《化纤概论习题》PPT课件.ppt

一、名词解释,合成纤维:,用石油、天然气、煤以及农副产品为原料,经一系列化学反应制成合成高聚物、再经纺丝后处理等加工制得的纤维.,再生纤维:,用天然高分子化合物为原料,经化学处理和机械加工制得的纤维.,复合纤维:,在一根纤维上沿纤维轴向同时存在着两种或两种以上高聚物的纤维.,异形纤维:,用非圆形喷丝孔或中空喷丝孔纺制的纤维.,初始模量:,也称弹性模量,纤维在外力作用下伸长1%时所需要的应力.表征纤维对小形变的抵抗能力.,着火的纤维离开火源而纤维继续燃烧时,环境中氮和氧混合气体内含氧最低分率,表征纤维的燃烧性能.,极限氧指数:,易染色:,可以用不同类型的燃料染色,在采用同种燃料染色时,染色条件温和、色谱齐全、色泽均匀、坚牢度好.,熔体纺丝:,聚合物熔体或聚合物切片在螺杆挤压机中熔融以后,被压送至各纺丝位、经计量泵定量送入纺丝组件，通过喷丝孔挤出，冷却、卷绕成丝的纺丝方法. 湿法纺丝 纺丝溶液经混合、过滤和脱泡等纺前准备后，送至纺丝机，通过纺丝泵计量，经烛形滤器、鹅颈管进入喷丝头（帽），从喷丝头毛细孔中挤出的溶液细流进入凝固浴，溶液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的凝固剂向细流内部扩散，于是聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维。,干法纺丝 从喷丝头毛细孔中挤出的溶液细流进入纺丝甬道，通过热空气的作用，溶液细流中的溶剂快速挥发，并被热空气流带走。溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化，并在卷绕张力的作用下伸长变细而成为初生纤维。,POY:,在3500m/min以下纺丝得到的预取向丝.,UDY:,在1300m/min以下纺丝得到的未拉伸丝.,PAN结晶: PAN中存在着强极性氰基,其中碳原子带正电荷,氮原子带负电荷,整体形成一个偶极子,同分子内的氰基极性方向相同相互排斥,相邻的PAN分子中的氰基极性相反相互吸引,这种复杂的作用,使PAN成为一种不规则的螺旋体结构是两维有序的称为准晶.,二、化纤概论部分,第一章 基本概念及纤维主要品质指标,1、何谓纤维的初始模量? 2、推导回潮率和含湿率的关系. 3、画图说明在应力应变曲线上屈服点的三种求法,第二章 聚酯纤维,1、BHET有哪几种工业化生产方法，各有何特点 制备方法主要有三种：酯交换法、直接酯化法、直接加成法 三种工艺路线各有特点: 酯交换法：历史悠久，技术成熟，产品质量好而稳定，目前仍广泛采用，但其工艺过程长，设备多，投资大，且需要大量甲醇，甲醇和乙二醇回收量大，增加设备和能量消耗。 直接酯化法：流程短，投资少，效率高，无需使用甲醇，乙二醇耗用量少，可简化回收过程和设备，减少环境污染，特别适合制造高聚合度PET。缺点是TPA和EG在多相体系中反应，反应不易均匀，容易生成较多二甘醇，影响PET的质量。 直接加成法：理论上最为合理。优点是生产过程短，原料低廉，产品纯度高。但环氧乙烷沸点低(10.7)，常温下为气体，容易着火、爆炸，运输、贮存和使用都不方便，目前采用此法的不多。,2、连续酯交换、缩聚有那些共同点 1.酯交换率99% 2. 连续缩聚可以分为三个阶段第一阶段除去酯交换多余EG,第二阶段物料在低粘度下缩聚,第三阶段在高真空粘度下缩聚. 3.初期缩聚阶段由于物料粘度小可用釜式塔式多种形式。 4.后缩聚必须独立出来以适应高粘度,高真空的要求. 3、分析聚酯生产中凝胶、醚键及环状低聚物产生的原因及其危害,4、为什么PET有较高的熔点，为什么PET在高温下容易水解 PET分子链中的 基团刚性较大，因此，纯净的PET 熔点较高(约267)； PET的分子链节是通过酯基( )相互连接起来的，故其许多重要性质均与酯键的存在有关。如在高温和水分存在下，PET大分子内的酯键易于发生水解，使聚合度降低，因此纺丝时必须对切片含水量严加控制。 5、涤纶切片为什么要进行干燥；涤纶切片干燥分哪几个阶段；不同阶段的干燥工艺及设备有那些主要特点 干燥的目的:除去切片中的水分 提高切片的软化点和结晶度。涤纶切片干燥主要分两个阶段：预结晶、干燥 。特点：通常预结晶温度控制在170以下，干燥温度控制在180以下。为了防止切片粘联预结晶阶段一般使切片处于动态（如回转圆筒、沸腾床或加搅拌等），而干燥阶段大多采用充填式设备。,6、什么是侧吹风、什么是环吹风；环吹风有何优点，两者在应用上有何区别 7、为什么初生纤维要存放一定的时间后才能进行加工? 刚成形的初生纤维其预取向度不均匀，需经存放平衡，使内应力减小或消除，预取向度降低，卷绕时的油剂扩散均匀，改善纤维的拉伸性能。存放平衡后的丝条才能进行加工。 8、涤纶拉伸丝的生产工艺路线有哪些；现以哪种路线为主，为什么? 涤纶拉伸丝的生产工艺路线有:UDY-DY、MOY-DY、POY-DY、FDY、HOY等。现以UDY-DY路线为主，常规纺丝的设备制造要求低，一次性投资少，生产技术易于掌握，尤其是在拉伸丝的生产上更显示出其优越性，因此在PET长丝生产中仍占有相当重要的地位。,9、涤纶低弹丝的生产工艺路线有那些；现以哪种路线为主，为什么? 10、简述BM干燥塔的结构特点. 预结晶有间歇式和连续式两种，结晶器与干燥器分开安装。 BM式干燥装置的优点如下： 预结晶温度高(切片140150)，速度快(1015min)，切片表层坚硬。 气缝式充填干燥器设计合理，切片干燥均匀，热风阻力小，可用中低压热风。 热气流循环使用，热能回收率较高。 缺点是热风中粉尘较多，易在加热器上结焦，增加能耗。,11、简述KF干燥塔的结构特点和干燥过程. 12、涤纶高速纺的纺速是多少；为什么要选择这样的纺速范围. 涤纶高速纺的纺速为2000-3000M/min，由于高速纺丝比普通纺丝的纺速高，因此喷丝孔的吐出量大，单机生产能力高。PET长丝纺速从1000mmin提高到3500mmin，产量可增加47。显然这并不是随纺速的增加成线性增加，尤其当纺速超过3000mmin以上时，产量的增加相当微小。 13、涤纶高速纺有哪些特点?,14、为什么随着纺丝速度的增加纺丝机的产量不成正比增加 PET长丝纺速从1000mmin提高到3500mmin，产量可增加47。显然这并不是随纺速的增加成线性增加，尤其当纺速超过3000mmin以上时，产量的增加相当微小，在3600mmin以后，产量几乎不随纺速的增加而增大。这是因为随纺速的提高，虽然卷绕丝的长度按比例增加，但卷绕丝的后拉伸倍数却随纺速的增加而下降，为了得到一定线密度的成品丝，就必须降低卷绕丝的线密度，使其变细，因此产量不呈线性增加。,15、简述假捻变形原理 如图所示为假捻原理示意图。当纱线两端固定，锭管旋转时，锭管上下两端的纱线会发生加捻作用，且捻向相反，捻回数相等。实际进行变形加工时，纱线是不断向上运行的，输入锭管的捻回在输出端立即发生解捻。因此这种加捻方式并不能得到真正的捻度，故称“假捻”。在假捻变形的加捻阶段，丝束在加热器中利用分子的热运动消除因加捻扭曲而产生的扭曲应力，使加捻变形不可恢复，然后冷却至玻璃化温度以下，把加捻后的形变固定下来，虽再经解捻，但每根单丝仍保留原来的卷曲形状，这样就可得到蓬松的弹力丝。 16、简述空气变形纱的风格特色、变形原理 17、简述网络加工的目的及机理,18、某厂使用VD405纺丝机和LVD801后加工联合机生产1.67dtex棉型短纤维。纺丝机日产量为12吨 VD405纺丝机技术数据： 纺丝位24个 纺丝泵规格10cc/r 纺丝泵转速1236r/min 纺丝泵效率0.98 熔体密度为1.2g/cm 喷丝头规格o0.25mmX500孔 纺丝速度4501100m/min 受丝桶容量170kg,LVD801 后加工联合机技术数据： 集束总旦数22万特X2 拉伸速度100120m/min（取100m/min） 后拉伸倍数4.5倍 纤维回缩系数k=0.9 若每桶丝拉伸所需时间为7.5h 第二次拉伸倍数为1.2 求： （1）进行全面工艺计算 （2）经检验发现成品纤维的纤度为1.70dtex，有哪些方法调整工艺使产品合格 （3）若将受丝桶盛满，落桶时间为何,19. 已知某厂生产涤纶长丝，计量泵规格为24ml/转，转速为15转/min.。喷丝板规格为0.3mmX144孔，纺丝速度为3500m/min，熔体比重为1.2g/cm 求：（1）纺丝泵供量（g/min） （2）挤出速度Vo（m/min） （3）卷绕丝纤度（dtex）,第三章 聚酰胺纤维,1己内酰胺的聚合过程中包括哪些主要反应；反应后的体系有何特点，为什么,己内酰胺水解(开环)聚合的主要化学反应如下：,反应后的体系总残留部分单体和低聚体。 己内酰胺开环聚合生成聚己内酰胺时，仅仅是分子内的酰胺键变成了分子间的酰胺键，这就像其它没有新键产生的基团重排反应一样，反应进行,的自由能F变化很小，所以己内酰胺开环聚合具有可逆平衡的性质，它不可能全部转变成高聚物，而总残留部分单体和低聚体。,2、己内酰胺聚合时加入己二酸有何作用，加入量对聚合物有何影响 3、为什么要用尼龙66盐来制备聚己二酰己二胺 为了保证获得相对分子质量足够高的聚合体，要求在缩聚反应时己二胺和己二酸有相等的摩尔比，因为任何一种组分过量都会使由酸或氨端基构成的链增长终止。为此，在工业生产聚己二酰己二胺时，先使己二酸和己二胺生成聚酰胺66盐(PA-66盐)，然后用这种盐作为中间体进行缩聚制取聚己二酰己二胺。 4、PA66的聚合过程中为什么要采用先高压、后真空的工艺过程,5、PA6纤维中单体、低聚物含量过高时对纤维质量有何危害成品纤维中存在单体低聚物会带来以下后果： （1） 影响纤维染色的均匀性 （2） 长期存放会使纤维出现黄斑发脆 6、PA6纤维生产中有哪些除单体的方法，分别简述其过程 7、为什么PA66纺丝温度的控制要比PA6严格 纺丝温度必须高于熔点而低于分解温度，聚酰胺6和66的熔点分别为215和255，而两者的分解温度基本相近，约300左右，为此聚酰胺6的纺丝温度可控制在270，聚酰胺66则控制在280290左右。由于聚酰胺66的熔点与分解温度之间的范围较窄，因此纺丝时允许的温度波动范围更小，对纺丝温度的控制要求更为严格。,8、PA6纺丝中给湿有何作用 刚从甬道出来的纤维是无定型的，它吸收水分后很容易发生诱导结晶，同时纤维发生自发的伸长。如果将无定型的PA6纤维绕在筒子上，它吸收空气中的水分后同样也会发生诱导结晶和纤维伸长，这样会出现绕在筒子上的丝松圈和塌边现象，因此在纺丝中要采取给湿的措施卷绕前增加一个给湿盘。 9、为什么聚酰胺纤维高速纺丝的纺速要高于聚酯纤维 当V1500m/min时V升高，纤维中晶核迅速增加，停留时间在缩短，使水分来不及渗透到微晶的空隙中去，出现卷绕丝继续吸收水分，使晶核长大成晶粒，丝条伸长导致松筒塌边。当进一步提纺速至4000m/min以上时，大分子取向明显增加，取向诱导结晶，卷绕度增加，其后的结晶效应明显减弱，为实现卷绕工艺的最大稳定性，高速纺的纺速以42004500为宜，因此其纺速要高于聚酯纤维。 10、为什么PA6纺丝温度比聚酯低，而冷却条件却基本相同,第四章 聚丙烯纤维,1、聚丙烯纤维有哪些特点 丙纶纤维的主要特点： 1、比重小：丙纶是目前所有纤维中比重最小的 0.918/cm3 2、强度高：丙纶是强度比较高的一种纤维，由于丙纶不吸水，其干湿强度基本相同更适用湿态的使用要求。 3、弹性好：回弹率与涤纶、腈纶、尼龙类似，弹性模量略低于涤纶 4、光热稳定性差：易于老化，在加工使用中容易失去光泽、强伸度下降。 5、染色性差：PP上没有极性基因缺乏对一般染料的亲和性。,2、聚丙烯切片的等规度和熔融指数是如何测定的 等规度的测定： 丙稀聚合物中含有等规、间规、无规三种结构组成。而正庚烷能溶解无规、间规聚合物，可以采用沸腾的正庚烷对聚丙烯聚合物试样进行萃取、萃取后所剩残渣即为等规聚丙烯。用萃取前后试样质量之比即为等规度。 熔融指数的测定： “MI”是热塑性高聚物在规定地温度和压力下在十分钟内通过指定长度和内径的毛细管的重量值。单位“g/10min”。 PP的测定条件：温度230，压力2160g，毛细管d=2.095mm ，l=8mm。,3、聚丙烯纺丝时为什么纺丝温度要远高于熔点 PP熔体温度高出其熔点100左右，原因如下： (1)PP的分子量高，熔融后的熔体粘度很高，因此要提高纺丝温度以增加流动性使纺丝顺利进行。 (2)PP中没有强极性基因，内聚能较小，纺丝时容易出现熔体破裂 (3)PP分子量分布宽，熔体弹性较大牛顿性能差。 (4)高温下纺丝，卷绕丝的预取向度低并生成不稳定的碟状液晶结构以利于后拉伸倍数的提高。 4、为了抑制聚丙烯的老化经常加入哪些添加剂，它们都有哪些作用,5、简述割裂纤维和撕裂纤维的制造过程 割裂纤维是把T型机头挤出的平膜或吹塑得到的管状膜通过具有一定间隔的刀具架被切割成扁带、再经拉伸、热定型得到扁丝。 撕裂纤维是将挤出或吹塑得到的薄膜经单轴拉伸使大分子沿拉伸方向取向，拉伸方向强度，垂直拉伸方向强度，然后薄膜通过针辊或齿辊等破纤装置，被开纤，再经物理、化学或机械作用使开纤薄膜进步离散成纤维网状物或连续丝条，长丝。 6、简述聚丙烯的短程纺丝 短程纺丝技术是较常规纺丝的工艺流程短，纺丝工序与拉伸工序直接相连，喷丝头孔数增加，纺丝速度降低的一种新工艺路线。整套生产线可缩短到50m左右，从切片输入到纤维打包全部连续化，可生产单丝线密度为1200dtex的短纤维。它具有占地面小，产量高，成本较低，操作方便，宜于迅速开发且适应性强等优点。纺丝箱体有6-32个纺丝位，喷丝板有环形和矩形两种，喷丝孔数多达15万孔，冷却吹风形式有侧吹、中心放射和真空环吸等。,7、简述聚丙烯的熔喷纺丝法,第五章 聚丙烯腈纤维,1、腈纶生产中为什么要加入第二、第三单体。常用的第二、第三单体有哪些 加入第二单体可降低大分子间的作用力从而降低PAN的结晶性、增加纤维的柔软性、提高染色速率。常用的第二单体有：丙稀酸甲酯（MA）、甲基丙稀酸甲酯（MMA）、 醋酸乙烯酯（VAC）、丙稀酰胺（AAM）。 加入第三单体可引入亲染料基团，提高纤维对染料的亲和力。常用的第三单体有：衣康酸（ITA ）、丙稀磺酸钠（SAS）、甲基丙稀磺酸钠（SMAS）、对乙烯基苯磺酸钠（SSS）、乙烯吡啶、2甲基5乙烯吡啶 2、腈纶生产中偶氮二异顶腈、二氧化硫脲和异丙醇有何作用,3、NaSCN法生产腈纶时，成品纤维的单体组成与配料混合液的组成是否相同，为什么。连续生产时新单体按哪种组成加入。 成品纤维的单体组成与配料混合液的组成不相同，由于竟聚率的不同单体组成有差异，连续生产时添加的单体组成应与成品纤维组成一致，以维持进出料的平衡。 4、分析影响NaSCN法溶液聚合时的主要影响因素。,5、什么是水相沉淀聚合，它有哪些优点。 水相沉淀聚合是指以水为介质，单体在水中具有一定的溶解度当水溶性引发剂引发聚合时聚合产物不溶于水而不断地从水相中沉淀出来。水相沉淀聚合具有下列优点。 (1)水相聚合通常采用水溶性氧化还原引发体系，引发剂分解活化能较低聚合可在3050之间甚至更低的温度下进行。所得产物色泽较白； (2)水相聚合反应的反应热容易控制，聚合产物的相对分子质量分布较窄； (3)聚合速度较快，产物粒子大小较均匀且含水率较低，聚合转化率较高，浆状物料易于处理回收工序相应地较为简单。,6、水相沉淀聚合采用的是哪种类型的引发剂，PH值对其有何影响。 7、NaSCN法的原液准备工序都包括哪些工艺过程 原液准备工序包括以下工艺过程： （1） 混合：作用：a使原液性质均一，稳定 b 贮存一定量原液连接聚合纺丝 （2）脱泡：原因：AIBN分解时产生N2机械搅拌及原液输送中混入气体，脱泡塔与脱单体塔类似,没有夹套由汽喷射泵组成真空系统 （3） 消光、增白：消光剂TiO2使纤维表面产生光漫散射，荧光增白剂 （4） 调温过滤:纺丝原液温度调至3235，使用板框式过滤机过滤，要保证纺前压力6105Pa,8、凝固液中NaSCN溶液和温度对纤维成形有何影响 9、NaSCN法的溶剂回收工序都有哪些工艺过程 溶剂回收工序有以下工艺过程： 稀溶液蒸发：采用双效蒸发器，提高蒸汽利用率，蒸发后的NaSCN浓度已符合聚合要求。 除硫酸根离子：硫酸根离子的存在会堵塞喷丝孔引起断头毛丝，蒸发中易产生锅垢影响传热，纺丝原液过滤困难。为了不给体系中引入Cl通常采用溶解度较高的BaCO3与硫酸反应。 除铁离子：去除原因铁离子对聚合反应有阻聚作用。三价铁使纤维白度降低。去除铁离子的方法： NaOH法：使用NaOH沉淀铁离子再过滤去除 。 离子交换法：大工业连续化生产大都采用强碱性阳离子交换树酯去除铁质。,10、NaSCN一步法生产腈纶时溶剂中SO4-2来自何处，对生产有何影响。 11、NaSCN溶剂中的铁离子对腈纶生产有何影响 二价、三价铁离子对聚合反应有阻聚作用，使反应速度降低, 降低。,三价铁使纤维白度降低，三价铁能与SCN根生成深红色络合物，使成品纤维发黄，白度降低。,12、为什么对回收的NaSCN溶剂要进行萃取，萃取过程是如何进行的 在循环使用的NaSCN中要不断的除去有机杂质（包括低聚物），氯离子等，一般常采用异丙醚作萃取剂萃取NaSCN的方法，将回收液的1/21/6投入到萃取工段便能控制杂质在33.5%的范围。 工艺流程：13的NaSCN溶液与50的H2SO4分别从萃取塔的上部注入，发生反应：2NaSCNH2SO42HSCNNa2SO4 HSCN与自塔下部逆流而上的异丙醚相遇被其吸收而后自塔顶流入倾析槽，上部为醚层经冷却降温至10送至中和塔下部注入使之沿塔板上升与自上而下流入的22NaOH相遇发生反应。 HSCNNaOHNaSCNNa2SO4 生成的HSCN从醚层中分出，由塔底排放至吹脱槽、利用压缩空气鼓泡、将流出的液体醚吹走、防止醚带入蒸发皿造成事故，纯净的溶液送往蒸发加料槽。,第六章 聚乙烯醇纤维,1、简述醋酸乙烯的几种合成路线 醋酸乙烯的合成路线有： 1、乙炔法： 电石乙炔法 天然气乙炔法 2、乙烯法： 2、由PVA作原料生产维尼纶要经过哪些过程,3、对PVA进行水洗的目的有哪些 水洗的目的: 降低PVA中NaAc含量使之0.2减少热处理时的碱性着色 除去过低含量PVA改善分子量分布 使PVA适度膨润以利于溶解 4、NaAC的存在是如何使纤维着色的 5、生产维尼纶的凝固浴由哪些物质组成，各有何作用 凝固浴组成： Na2SO4 410420g/l ZnSO4 15g/l及适量H2SO4、NaAc Na2SO4使丝条脱水凝固成形 ZnSO4控制纤维色相，适当加入可增加纤维白度。 酸度过低会使纤维着色，酸度的调节是加入H2SO4来达到目的，其中的HAc由NaAc水解而得。,6、凝固浴的温度、浓度对纤维成形有何影响 7、简述维尼纶生产中的凝固浴的回收过程 在纺丝过程中从纺丝原液脱出的大量水分转入凝固浴，丝条从凝固浴中引出时要带走一些溶液，为使生产保持稳定进行，凝固浴中增多的水分应除去，消耗掉的H2SO4 ZnSO4应予补充以,维持溶液的总量和组成稳定，另外凝固浴的温度也应不断调整以满足纺丝的要求。凝固浴的回收过程如图所示。,8、简述维尼纶生产中热处理的作用 9、维尼纶生产中后处理的目的是什么，采取了哪些措施,后处理的目的是使纤维的耐热水性和玻璃化温度有所提高。在聚乙烯醇大分子上每个链节都含有一个羟基，经过纺丝，拉伸、热处理后，纤维的结晶度可达60。就是说一部分大分子上的羟基被纳入了晶格，成为被束缚的羟基、反应