纖維新材料復(fù)習(xí).docx

名詞解釋：1.人造纖維：以天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學(xué)處理和機(jī)械加工制得的纖維，也稱再生纖維2. 差別化纖維 : 泛指對(duì)常規(guī)化學(xué)纖維產(chǎn)品有所創(chuàng)新或賦予某些特性的化學(xué)纖維。主要是指經(jīng)過化學(xué)改性或物理改性，使常規(guī)化學(xué)纖維的服用性能得以改善，并具有一些新的性能，使同一化學(xué)纖維大品種的產(chǎn)品多樣化和系列化。3. 異形纖維：在合成纖維成形過程中，采用異形噴絲孔紡制的具有非圓形截面的纖維或中空纖維稱為異形截面纖維，簡(jiǎn)稱異形纖維。4. 復(fù)合纖維：在纖維橫截面上存在兩種或兩種以上不相混合的聚合物，這種化學(xué)纖維稱為復(fù)合纖維，或稱雙組分纖維，多組分纖維。5.共混纖維：由兩種或兩種以上不同的聚合物混合后紡制成的化學(xué)纖維。6.高性能纖維：具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐化學(xué)藥品、特別優(yōu)異的一類新型纖維。7. 功能纖維：在常規(guī)化學(xué)纖維原有性能的基礎(chǔ)上，又增加了某種特殊功能的一類新型纖維。8線密度：線密度是表示纖維粗細(xì)程度的量，在我國化學(xué)纖維工業(yè)中，也稱“纖度”。1000m長纖維重量的克數(shù)即為該纖維的特?cái)?shù)9. 初始模量：即彈性模量（或楊氏模量）是指纖維受拉伸而當(dāng)伸長為原長的1%時(shí)所需的應(yīng)力。10吸濕性：是指在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度（20、65相對(duì)濕度）條件下纖維的吸水率。回潮率和含濕率。11. 沸水收縮率：將纖維放在沸水中煮沸30min后，其收縮的長度與原來長度之比，稱為沸水收縮率。12.極限氧指數(shù)： 使著了火的纖維離開火源，而纖維仍能繼續(xù)燃燒時(shí)，環(huán)境中氮和氧混合氣體內(nèi)所含氧的最低百分率。問答題：1. 以粘膠纖維制造碳纖維的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：粘膠纖維由于具有環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，所以可以直接進(jìn)行碳化或石墨化處理，加熱不會(huì)熔融，不需預(yù)氧化處理進(jìn)行環(huán)化； 瞬間耐燒蝕性能好，可用作火箭的內(nèi)襯材料缺點(diǎn): 粘膠中含有大量的H、O原子，所以碳化理論收率僅55%，實(shí)際收率約2030%；粘膠基CF強(qiáng)度較低，性能平衡性差, 彈性系數(shù)較大.2. 碳纖維缺陷來源、碳纖維中的缺陷主要來自兩方面：（1）原絲帶來的缺陷。碳化過程中可能消失小部分，但大部分將保留下來，變成碳纖維的缺陷。（2） 碳化過程中，大量非C元素以氣體形式逸出，使纖維表面及內(nèi)部形成空穴和缺陷。3. CF的表面處理方法表面處理的目的: 提高碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中CF與基體的結(jié)合強(qiáng)度。CF表面處理的途徑: 清除表面雜質(zhì)；在纖維表面形成微孔或刻蝕溝槽，增加表面能； 引進(jìn)具有極性或反應(yīng)性官能團(tuán)，并能與樹脂起作用的中 間層，(1) 表面清潔法。將CF在惰性氣體保護(hù)下加熱到一定的高溫并保溫一定時(shí)間，可以去除吸附水，并使其表面得到凈化。（2）液相氧化法。A：酸處理法 。最常用的是濃硝酸和不同濃度的硝酸。除硝酸外，還常用硫酸來處理。 B：其他液相氧化劑處理。如：過氧化氫（H2O2）次氯酸鈉（NaClO）高錳酸鉀（KMnO4 ）重鉻酸鉀（ K2Cr2O7）重鉻酸鉀/硫酸高錳酸鉀/硫酸 等（3）氣相氧化法.空氣氧化 , 臭氧O3氧化法（4）電化學(xué)氧化法(也稱電解氧化法)以CF為陽極，鎳板、石墨板、銅板、白金板、白鋼板等為陰極，在電解質(zhì)溶液中于一定電流密度下，靠電解作用產(chǎn)生的初生態(tài)氧對(duì)CF進(jìn)行氧化刻蝕，并形成含氧官能團(tuán)。（5）等離子體處理等離子體：隨著物質(zhì)能量的增加，物質(zhì)的狀態(tài)將發(fā)生由固液汽的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步增加氣體能量，則氣體原子中的電子可以脫離原子而成為自由電子，原子成為正離子，這種含電子、正離子和中性粒子的混合體，稱為等離子體。 （6）表面涂層法即將某種聚合物、表面處理劑、偶聯(lián)劑或金屬涂覆在CF表面。表面涂層法有以下幾種方法：氣相沉積法，表面電聚合，偶聯(lián)劑涂層，晶須生長法 4. 碳纖維上漿作用 保護(hù)纖維表面的活性基團(tuán)； 可以使CF具有良好的集束性，從而使纖維以后的纏繞織造工藝操作簡(jiǎn)單，并且纖維束損傷較少（保護(hù)作用）； 選擇合適的上漿劑可以達(dá)到改善CF表面性能、提高復(fù)合材料剪切強(qiáng)度的目的。 5. PPTA低溫溶液縮聚過程中氯化鋰助溶機(jī)理6.PMIA界面縮聚和低溫溶液縮聚方法比較界面縮聚：界面縮聚反應(yīng)速度快，相對(duì)分子質(zhì)量高，聚合物經(jīng)過洗滌，可配制高質(zhì)量的紡絲原液。采用干法紡絲技術(shù)，纖維質(zhì)量?jī)?yōu)異，紡絲速度也高；但設(shè)備比較復(fù)雜，工藝技術(shù)要求嚴(yán)格，紡絲機(jī)臺(tái)數(shù)增多，投資增加；低溫溶液縮聚：反應(yīng)比較緩和，聚合物直接溶解在縮聚溶劑中，反應(yīng)得到的漿液直接紡絲，工藝簡(jiǎn)單，適宜用濕法紡絲，產(chǎn)量大；但纖維質(zhì)量沒有干法紡絲的好。7. 要使柔性鏈高聚物纖維達(dá)到高性能化必須考慮如下四個(gè)方面:盡量提高聚合物大分子的分子量；盡量提高非晶區(qū)縛結(jié)分子的含量；盡量減少晶區(qū)折疊鏈含量，增加伸直鏈的含量；盡量將非晶區(qū)均勻分散于連續(xù)的伸直鏈 結(jié)晶基質(zhì)中。8. 制造聚乙烯纖維的方法結(jié)晶生長法、高倍熱拉伸法、區(qū)域拉伸法、高壓固態(tài)擠出法、增塑熔融拉伸法、凍膠紡絲超倍熱拉伸法等可使聚乙烯達(dá)到高性能化。其中以UHMWPE為原料，凍膠紡絲、超倍熱拉伸法是最成功。（1）高壓固態(tài)擠出法將一定超高分子質(zhì)量聚乙烯置于擠出裝置內(nèi)加熱熔融，以幾千公斤/cm2的壓力將聚乙烯熔體從噴孔擠出，隨即進(jìn)行高倍拉伸，在高剪切力和拉伸張力的作用下，使聚乙烯大分子鏈充分伸展，以此來提高纖維的強(qiáng)度。（2） 增塑熔融紡絲法增塑熔融紡絲法是加入適量流動(dòng)改性劑或稀釋劑將聚乙烯紡成纖維的方法。（3）表面結(jié)晶生長法表面結(jié)晶生長法是將聚乙烯溶解，然后將溶液置于由兩個(gè)同心圓柱所構(gòu)成的結(jié)晶裝置內(nèi)，向紡絲溶液中投入晶種，形成纖維狀晶體，在100-125之間進(jìn)行熱拉伸，使串晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為伸直鏈結(jié)構(gòu)，賦予纖維高強(qiáng)度與模量。（4）區(qū)域高倍拉伸法將初生的纖維加熱到127以上，進(jìn)行區(qū)域高倍拉伸，使折疊連的大分子鏈重排，形成伸直鏈結(jié)構(gòu)，從而獲得高強(qiáng)高模。（5） 凝膠紡絲熱拉伸法將超高分子量聚乙烯粉末以十氫萘或石蠟油為溶劑，制成半稀溶液，經(jīng)噴絲孔擠出后驟冷成凝膠原絲，再對(duì)凝膠原絲進(jìn)行萃取和干燥，經(jīng)超倍拉伸制得。9.PVA凝固浴各組分對(duì)成形的影響凝固浴組成：Na2SO4 410420g/l ZnSO4 15g/l Na2SO4使絲條脫水凝固成形含量成形緩慢，且穩(wěn)定性，皮層薄，纖維強(qiáng)度，伸長Na2SO4易析出，損傷絲條造成毛絲ZnSO4控制纖維色相（強(qiáng)酸弱堿鹽、水溶液pH3.35）適當(dāng)加入可增加纖維白度,過多將影響凝固能力酸度過低會(huì)使纖維著色，酸度的調(diào)節(jié)是加入H2SO4來達(dá)到目的10. 維綸短纖維熱處理作用（1）消除內(nèi)應(yīng)力，鞏固拉伸效果。保證纖維尺寸穩(wěn)定性。（2）高溫下結(jié)晶進(jìn)一步發(fā)展，使纖維的耐熱水性提高。11.PVA縮醛化縮醛化就是用醛處理纖維，使聚乙烯醇大分子上的部分羥基被封閉，從而進(jìn)一步提高纖維的耐熱水性。（1）縮醛化反應(yīng)在聚乙烯醇大分子上每個(gè)鏈節(jié)都含有一個(gè)羥基，經(jīng)過紡絲，拉伸、熱處理后，纖維的結(jié)晶度可達(dá)60。大分子上的部分羥基受到束縛、纖維耐熱水性有所提高。為了進(jìn)一步提高纖維的耐熱水性要把非晶區(qū)羥基封閉掉，縮醛化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是使用甲醛與這一部分羥基反應(yīng)，構(gòu)成分子內(nèi)縮合。（2）醛化浴組成（短纖維）HCHO (g/l) 25 縮醛化劑H2SO4 (g/l) 225 催化劑Na2SO4 (g/l) 70 阻溶脹劑（由纖維帶入）(3)縮醛度縮醛度 （ 進(jìn)行縮醛化反應(yīng)的羥基數(shù)/大分子原來所含全部羥基數(shù) ） 100短纖維縮醛度為3335(4)縮醛化溫度T縮醛化反應(yīng)速度，甲醛換生量并惡化勞動(dòng)條件，一般控制在70。(5) 縮醛化時(shí)間噴淋式為2030min，浸沒式為1012min 12. 提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性方法u 引入芳環(huán)或芳雜環(huán)u 交聯(lián)反應(yīng)u 形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)u 利用高溫空氣氧化爐處理13. 阻燃機(jī)理阻燃是指降低材料在火焰中的可燃性，減緩火焰蔓延速度，當(dāng)火焰移去后能很快自熄，減少燃燒。要達(dá)到阻燃，必須切斷可燃物、熱和氧氣三要素構(gòu)成的燃燒循環(huán)（1）覆蓋層作用阻燃劑受熱后，在纖維材料表面熔融成玻璃狀覆蓋層，隔絕氧氣，阻止可燃性氣體的擴(kuò)散，阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射，減少反饋給纖維材料的熱量，抑制熱裂解和燃燒反應(yīng)。（2） 氣體稀釋作用阻燃劑吸熱分解后釋放出不燃性氣體，如氧氣、二氧化碳、氨、二氧化硫等，稀釋可燃?xì)怏w，或使燃燒過程供氧不足；此外，不燃性氣體還有散熱降溫作用（3）吸熱作用某些熱容高的阻燃劑在高溫下發(fā)生相變、脫水或脫鹵化氫等吸熱分解反應(yīng)，降低溫度，減緩熱裂解反應(yīng)速度，抑制可燃性氣體的生成（4）熔滴作用在阻燃劑作用下，纖維材料在裂解之前軟化、收縮、熔融，成為熔融液滴滴落，熱量被帶走使火焰自熄。（5）提高熱裂解溫度在纖維大分子中引入芳環(huán)或芳雜環(huán)，或通過大分子鏈交聯(lián)環(huán)化，與金屬離子形成絡(luò)合物等方法，提高炭化程度、抑制熱裂解，減少可燃?xì)怏w產(chǎn)生（6） 凝聚相阻燃改變纖維大分子鏈的熱裂解歷程，促進(jìn)發(fā)生脫水、縮合、環(huán)化、交聯(lián)等反應(yīng)，增加炭化殘?jiān)瑴p少可燃性氣體的產(chǎn)生（7） 氣相阻燃阻燃劑熱裂解產(chǎn)物，在火焰區(qū)大量地捕捉高能量的羥基自由基和氫自由基，抑制或中斷燃燒的連鎖反應(yīng)，在氣相發(fā)揮阻燃作用（8） 阻燃協(xié)同效應(yīng)阻燃劑熱裂解產(chǎn)物，多種阻燃劑共用效果更好，阻燃劑中加入非阻燃劑可增加阻燃能力，如P-N協(xié)同效應(yīng)14. 作為阻燃劑應(yīng)滿足以下四個(gè)基本條件（1） 阻燃劑本身是不可燃或難燃物（2）阻燃劑在聚合物中應(yīng)有較好的分散性，不破壞或降低被阻燃物的機(jī)械物理性能，如紡織的撕裂強(qiáng)度、色澤、手感等，涂料的成膜性等（3）阻燃劑本身及被阻燃物燃燒條件下不釋放出有毒氣體、無煙或少煙、無刺激性和腐蝕性（4）阻燃劑對(duì)熱和光的穩(wěn)定性大，不易揮發(fā)和滲出，不水解，阻燃性能持久15. 無機(jī)阻燃劑優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):（1）毒性低，絕大多數(shù)無毒（2）熱穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生腐蝕性氣體，公害少（3）不揮發(fā)，不析出，有持久的阻燃效果（4）發(fā)煙量低，有些還是較好的抑煙劑（如鋁系等釋放H2O與煙作用）（5）原料來源廣，價(jià)格便宜缺點(diǎn):混合,借助粘合劑作用,牢度影響等16. 有機(jī)阻燃劑優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)制品的機(jī)械物理性能影響?。ㄓ昧啃。?）阻燃效果持久缺點(diǎn)：（1）成型時(shí)釋放出有害氣體污染環(huán)境（2）燃燒時(shí)發(fā)出濃煙和毒氣，能見度低，使人畜中毒，救護(hù)難（3）來源不易，價(jià)格昂貴（4）應(yīng)用面窄，品種少 17阻燃性能的指標(biāo)：（1）點(diǎn)燃難易性（2）火焰表面?zhèn)鞑ニ俣龋?）發(fā)煙能見度（4）燃燒產(chǎn)物的毒性（5）燃燒產(chǎn)物的腐蝕性18. 抗靜電劑類型A、陽離子型抗靜電劑：烷基季胺鹽、聚乙烯多胺等B、陰離子型抗靜電劑：烷基磺酸鹽、脂肪酸胺胺等C、兩性型抗靜電劑：羧基甜菜堿、硫酸基甜菜堿等D、非離子型抗靜電劑：聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基 胺、烷基多元醇等 E、無機(jī)鹽型抗靜電劑：LiCL、CaCL2等F、高分子型抗靜電劑：聚氧乙烯多胺、聚醚酯等G、復(fù)合型抗靜電劑：親水性高分子、低分子混合物等19. 中空纖維膜的制備方法大致可分為3類:即溶液紡絲、熔融紡絲和半熔融紡絲。(1)溶液紡絲法溶液紡絲法是一種較成熟的中空纖維膜成形方法, 常采用干濕法紡絲工藝。按制膜液的組成和配比配置紡絲液,經(jīng)熟化脫泡后,經(jīng)插入管式紡絲噴頭,再經(jīng)溶劑揮發(fā)、凝膠后成膜,經(jīng)牽引繞于繞絲輪上備用。(2)熔融紡絲法A 熔融紡絲拉伸述所謂熔融紡