東華大學(xué)高分子材料成型原理復(fù)習(xí)材料

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(jìn)行操作以擴(kuò)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(xué)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(xué)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(qiáng)度纖維：、高熱穩(wěn)定性，高強(qiáng)度纖維（200-300℃）：對位芳綸、芳族聚酯、雜環(huán)聚合物纖維高熱穩(wěn)定性、耐熱纖維（≤350℃）：間位芳綸、聚酰亞胺纖維、酚醛纖維、碳纖維高熱穩(wěn)定性、無機(jī)纖維：碳化硅纖維、玻璃纖維、氧化鋁纖維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)。（×）選擇題1-5高強(qiáng)高模聚乙烯纖維材料和纖維材料分別屬于③。①生態(tài)高分子材料和智能高分子材料②智能高分子材料和功能高分子材料③高性能高分子材料和生態(tài)高分子材料④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(tuán)，由于氫鍵的作用，使大分子間作用力較大，這將導(dǎo)致熔融熱焓△H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(dǎo)致熔融熵變△S較小。這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(dāng)加熱纖維素至一定溫度時(shí)，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(shí)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(yīng)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，所選溶劑與聚合物間的溶解度參數(shù)之差絕對值應(yīng)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)δ在混合前后無體積變化時(shí)可按δ(χ1ν1δ1＋χ2ν2δ2)/（χ1ν1＋χ2ν2）計(jì)算。（式中χi—i（1,2）組分的摩爾數(shù)；—摩爾體積；δi—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(yīng)利用三維溶度參數(shù)（δd,δp,δh）、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(yù)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)高分子——溶劑相互作用參數(shù)（哈金斯參數(shù)）χ1來半定量地判斷溶劑對聚合物的溶解性。一般而言，χ1<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(dǎo)熔融有強(qiáng)制熔體移走的傳導(dǎo)熔融壓縮熔融耗散混合熔融利用電、化學(xué)或其它能源的耗散熔融方法．2-2聚合物在螺桿擠出機(jī)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(jī)中的熔融屬于有強(qiáng)制熔體移走的傳導(dǎo)熔融，其熱量來源有機(jī)筒外壁的加熱器所產(chǎn)生的傳導(dǎo)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(gè)階段。未經(jīng)修正的“溶度參數(shù)相近原則”適用于估計(jì)與的互溶性。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?哪些為使纖維素黃酸酯在水體系中的溶黏膠纖維生產(chǎn)中2-5,解度提高，應(yīng)如何控制溫度？?各自有何特點(diǎn)?混合可分為哪幾類,按混合形式分3-1按照混合理論，混合涉及到擴(kuò)散的哪幾種基本運(yùn)動形3-2式？在聚合物加工中，以哪種形式為主？)紊流擴(kuò)散按照混合理論，混合涉及分子擴(kuò)散、渦旋擴(kuò)散()三種基本運(yùn)動形式。及體積擴(kuò)散(對流混合混合過程發(fā)生的主要作用包括哪些3-3?將低粘度的少組分混合到高粘度的多組分中比將高粘3-4度的少組分混合到低粘度的多組分中更困難(X)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(xué)和化學(xué)作用來實(shí)現(xiàn)的?(答案見第二版書P61-4-(2))4-1剪切流動指流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度僅沿著與流動方向垂直的方向發(fā)生變化（√）聚合物熔體切力變稀的可能原因有哪些？4-2度黏零切其黏極的限牛頓度大于體稀力4-3切變流X）（n曲線的斜率即為非牛頓指數(shù)?σ切力變稀流體的4-4（√）4-5當(dāng)聚合物相對分子質(zhì)量及其分布、濃度、溫度變大或變高時(shí)，對應(yīng)聚合物流體的剪切黏度一般是增大還是減小？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(yīng)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(xiàn),又有構(gòu)象變化的貢獻(xiàn)(熵彈性)4-8當(dāng)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(shí)，對應(yīng)聚合物流體的彈性一般是增大還是減??？1.分子量的影響M↑→↑,G↓→彈性↑溫度的影響2.出口模時(shí))↓，(T↑，有利于內(nèi)應(yīng)力松弛流體彈性能儲存量彈性表現(xiàn)程度↓聚合物溶液濃度的影響3.C↑法向應(yīng)力差效應(yīng)↑彈性↑剪切速率的影響4.σ22=1(?)適度↑法向應(yīng)力差(σ11-?2)↑，脹?大比↑彈性能儲存↑，彈性↑5.口模長徑比的影響毛細(xì)管直徑d↑彈性效應(yīng)↓長徑比↑（D一定）有利于松弛彈性表現(xiàn)程度↓4-9聚合物流體流過直徑為D、長度為L的圓形口模時(shí)，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(yīng)力（σ12）w為D△4L。若考慮末端效應(yīng)，該值將變?。ㄌ崾?，此處選擇填寫“大”或“小”）。4-10實(shí)際生產(chǎn)中，若原料性質(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(yīng)？適當(dāng)提高紡絲溫度、降低泵供量(剪切速率)。作業(yè)題：度、什么是剪切流動、拉伸流動、表觀粘度、零切粘1.極限牛頓粘度、拉伸粘度和結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)？流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度僅沿著與流動方向垂直的方剪切流動：向發(fā)生變化。流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度僅沿著流動方向發(fā)生變化拉伸流動:垂直于流動方向相等)。(的比值與剪切速率?表觀粘度：聚合物流體剪切應(yīng)力σ12ηa。非牛頓流體的表觀粘度隨剪切速率?稱為表觀粘度σ12/?而變。時(shí)的流動0?零切粘度：在流動曲線中，聚合物流體在稱為零無關(guān)且趨于常數(shù)，對應(yīng)的表觀粘度ηa與?是牛頓型的，η0。切粘度較大時(shí)的流?極限牛頓粘度：在流動曲線中，聚合物流體在∞時(shí)，流體則表?即?動通常為非牛頓型的，但繼續(xù)提高稱為極限牛頓?無關(guān)，對應(yīng)的表觀粘度現(xiàn)為牛頓流動，ηa又與粘度η∞。在穩(wěn)拉伸粘度用來表示流體對拉伸流動的阻力。拉伸粘度：?態(tài)簡單拉伸流動中，拉伸粘度ηe可表示為：ησ11/－拉?式中：σ11－聚合物橫截面上的拉伸應(yīng)力，伸應(yīng)變速率定義為：結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)：η結(jié)構(gòu)粘度指數(shù)η＝－()×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纏結(jié)點(diǎn)濃度↓大分子鏈間纏結(jié)點(diǎn)的解除?(σ)↑，(1)a↓鏈段取向↑流層↑，大分子鏈段取向效應(yīng)?(2)間牽曳力↓a↓σ聚合物濃溶液：大分子鏈的脫溶劑化(濃溶液情況)(3)脫溶劑化↑大分子鏈有效尺寸↓a↓↑，5-1課堂作業(yè)得將其進(jìn)行拉伸性能分析，米長的纖維重一根4500.1克，分別以N牛頓（），求該纖維線密度(知纖維的斷裂強(qiáng)力為0.098。)(特和旦表示)及相對強(qiáng)度分別以和表示的斷裂機(jī)χ*根據(jù)的可紡性理論，決定最大絲條長度5-2理至少有哪幾種？斷裂機(jī)理至少有兩種，一種是內(nèi)聚破壞（內(nèi)聚斷裂，脆性斷，另一種是毛細(xì)破壞。裂）濕法紡絲時(shí)，上述兩種機(jī)理中哪種是紡絲線絲條斷裂5-3的主要機(jī)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(jī)理。5-4紡絲流體擠出細(xì)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(shí)際紡絲過程中，紡絲流體從口模中擠出時(shí)，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↑），2）T↓（η↑），3）噴硅油（α↓）5-6實(shí)際紡絲過程中，紡絲流體從口模中擠出時(shí)，可采取哪些措施來調(diào)整流體擠出類型由漫流型向脹大型轉(zhuǎn)變？1）增大泵供量（V0↑），2）T↓（η↑），3）噴硅油（α↓）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χ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(xì)流在噴絲孔出口處作軸向拉伸流動時(shí)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(yùn)動所需克服的慣性力；為空氣對運(yùn)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(fēng)時(shí)絲條的傳熱系數(shù)是否與縱向吹風(fēng)時(shí)相同？不相同,橫向吹風(fēng)時(shí)絲條的傳熱系數(shù)為縱向吹風(fēng)時(shí)的兩倍。5-9在熔紡且恒速橫向吹風(fēng)時(shí)，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(fēng)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(gè)因素（限無相變熱時(shí)）？絲條的傳熱系數(shù)α*影響最大可合理設(shè)計(jì)紡程長度（緊湊短程紡）．5-11熔紡過程中有哪幾種取向機(jī)理？卷繞絲的取向度主要是由哪種取向貢獻(xiàn)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(xiàn)）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)晶的聚合物，可以將取向度沿紡程的分布劃分為哪幾個(gè)區(qū)？各區(qū)的Δn有何特征？以超高速紡為例：近噴頭的流動形變區(qū)：Δn較小(?不大T高ηe小,解取向大)△nσ↑↑，σ陡增:Δn(細(xì)頸，距噴頭一定距離的結(jié)晶取向區(qū)取向誘導(dǎo)結(jié)晶取向大，晶核形成，結(jié)晶加速，導(dǎo)致微晶取向）→∞，(ηe略增后趨于飽和Δn近固化區(qū)的塑性形變區(qū)：但空氣阻已不足以使大分子大幅度取向；結(jié)晶過程已完成;σ繼續(xù)增加，纖維冷拉，其結(jié)構(gòu)和性能仍有變化）力的存在使σ濕法紡絲中，原液細(xì)流在凝固浴中的雙擴(kuò)散過程指哪5-13兩種擴(kuò)散？原液中的溶劑向凝凝固浴中凝固劑向原液細(xì)流內(nèi)部的擴(kuò)散；固浴的擴(kuò)散。5-14濕法成型一般是采用較大的噴絲頭正拉伸嗎?其絲條的主要斷裂機(jī)理是哪一種?不是。濕紡中，當(dāng)紡絲原液從噴絲孔擠出時(shí)，原液尚未固化，紡絲線的抗張強(qiáng)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(fù)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(jī)理。5-15分析具有水平凝固浴的濕法紡絲線上的力平衡時(shí)，哪些力的特點(diǎn)與熔紡時(shí)有所不同？濕法紡絲線上絲條皮層的取向度大還是芯層的取向度5-16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(dǎo)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(kuò)散過程（速率）的基本物理量有哪三個(gè)？傳質(zhì)通量J、擴(kuò)散系數(shù)D、固化速率參數(shù)5-18三元相圖中，大致可分為四個(gè)區(qū)域。從熱力學(xué)可能性而言，其中的哪些區(qū)紡絲細(xì)流是可以固化成絲條的？通常的濕法紡絲以哪一區(qū)居多？在①區(qū)是不能紡制成纖維的。在②、③和④區(qū)的原液細(xì)流能夠固化。從纖維結(jié)構(gòu)的均勻性和機(jī)械性能看:以④區(qū)成形的纖維最為優(yōu)良通常的濕法紡絲以③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(jìn)行濕法紡絲時(shí)，可能形成非圓形截面纖維么？為什么？采用圓形噴絲孔進(jìn)行濕法紡絲時(shí)，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，)和固化表面層硬度等因素影響。當(dāng)/>1并具有堅(jiān)硬的皮層時(shí)，皮層和芯層變形性的差異將導(dǎo)致纖維橫截面崩潰從而形成非圓形截面。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(dāng)/<1時(shí)，絲條溶脹，纖維的橫截面是圓形的。當(dāng)/>1時(shí)，則橫截面的形狀取決于固化層的力學(xué)行為：柔軟的表層收縮的結(jié)果導(dǎo)致形成圓形的橫截面；具有堅(jiān)硬的皮層時(shí)，皮層和芯層變形性的差異將導(dǎo)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(jìn)一步展開說明。纖維生產(chǎn)時(shí)，若采用無機(jī)溶劑，由于其固化速率參數(shù)一般小于有機(jī)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(jī)溶劑，/﹥1，且皮層的凝固程度高于芯層，芯層收縮時(shí)皮層相應(yīng)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(jī)理？溶劑從干法紡絲線上除去有三種機(jī)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(kuò)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(gè)值來表征？其大小與截面形狀一般有何對應(yīng)關(guān)系？通常情況下，如何調(diào)整初生纖維結(jié)構(gòu)和拉伸條件5-24型）的型（或dab有望使應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)生由型向c型甚至轉(zhuǎn)變？提高初生纖維的結(jié)晶度降低初生纖維的預(yù)取向度增大初生纖維的線密度（如增加溶劑或其他起增塑作降低初生纖維中大分子活動性用的小分子物質(zhì)含量）．降低拉伸溫度提高拉伸速度（形變速率）可以使應(yīng)力-應(yīng)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(shí)質(zhì)是在纖維長度和細(xì)度不變的情況下，③。①讓高彈形變?nèi)克沙诨貜?fù)，并消除內(nèi)應(yīng)力②發(fā)展新的高彈形變③讓高彈形變轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄孕巫?，并松弛?nèi)應(yīng)力④發(fā)展新的塑性形變試闡述干紡紡絲線三個(gè)區(qū)域傳熱傳質(zhì)的特點(diǎn)及其除去溶劑的機(jī)理。試指出