第二章 聚酯纤维
1、切片干燥的目的是什么？为何要分段进行？
? 1 除去水分
湿切片含水率0.4～0.5％，干燥后0.01%（常规纺）或0.003～0.005％（高速纺）
不良影响 高温酯键水解→聚合度↓→纺丝难
水分汽化→气泡→纺丝断头 ? 2 提高切片含水的均匀性→纤维质量均匀
? 3 提高结晶度及软化点（无定形）→防止环结阻料 结晶度↗25～30％；软化点70～80℃ ↗＞210 ℃ 切片中的水分由两部分组成（1）非结合水粘附在切片表面干燥时容易除去（2）结合水与PET分子上的羰基及少量端羟基等以氢键结合，干燥时较难除去。 √2、简述螺杆挤出机的工作原理与作用？
螺杆挤出机的作用是把固体高聚物熔融后以匀质、恒定的温度和稳定的压力输出高聚物熔体。
原理：物料从加料口进到螺杆的螺槽中，由于螺杆的转动，把切片推向前进。切片不断吸收加热装置供给的热能；另一方面因切片与切片、切片与螺杆及套筒的摩擦以及液层之间的剪切作用，而由一部分机械能转化为热能，切片在前进过程中温度升高而逐渐熔化成熔体。熔化过程聚合物在温度、压力、粘度和形态等方面发生变化，由固态(玻璃态)转变为高弹态，随温度的进一步提高，出现塑性流动，成为粘流体(粘流态)。粘流态的聚合物经螺杆的推进和螺杆出口的阻力作用，以一定的压力向熔体管道输送。 3、何谓环结阻料？采用哪些措施避免？ 若预热段温度过高，切片在到达压缩段就过早熔化，是原来固体颗粒间的空隙消失，熔化后的熔体由于在螺槽等深的的预热段无法压缩，从而失去了往前推进的能力，造成“环结阻料”。
措施：预热段套筒保持合适的温度。 √4、纺丝箱有哪些作用？
进行熔体保温和温度控制，一般采用4～6位（即一根螺杆所供给的位数）合用一个矩形载热体加热箱进行集中保温。 5、复合纺丝组件与普通组件的区别有哪些？
复合纺丝组件由多块分配板组合而成的复合纺丝组件，聚酯与其它种类的成纤高聚物熔体分别通过各自的熔体管道，在组件中的适当部位汇合从同一喷丝孔喷出成为一根纤维。
6、有几种冷却吹风方式？使用在什么场合？ 侧吹风和环形吹风
长丝孔数少，采用单向横吹风。短纤宜采用环形横吹风。
√ 7、高速纺丝与常规纺丝的工艺区别是什么？其产品性能有何不同？ 工艺： ? 切片质量要求：含水率0.005％以下，不允许含有直径大于6微米的杂质或二氧化钛凝聚粒子。 ? 纺丝温度和压力：比常规纺约高5～10℃，一般为290～300℃。纺丝温度需根据切片粘度、 熔点、含水率及纺丝压力进行调整。
? 冷却吹风条件：冷却吹风速度需提高，一般选择0.3～0.4m/s，吹风温度为20℃。 ? 卷绕速度：选择防止发生取向诱导结晶作用的范围内 高速纺纤维的结构与性能 ? （一）强度 纺速提高，强度增大，伸长减少。纺速达到6000m/min时出现极限值。 ? （二）延伸度 纺速提高，延伸度减小，屈服应力升高，自然拉伸比降低。 ? （三）热性能 纺速不同，热性能也不同。 ? （四）密度和沸水收缩率 不同纺速下，纤维的密度和沸水收缩率不同。
8、螺杆各区的温度是如何选择与控制的？
预热段温度：为了保证螺杆的正常运转，在预热段内的切片不应过早的熔化，但同时又要使切片在到达压缩段是温度应达到聚合物的熔融温度，因此预热段套筒壁必须保持一个合适的温度。预热温度过高造成环结阻料。
压缩段温度：切片在该区内要吸收熔融热并提高熔体温度，故该区温度可适当高一些，根据经验：T=
+(27~33)。
计量段温度：切片进一步完全熔化使其保持一定的熔体温度和粘度，t = 285℃ 9、预取向丝POY的高取向度、低结晶结构是如何形成的？
此结构的形成是由于纺丝速度的提高，出喷丝头后的熔体细流受到高拉伸应力和较大的冷却温度梯度的作用，发生快速形变所致。 √10、为什么说聚酯纤维后加工的拉伸倍数应选择在自然拉伸比和最大拉伸比之间？
若拉伸倍数小于自然拉伸倍数，则被拉伸纤维中的细颈尚未扩展到整个纤维，必然包括很多的未拉伸丝，这样的纤维没有实用价值而当拉伸倍数达到最大拉伸倍数时，纤维就要断裂。 11、纤维后加工的作用是什么？
? 纤维后加工有如下作用：
? （1）拉伸：使纤维大分子取向，并规整排列，提高纤维强度，降低伸长率。
? （2）热处理：使大分子在热作用下，消除拉伸时产生的内应力，降低纤维的收缩率，提高纤维的结晶度。
? （3）特殊加工：如将纤维卷曲或变形，加捻等，以提高纤维的摩擦系数、弹性、柔软性、蓬松性，或使纤维具有特殊的用途及纺织加工性能。 12、简述并画出聚酯短纤维的后加工工艺流程？
? （一）工艺流程
? 纤维物理机械性能不同，有普通型和高强低伸型，后加工流程和设备均有差异。高强低伸型采用该流程，普通型不必进行紧张热定型。 ? 短纤维典型的后加工工艺流程。
集束架→六辊导丝机→一道七辊→油剂浴加热器→二道七辊→过热蒸汽加热器→三道七辊→紧张热定型→油冷却槽→四道七辊→重叠架→二辊牵引机→卷曲机→输送机→切断机→打包机 √13、制备假捻变形丝的原理是什么？
? 假捻变形纱的生产原理
? 传统方法：以拉伸加捻丝为原丝，在弹力丝机上经定型、解捻而得。即加捻、热定型、解捻三个过程分开进行。
? 假捻连续工艺：拉伸和假捻变形连续进行，简称DTY法。 14、空气变形丝的生产原理是什么？
? 空气变形丝的生产原理
空气变形也称吹捻变形。在喷气变形过程中，有横向气流，也有轴向气流和旋转涡流。丝条通过喷嘴加捻区时，受到类似于许多加捻器的作用，丝条截面中任意一点所受到的气流速度都不相同，截面中各根纤维没有一个共同的回转中心，而是单丝在紊流作用下互相接触、转移和结合，这种过程可归结为交络和缠绕两种形式。 15、什么是复合纤维？
复合纤维是由两种或两种以上组分纺制而成的纤维，每一根纤维中的两组分有明显的界面。
第五章 聚丙烯腈纤维
1、简述聚丙烯腈湿法和干法工艺？区别何在？
湿法纺丝时，高聚物溶液从浸于凝固浴中的喷丝板小孔喷出，通过双扩散作用最终使纤维成型。凝固浴通常为制备原液所用溶剂的水溶液。 干法纺丝（P150）：纺丝原液→计量泵 →原液加热器（130～140℃） → 纺丝组件（喷丝板）→纺丝甬道 （400 ℃ N2其他惰性气体并流下行）→ 溶剂蒸发→ 纤维成型→喷淋室（冷水喷淋降温） → 导辊集束→ 皮带牵引辊→ 摆丝器→盛丝桶→后加工
2、什么是凝固浴？什么是凝固浴循环量？如何控制？
凝固浴一般为PAN溶剂的水溶液（以DMF为溶剂，凝固浴是DMF的水溶液；以NaSCN为溶剂，凝固浴是NaSCN的水溶液），水是凝固剂。 凝固浴温度：
降低：双扩散减慢，凝固速度下降，凝固均匀，结构性能好；
过低：凝固速度过慢，凝固不充分，结构性能不好，拉伸时易造成毛丝，NaSCN析出；
升高：双扩散加快，凝固速度加快，纤维强伸度有所下降，尤其是强度对温度依赖性更为明显；
过高：超过临界值(NaSCN法20℃，DMF法25℃)，凝固过于剧烈，结构不均匀，性能下降。 凝固浴循环量
在纤维成形过程中，纺丝原液中的溶剂不断地进入凝固浴，使凝固浴中溶剂浓度逐渐增浓，同时由于原液温度和室温都比凝固浴温度（10~15℃）高，所以浴温也会有所升高。而凝固浴的浓度和温度又直接影响纤维的品质，因此必须不断地使凝固浴循环，以保证凝固浴浓度及温度在工艺要求的范围内波动，以
确保所得纤维的质量。
太小：会使浴槽中不同部位浓度和温度差异增大, 太大：纺丝线周围的流体力学状态不稳定，造成毛丝。
√3、聚丙烯腈湿法纺丝中，DMF溶剂路线和硫氰酸钠溶剂路线有何优缺点？
DMF溶剂路线：优点是溶剂溶解能力优良，能制得浓度高的纺丝原液，且溶剂回收也较简单；但在较高温度(>80℃)下溶解时，会使纺丝原液颜色发黄变深。
硫氰酸钠溶剂路线：优点是工艺过程简单，实现了聚合和纺丝连续化，聚合速度较快，降低了成本。此外，硫氰酸钠价廉易得，不易挥发，消耗量低；但是对设备腐蚀严重，溶剂回收工艺也较为复杂。 4、简述湿法纺丝机的结构？
生产所用主要为斜底水平式纺丝机，又称卧式纺丝机。它是一种单面式纺丝机，凝固浴从装有喷丝头的一端（前端）进入浴槽，与丝条并行流向浴槽的另一端(后端)。
√ 5、聚丙烯腈后加工中，干燥致密化的目的是什么？其工艺如何控制？
目的： 通过干燥去除纤维中的水分，使纤维中的微孔闭合，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。 工艺控制：
①温度和时间：既考虑干燥致密化效果，又考虑设备生产能力。要达到干燥致密化目的，干燥温度应高于初级溶胀纤维的Tg。不能过高，过高纤维发黄，纤维表面水分蒸发过快而产生一层过干硬皮层，而影响干燥速度及使内外层结构性能不匀。实际生产中，干燥温度可分区控制，并逐渐降低。
干燥时间是由进入干燥设备的丝束速度来控制的。一般干燥机中停留时间不超过15min，时间过长不但造成纤维着色，且降低了设备生产能力。
②介质的相对湿度：当介质温度不变时，介质自身的含湿量越低，纤维的干燥就进行得越快，若介质相对湿度过低，将与介质的温度过高有同样的弊病。
随着干燥过程进行，介质含湿量增加，须进行循环和更换，补给量10～15％。
总之，干燥的温湿度的控制随干燥设备，纤维层厚度，干燥时间，纤维本身的特点(如共聚物组成，微纤网络的粗细)以及对成品纤维结构的要求等因素而变化。
③张力： 干燥致密化时纤维所受张力大体可分三种状态，一是紧张态，即长度固定，完全不能进行轴向收缩；二是稍有张力，可有一定程度的收缩；三是松弛态自由收缩。干燥过程中丝束所处的状态时成品纤维的性质影响很大。和松弛态相比，紧张状态所得纤维的干强较高，但延伸度和钩强低，沸水收缩率较高。 ④干燥设备：目前腈纶干燥致密化 多采用松弛式帘板干燥机或半松弛式圆网干燥机。
6、聚丙烯腈膨体纱的制造原理是什么？
膨体纱就是利用纤维的热弹性而制成的。方法是将6份经湿热处理而回缩过的条子与4份末经湿热处理（即末回缩过）的条子合并在一起，按一般纺纱工艺纺成细纱，然后对这种细纱施加一次湿热处理。这时未回缩过的纤维就会发生回缩，成为细纱的中心；而已回缩过的纤维不再回缩，被推向细纱外部，并形成小圆圈状卷曲，浮在细纱表面，这样就成为膨体纱。
7、为什么腈纶具有热弹性和极好的日晒牢度？
具有热弹性和极好的日晒牢度是腈纶最突出的优点。涤纶、锦纶等结晶性纤维都不具有这种热弹性，这是因为纤维结构中的结晶像网结一样，阻碍了链段的大幅度热运动。而腈纶结构中的准晶区并非真正的结晶，仅仅是侧向高度有序，这种准晶区的存在并不能阻止链段大幅度热运动，而使纤维发生热弹性回缩。 在所有大规模生产的合成纤维中，以腈纶对日光及大气作用的稳定性最好。腈纶优良的耐光和耐气候性，可归因于大分子上的氰基。氰基中的碳和氮原子间为三键连接，其中一个是σ键，两个是π键，这种结构能吸收能量较高(紫外光)的光子，并把它转化为热能，从而保护了主价键，避免了大分子的降解。
8、为什么说未拉伸纤维中溶剂含量越少，则拉伸温度应越高？
由于纤维中残存的溶剂对大分子有增塑作用，纤维中溶剂残存量越高，拉伸温度就应越低。
9、简述腈纶干法成型喷丝头组件结构。
喷丝头组件结构：
为了使喷丝头内、外部丝条中的DMF具有基本相同的蒸发速度。原液在组件前的加热器中需通过两个同心圆柱环形通道。每个通道所控制的温度不同，并分别将原液供给喷丝板的外侧和内侧。内侧温度约高出外侧10℃。组件中的分离环能使供给喷丝板内侧与外侧的原液直至到达喷丝孔前一直保持分离状态
√ 10、简述腈纶凝固浴溶剂含量对凝固过程的影响。
高：双扩散慢，凝固困难，不充分；
低：双扩散快，凝固剧烈，皮芯结构，不均匀，性能差。 11、丙烯腈三元共聚物中的第二、三单体的作用是什么？
目前聚丙烯腈纤维生产都采用丙烯腈三元共聚物为原料，第二单体的引入破坏了大分子链的规整性，使聚丙烯腈结构发生一定程度的无序化，降低大分子间的敛集密度，改善手感，提高弹性，改善染色性。第三单体又向大分子中引入了一定数量的亲染料基团，使染色色谱齐全，颜色鲜艳。
12、聚丙烯腈的不规则螺旋状分子结构是怎样形成的？
PAN主链并不是平面锯齿形分布，而是螺旋状的空间立体构象。PAN的螺旋体结构主要由极性较强、体积较大的侧基－氰基所决定。
事实上， PAN纤维中的大分子并不完全是有规则的螺旋状分子，而是具有不规则曲折和扭转的分子，是由于氰基的存在。氰基中的碳原子带正电荷，氮原子带负电荷，所以把氰基称为偶极子。
在同一大分子上氰基间因极性方向相同而互相排斥，而相邻大分子间的氰基则因极性方向相反而互相吸引(偶极子力)，由于这种很大的斥力和引力的相互作用，使大分子活动受到极大的阻碍，而在它局部发生歪扭和曲折。
√ 13、列举2～3个腈纶纺丝工艺参数是如何影响纤维截面形状的？
（1），甬道中溶剂浓度越低，丝条中溶剂的蒸发速度越快，成型的均匀性就越差，纤维横截面形状偏离圆形就越大，所得纤维的机械性能也较差。
（2）溶剂在纤维细流中的扩散速度及在其表面的蒸发速度是决定丝条固化和纤维截面形状的重要因素。由于丝条表面固化速度快，形成皮层结构。而后
高分子材料加工工艺学习题答案
