2025年大学大二（高分子材料加工工程）碳纤维加工工艺基础测试题及答案

2025年大学大二（高分子材料加工工程）碳纤维加工工艺基础测试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题，共40分）每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内。(总共20题，每题2分，每题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的)1.碳纤维原丝的质量对最终碳纤维性能影响极大，高质量原丝要求具有（）。A.高强度和高模量B.低强度和高模量C.高强度和低模量D.低强度和低模量2.碳纤维生产中，预氧化的主要目的是（）。A.提高纤维强度B.使纤维具有一定耐热性C.降低纤维含氧量D.增加纤维柔韧性3.碳化温度对碳纤维性能有显著影响，随着碳化温度升高，碳纤维的（）。A.强度先升后降，模量一直升高B.强度一直升高，模量先升后降C.强度和模量都一直升高D.强度和模量都先升后降4.在碳纤维加工工艺中，拉伸工序的作用是（）。A.提高纤维取向度，增加强度和模量B.降低纤维取向度，提高柔韧性C.增加纤维含氧量，改善加工性能D.降低纤维含氧量，提高耐热性5.碳纤维表面处理的目的不包括（）。A.改善与基体的界面结合B.提高纤维自身强度C.提高纤维表面活性D.消除纤维表面缺陷6.聚丙烯腈基碳纤维原丝制备过程中，聚合反应的引发剂通常选用（）。A.过氧化物B.金属催化剂C.酸类物质D.碱类物质7.湿法纺丝制备碳纤维原丝时，凝固浴的组成对原丝性能有重要影响，一般凝固浴中含有（）。A.大量有机溶剂B.金属盐类C.强碱性物质D.强酸性物质8.碳纤维碳化过程中，会发生一系列化学反应，其中不涉及（）。A.脱氢反应B.氧化反应C.环化反应D.水解反应9.对于高性能碳纤维，其石墨化度通常要求在（）。A.20%-30%B.30%-40%C.40%-50%D.50%-60%10.碳纤维加工过程中，收丝工序需要控制的关键参数是（）。A.丝束张力B.收丝速度C.环境温度D.环境湿度11.碳纤维的微观结构主要由（）组成。A.石墨微晶B.无定形碳C.两者都有D两者都没有12.为提高碳纤维的导电性，可采取的措施是（）。A.增加石墨化度B.降低石墨化度C.提高纤维含氧量D.降低纤维取向度13.在碳纤维表面涂覆涂层，可改善其与基体的结合性能，涂层材料一般选用（）。A.陶瓷材料B.金属材料C.有机高分子材料D.以上都可以l4.碳纤维生产中，干燥工序的主要目的是去除原丝中的（）。A.水分B.有机溶剂C.低聚物D.以上都是15.高温碳化阶段，碳纤维的晶体结构会逐渐向（）转变。A.无序结构B.石墨晶体结构C.金刚石结构D.无定形结构16.碳纤维的拉伸强度与纤维的（）密切相关。A.直径B.长度C.含碳量D.取向度17.制备高性能碳纤维时，对原料的纯度要求一般在（）。A.95%以上B.98%以上C.99%以上D.99.9%以上18.碳纤维加工工艺中，上油工序的作用是（）。A.防止纤维静电B.提高纤维强度C.降低纤维模量D.增加纤维含氧量19.碳纤维的热膨胀系数通常（）。A.较大B.较小C.与普通材料相近D.为零20.碳纤维在航空航天领域应用广泛，主要是因为其具有（）。A.高强度、高模量和低密度B.高强度、低模量和高密度C.低强度、高模量和低密度D.低强度、低模量和高密度第II卷（非选择题，共60分）21.简答题：简述碳纤维碳化过程中发生的主要化学反应及对碳纤维性能的影响。(10分)22.简答题：说明碳纤维表面处理的常用方法及其作用原理。(10分)23.分析题：在碳纤维加工工艺中，如何控制原丝的质量以获得高性能碳纤维？请从原料选择、聚合反应、纺丝工艺等方面进行分析。(15分)24.材料题：阅读以下材料：碳纤维在汽车工业中的应用越来越受到关注。由于其高强度、低密度的特点，可有效减轻汽车重量，提高燃油效率。某汽车制造商计划在一款新型汽车上使用碳纤维复合材料替换部分金属部件。请分析使用碳纤维复合材料可能面临的问题及解决方案。(15分)材料：碳纤维在汽车工业中的应用越来越受到关注。由于其高强度、低密度的特点，可有效减轻汽车重量，提高燃油效率。某汽车制造商计划在一款新型汽车上使用碳纤维复合材料替换部分金属部件。25.论述题：论述碳纤维加工工艺对其性能及应用领域的影响。(20分)答案：1.A2.B3.A4.A5.B6.A7.B8.D9.D10.A11.C12.A13.D14.D15.B16.D17.D18.A19.B20.A21.碳化过程中主要发生脱氢反应，去除纤维中的氢原子，使碳原子间形成更多共轭双键，提高石墨化度，从而增加碳纤维的强度和模量；还会发生环化反应，形成稳定的环状结构，进一步增强纤维性能。22.常用方法有氧化处理，通过氧化剂侵蚀纤维表面，产生微孔和活性基团，增加表面粗糙度，提高表面活性，改善与基体结合；等离子体处理，利用等离子体中的高能粒子轰击纤维表面，引入极性基团，增强表面活性和粘结性。23.原料应选择高纯度、低缺陷的聚丙烯腈等。聚合反应要控制好引发剂用量、反应温度和时间等，确保聚合产物分子量分布均匀。纺丝工艺中，控制凝固浴组成、温度、纺丝速度等，保证原丝具有良好的形态结构和性能均匀性，为后续加工提供优质基础。24.面临的问题：成本高，碳纤维生产工艺复杂，导致材料价格昂贵；与基体结合问题，界面结合不好会影响整体性能；成型工艺难度大，需要特殊设备和技术。解决方案：研发低成本生产工艺；通过表面处理改善界面结合；加强成型工艺研究，开发适合的成型方法和模具。25.加工工艺对