK)等多种高性能特种工程塑料。
11、其中，英国ICI公司于20世纪80年代初推出的商品名为“Victrex”的聚醚醚酮(PEEK)，具有耐热等级高，耐疲劳，耐冲击，耐湿热，耐辐照以及阻燃性能好等突出优点，综合性能最为优秀。特种工程塑料与碳纤维等高性能纤维成功复合为高性能复合材料，为航天航空结构材料提供了更多的选材机会，部分复合材料已成功应用于欧美多种军、民机机型，并在民用行业中得到大量应用，主要集中在汽车、纺织、机械、体育用品、医用植入、医疗器械、摩擦材料等领域。1993年，陶氏化学公司的MJMullins等人报道了环状聚醚砜的合成，继而国内外出现了众多的研究者，我国科研工作者在芳香酯环状低聚物以及含酚酞侧基环状聚醚酮、环状聚醚
12、砜的合成及开环聚合的研究开展较早。兼顾热塑性及热固性材料的优点，我国研究人员还开发了一种结构新颖的可溶性可控交联聚芳醚酮(Controllable Crosslinking PolyAryl Ether Ketone，CCPAEK)热塑性树脂。还有研究者通过共混改性的理论及方法研制发展新型特种工程塑料，如将最优秀的高性能热塑性复合材料树脂聚醚醚酮树脂与具有匹配的力学性能和玻璃化转变温度的非晶的聚芳醚酮PEKC和聚醚酰亚胺PEI等共混实现，这方面的研究取得了很好的成功，为制备结构一功能一体化的新型热塑性树脂基复合材料提供了更多的方式方法。9. 高分子纤维的发展主要有哪几个方向？并做简单叙述。答：
13、随着生产和科学技术的发展，高分子纤维的发展主要有以下方向：（1）高性能化为满足航天航空、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，要求纤维的机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等性能进一步提高。（2）高功能化主要包括电磁功能高分子纤维，光学功能高分子纤维，物质传输、分离功能高分子纤维，生物功能高分子纤维等。（3）复合化以玻璃纤维增强纤维为主的复合纤维不仅在当前已进入大规模生产和应用阶段，而且在将来仍会有所发展。高性能纤维的结构复合是新技术纤维革命的一个重要方向。（4）精细化电子技术变化日新月异，要求原纤维材料向高纯化、超净化、精细化、功能化方向发展。（5）智能化“纤维材料的智能化”是一
14、项带有挑战性的未来的重大课题。智能纤维材料是使材料本身带有生物所具有的高级功能，如预知预告性、自我诊断、自我修复、自我增殖、认识识别能力、刺激反应性、环境应答性等。10产业用纤维的发展趋势及应用领域主要有哪些，并做简单叙述。答：（1）过滤与分离用纤维：应紧随潮流趋势 过滤材料品种不断增多是不争的事实，单从材质而言就有天然纤维、合成纤维、无机纤维和金属纤维等，而近年来我国也自行开发了包括芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等耐高温滤料，从各种工艺参数和成品实验的结果来看，也基本能够满足国内粉尘排放企业的需要。比如聚四氟乙烯，其最高使用温度可达到260摄氏度。“但在我看来，技术还不是最值得担心的问题
15、，比技术更值得关注的我认为还有两点。”王桦表示，包括专门生产过滤与分离用纺织品的纤维生产企业在内，国内多数纤维生产企业并不了解国外纤维生产的最新趋势和发展水平，因此，消息闭塞成为很多企业发展不良只能做低端产品的绊脚石之一；“还有部分企业喜欢墨守成规，习惯用一种材料生产，而放弃更好的选择，这对企业发展也相当不利。” 除了粉尘过滤，液体过滤也是过滤与分离用纺织品应用的主要领域。据天津工业大学党委书记张宏伟介绍，“当前国内水处理组件所需要的纤维首先要有很强的抗污能力，但目前国内多数纤维生产企业的技术还无法达到上述要求，普遍还依赖进口。”近年来，天津工业大学在这方面取得了一定进展。据了解，目前天津工大
16、采用了辐射接枝技术制备了大通量高抗污染聚偏氟乙烯PVDF中空纤维膜，抗污染性较传统技术提高50%以上，此外，由于采用了低压技术，能耗水平也降低了15%以上。 （2）土工与建筑用纤维：市场亟需细分 对于土工与建筑用纺织品来说，由于其特殊的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，也就对相关纤维提出了高强、定伸长、超耐磨、耐酸碱纤维、可降解、耐老化、隔音、阻燃等各种功能性要求。加快功能性机织或经编土工布、土工膜（格栅）开发应用，注重新型土工用纺织品的生态化开发，突破轻型建筑用永久性膜结构材料的产业化技术，开发新型高技术土工合成材料加工技术，是未来发展的方向与要求。 土工合成材料用纤维主要是丙纶短纤维
17、、涤纶短纤维、涤纶长丝、玻璃纤维、裂膜丝、碳纤维等。 但是目前，土工合成材料用纤维还没有形成市场细分，差别性和专业针对性差，再生纤维较多，在这个领域，高性能纤维的开发还有待提高。 （3）医疗与卫生用纤维：产业发展有待行业重视 目前，医疗与卫生用纺织品的发展方向为研究开发医用组织器官材料，发展高端医用防护用品，推广新型卫生用品。与此相关的专用纤维是生物医用纤维，医疗或卫生级别的PPT纺粘专用切片和短纤维，生物可降解型、抗菌型、超吸水型等功能性纤维和差别化纤维。 壳聚糖纤维，是医疗与卫生用纺织品纤维的代表。壳聚糖纤维的原料虽然能再生循环，但每年有实际应用价值的原料是非常有限的。但因壳聚糖是一个小产
18、业，引不起行业的重视，缺乏规划管理，缺乏专业研究和技术人才，严重影响了壳聚糖工艺技术的深入研发和产业的工程化、产业化进展。 面对着新时期新的发展要求，研究开发医用组织器官材料、发展高端医用防护产品、推广新型卫生用品是未来的发展方向，因此，生产出更多功能性和差别化的专用纤维，才能为生命与健康保驾护航。 （4）交通工具用纤维：部分功能尚欠缺 近年来，随着人们生活水平的提高和消费需求的增长，汽车产业得到了前所未有的蓬勃发展。随之而来的，是交通工具用纺织品的火爆和备受瞩目，安全气囊专用长丝，强吸附、防异味、抗菌、阻燃、防霉防蛀、自清洁等差别化纤维，高强细旦可纺玻璃纤维、功能化超细纤维开始渐渐走上市场舞
19、台。 作为大众、奥迪等汽车品牌的原料供应商，就经历了安全气囊专用长丝的开发、应用的全过程。汽车安全气囊细旦涤纶高强（低缩）工业长丝其产品的加工难度很大，技术含量很高。“具有良好的物理机械性能，强度高、质量轻、摩擦性能好、弹性好；此外还有高化学稳定性、抗老化性；折叠体积下，织物柔软、在气囊迅速充胀时不易摩擦人员的脸部皮肤等特性的产品才是汽车生产商和消费者认可的。”未来，高性能车用内饰面料、多功能蓬盖材料、生态型超细纤维仿皮革面料是交通工具用纺织品发展的重点。对于车用内饰面料，交通工具纺织品及复合材料产业技术创新战略联盟高工于范芹表示，内饰面料光照褪色，影响美观和寿命；阻燃、隔音、阻胶性差；内饰面
20、料缺乏复合功能性；VOC严重超标；雾化度超标，透明度降低，影响视线舒适性差；复合海绵的不可回收等问题都是现实存在的。下一步将在纯涤纶柔性复合材料、汉麻涤纶混纺柔性复合材料、新型汽车门板缓冲层材料、天然纤维复合材料的开发等方面下工夫，争取解决这些问题。 （5）安全与防护用纤维：多项功能需兼具 安全与防护用纺织品作为比较特殊的一种纺织品类型，对于纤维也提出了具体的要求。 在耐高温阻燃纤维材料方面，碳纤维、聚四氟乙烯纤维是比较具有代表性的，这其中，聚四氟乙烯纤维是耐高温阻燃纤维材料中发展的最早品种之一，它化学稳定性极好、纤维表面有蜡感、摩擦系数小、在高氧环境中也难以燃烧； 阻燃纺织品可以大量地被应用
21、在学校、医院、旅店等公共领域，还可以被用作消防、军队作战、核动力的工作服； 高强高模纤维，现在被用在防弹服和防弹头盔上较多，防弹性能高、防护面积大，但是纤维的强度和模度还不够高、价格偏高、有的耐温性和粘结性较差、树脂体系有待进一步优化； 对于导电纤维来说，其应用使得纺织品抗静电效果显著、耐久而不受环境湿度的影响、并可应用于静电工作服等特种功能性纺织品；防寒保暖纤维材料有中空纤维、超细纤维、远红外纤维等，未来它将向复合型多功能方向发展。 （6）结构增强用纤维：主动出击是上策 我国最早涉及结构增强材料的工程是软体材料，比如上海八万人体育馆、包括之后的世博轴、水立方等，在这一领域我国现在使用比较多的
22、纤维是涤纶、聚烯烃（PO）、聚乙烯基吡咯烷酮（PVP），更多的是玻纤和聚四氟乙烯。 目前，结构增强材料用纤维代表了纺织行业的最高水平。最需要解决的问题是国内碳纤维生产企业包括玻纤生产企业，生产完了不知道要卖给谁，自行车厂不可能想到买碳纤维做自行车，反倒是很多碳纤维生产企业自己在做自行车。据介绍，碳纤维目前在国内主要用于运动休闲产品比较多，真正用于高科技的相对较少，所以未来碳纤维的发展空间会十分广阔。六大领域研发方向： 医疗与卫生用纺织品的发展方向为研究开发医用组织器官材料，发展高端医用防护用品，推广新型卫生用品。与此相关的专用纤维是生物医用纤维，医疗或卫生级别的PPT纺粘专用切片和短纤维，生物
23、可降解型、抗菌型、超吸水型等功能性纤维和差别化纤维。 过滤与分离用纺织品发展方向为发展耐高温、耐腐蚀过滤材料，发展医药、化工、食品、造纸等加工领域用过滤材料。与此相关的专用纤维是耐高温、耐腐蚀的高性能纤维，丙纶、锦纶、涤纶的单丝，各种规格的中空纤维，差别化滤料专用纤维。 土工与建筑用纺织品发展方向为加快功能性机织或经编土工布、土工膜（格栅）开发应用，突破轻型建筑用永久性膜结构材料的产业化技术。与此相关的专用纤维是高强、定伸长、超耐磨、耐酸碱纤维、可降解、耐老化、隔音、阻燃等功能纤维。 交通工具用纺织品领域的发展方向是发展高性能车用内饰面料、发展多功能蓬盖材料、开发生态型超细纤维仿皮革面料。与此对应的相关专用纤维是安全气囊专用长丝，强吸附、防异味、抗菌、阻燃、防霉防蛀、自清洁等差别化纤维，高强细旦可纺玻璃纤维、功能化超细纤维。 安全与防护用纺织品的发展方向是发展防弹防刺材料注重新型土工用纺织品的生态化开发以及发展阻燃防护面料和服装。与此对应的相关专用纤维是新一代性能优化的防刺纤维，芳纶、聚酯亚酰胺纤维、玄武岩纤维等高性能纤维，金属纤维的功能化差别化产品。结构增强用纺织品的发展方向是发展传统结构材料替代产品、开发新型结构增强用纺织材料。与此对应的专用纤维是玻璃纤维及碳纤维，热塑性纤维和新型骨架用材料纤维。7 / 7文档可自由编辑打印