2025年浙江理工大学考研纺织材料学试题题库及答案

2025年浙江理工大学考研纺织材料学试题题库及答案一、名词解释1.超分子结构：指纤维中大分子链通过氢键、范德华力等次级键相互作用形成的有序聚集结构，是介于大分子链构象（一级结构）和纤维宏观形态（三级结构）之间的中间结构层次，直接影响纤维的物理机械性能和功能特性。2.断裂比功：纤维或纱线断裂时单位体积材料所吸收的功，综合反映材料的强度和延伸性，计算公式为断裂功除以试样的初始体积，是衡量材料韧性的重要指标。3.玻璃化转变温度（Tg）：非晶态高聚物从玻璃态向高弹态转变的温度区间下限，此时大分子链段开始运动，但整个分子链仍无法移动，是影响纤维热性能（如热收缩、加工温度）的关键参数。4.纤维的疲劳破坏：纤维在周期性重复应力作用下，内部缺陷逐渐扩展导致断裂的现象，与应力大小、循环次数、纤维结构（如结晶度、取向度）及环境条件（温湿度）密切相关。5.织物的悬垂性：织物因自重而下垂的能力，反映织物的柔软度和视觉美感，常用悬垂系数（悬垂面积与原面积的比值）或悬垂波数（下垂时形成的波峰数量）评价。二、简答题1.简述纤维结晶度对其力学性能的影响机制。答：结晶度是纤维中结晶区占总体积的比例。①当结晶度增加时，分子链排列更规整，分子间作用力增强，纤维的初始模量、断裂强度提高（结晶区承担主要应力）；②但结晶度过高时，非晶区减少，分子链段运动受阻，断裂伸长率下降，纤维变脆；③结晶度较低时，非晶区较多，链段易滑动，断裂伸长率大，但强度和模量较低。例如，高结晶度的涤纶（如工业丝）强度高但弹性稍差，低结晶度的普通涤纶则更柔软。2.分析纱线毛羽的主要影响因素及控制方法。答：影响因素：①纤维性能：短纤维长度短、细度细、卷曲少，毛羽多；②纺纱工艺：细纱机钢丝圈磨损、锭速过高、罗拉隔距过大易增加毛羽；③纱线结构：股线毛羽少于单纱，紧密纺工艺可减少毛羽；④后加工：络筒张力过大、清纱器摩擦会增加毛羽。控制方法：选用长绒棉或高卷曲纤维；优化纺纱工艺（如降低锭速、使用网格圈紧密纺）；络筒时采用低张力和毛羽减少装置；后整理中通过烧毛或上浆减少表面毛羽。3.说明织物透气性与哪些结构参数相关，并简述其作用规律。答：相关参数及规律：①织物紧度：紧度越大（经纬密度高或纱线粗），织物中孔隙率越小，透气性越低；②纱线线密度：细纱线形成的织物孔隙小且多，透气性可能低于粗纱线织物（需结合紧度综合判断）；③织物组织：平纹组织交织点多，孔隙小，透气性低于斜纹或缎纹；④纤维种类：吸湿性强的纤维（如棉）湿润后膨胀，孔隙缩小，透气性下降；⑤厚度：厚织物因空气层阻力大，透气性通常低于薄织物（但需排除紧度影响）。4.解释纺织材料吸湿滞后现象的产生原因。答：吸湿滞后指同一相对湿度下，材料从放湿（解吸）达到平衡时的回潮率高于从吸湿达到平衡时的回潮率的现象。原因：①吸湿时，纤维内部大分子链间的氢键部分断裂，水分子进入非晶区，链段被水束缚，后续吸湿性降低；②放湿时，已进入的水分子与大分子链形成的氢键较稳定，部分水分不易脱出，导致解吸平衡回潮率更高；③纤维内部结构的不可逆变化（如溶胀后未完全恢复）也会加剧滞后，如羊毛、棉等吸湿性强的纤维滞后现象更明显。5.比较棉纤维与涤纶纤维的热学性能差异，并说明其在加工中的应用。答：差异：①棉纤维（天然纤维素纤维）：无明显Tg，240℃开始热分解（脱水炭化），400℃剧烈燃烧，极限氧指数（LOI）约18，易燃；②涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）：Tg约67-81℃，Tm约255-260℃，300℃以上热分解，LOI约21-22，熔融燃烧。应用：棉纤维加工温度需低于150℃（避免损伤），染色常用高温高压（130℃以下）；涤纶可承受180-200℃的热定形（利用Tg以上链段运动），但需避免超过Tm导致熔融，其耐温性优于棉，适合制作高温环境用织物（如阻燃工装基布）。三、论述题1.从分子结构和聚集态结构角度，论述羊毛、蚕丝、涤纶的拉伸断裂性能差异及原因。答：羊毛（角蛋白纤维）：分子链含大量二硫键（-S-S-）和氢键，聚集态结构为α-螺旋构象（未拉伸时），结晶度约30-40%。拉伸时，α-螺旋先展开为β-折叠（取向），二硫键断裂吸收能量，故断裂伸长率大（25-35%），初始模量低（1-2cN/dtex），断裂强度中等（1.5-2.0cN/dtex），表现出“高伸长、低模量、中等强度”的特点。蚕丝（丝素蛋白）：分子链以β-折叠为主（结晶度约50-60%），含大量甘氨酸、丙氨酸（小侧基），分子间以氢键和范德华力结合。拉伸时，结晶区不易破坏，非晶区链段滑动有限，故断裂伸长率较低（15-25%），初始模量较高（4-6cN/dtex），断裂强度较高（3.0-3.5cN/dtex），表现为“中等伸长、较高模量、较高强度”。涤纶（聚酯）：分子链为线性芳香族结构（苯环刚性大），聚集态结构中结晶度约40-50%，取向度高（纺丝拉伸后）。拉伸时，非晶区链段先取向，结晶区承受主要应力，苯环限制链段运动，故断裂伸长率较低（20-30%），初始模量高（8-10cN/dtex），断裂强度高（4.0-5.0cN/dtex），表现为“低伸长、高模量、高强度”。差异本质：羊毛的二硫键交联和螺旋结构赋予其高弹性；蚕丝的β-折叠结晶和小侧基提供较高刚性；涤纶的刚性苯环和高取向度使其强度和模量最高。2.分析温湿度对纺织材料强伸性能的影响机制，并举例说明实际生产中的应对措施。答：温度影响：①温度升高时，分子热运动加剧，非晶区链段运动能力增强，纤维初始模量下降；②对于结晶性纤维（如涤纶），温度接近Tg（67-81℃）时，链段开始运动，断裂伸长率增加，强度先下降后趋于稳定（因结晶区未破坏）；③温度超过热分解温度（如棉>240℃），大分子链断裂，强度急剧下降。例如，涤纶热定形需控制在Tg以上（180-200℃），利用链段运动消除内应力，提高尺寸稳定性。湿度影响：①吸湿性纤维（如棉、羊毛）吸湿后，水分子进入非晶区，削弱大分子间氢键，链段易滑动，断裂强度下降（棉湿强约为干强的105%例外，因纤维素分子间新氢键形成），断裂伸长率增加；②疏水性纤维（如涤纶、丙纶）受湿度影响小，强伸性能基本不变。例如，毛纺厂需控制车间湿度（65-70%RH），避免羊毛因过度吸湿导致纺纱断头；棉纺厂络筒工序需适当加湿（55-60%RH），利用棉的湿强优势减少纱线断裂。3.结合纤维改性技术，论述提高织物抗起毛起球性的主要途径及原理。答：抗起毛起球性差的本质是纤维易从织物表面抽出形成毛羽，毛羽纠缠成球后难以脱落。提高途径：（1）纤维结构改性：①增加纤维长度（如使用长绒棉或高卷曲羊毛），减少短纤维含量，降低毛羽提供概率；②提高纤维初始模量（如涤纶通过提高结晶度或取向度），使毛羽刚硬不易纠缠；③引入化学交联（如羊毛的防缩处理，通过氯化-树脂法封闭鳞片，减少纤维间滑动），降低纤维抽出能力。（2）纱线结构优化：①采用股线（如双股纱），单纱间摩擦力大，毛羽被包裹；②使用紧密纺工艺（如网格圈紧密纺），减少边缘纤维伸出，降低毛羽数量；③增加纱线捻度，提高纤维间抱合力，减少毛羽抽出。（3）织物后整理：①烧毛整理（通过火焰或热板去除表面毛羽），直接减少起毛源；②树脂整理（如聚氨酯涂层），在织物表面形成连续膜，固定纤维末端；③酶处理（如纤维素酶处理棉织物），水解纤维表面的微纤，减少毛羽。（4）功能纤维应用：①使用异形截面纤维（如三角形涤纶），表面摩擦系数大，毛球易脱落；②加入抗起球改性纤维（如阳离子改性涤纶，分子链间作用力增强，不易起毛）。原理核心是通过减少毛羽提供、增强纤维间抱合力、加速毛球脱落三个维度，阻断起毛起球的“毛羽形成-纠缠成球-球核固定”过程。四、计算题1.某棉型纱线（公定回潮率8.5%）的实际称重为100g，实际回潮率为10%，求其公定重量。解：公定重量=实际重量×(1+公定回潮率)/(1+实际回潮率)=100×(1+8.5%)/(1+10%)=100×1.085/1.1≈98.64g2.一根涤纶长丝（密度1.38g/cm³）的直径为20μm，计算其线密度（特克斯，tex）。解：线密度（tex）=10⁶×体积×密度=10⁶×(πr²L)×密度/L（L为长度，约去）=10⁶×π×(10×10⁻⁶m)²×1.38×10³kg/m³（转换单位）=10⁶×π×10⁻¹⁰×1.38×10³=π×1.38×10⁻¹≈0.433tex3.某纤维的断裂强力为5cN，线密度为1.67dtex（1dtex=0.1tex），计算其断裂强度（cN/dtex）和断裂应力（MPa）。解：断裂强度=断裂强力/线密度=5cN/1.67dtex≈2.99cN/dtex≈3.0cN/dtex断裂应力=断裂强力/(截面积)=5×10⁻⁵N/[π×(d/2)²]，需先求直径d：线密度（tex）=1.67dtex×0.1=0.167tex=0.167g/km=0.167×10⁻³kg/1000m=1.67×10⁻⁷kg/m体积密度=质量/(体积)=(1.67×10⁻⁷kg/