化纤材料研发工程师面试试题及答案

化纤材料研发工程师面试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在聚酯切片（PET）固相缩聚（SSP）过程中，提高真空度最直接的作用是（）。A.降低熔体黏度 B.抑制热氧化降解 C.加速小分子副产物脱除 D.提高结晶度答案：C2.采用“海岛型”双组分纺丝制备超细纤维时，若岛组分选用PA6，海组分选用易水解聚酯，开纤时最合理的处理液是（）。A.5%NaOH水溶液，95℃ B.10%H₂SO₄水溶液，60℃ C.冰醋酸，室温 D.二甲苯，80℃答案：A3.在聚丙烯腈（PAN）基碳纤维原丝生产中，下列单体中可显著改善预氧化环化反应活化能的是（）。A.丙烯酸甲酯 B.衣康酸 C.苯乙烯 D.醋酸乙烯酯答案：B4.熔融纺丝过程中，熔体泵出口压力出现周期性波动，且波动频率与计量泵转速一致，最可能的故障源是（）。A.熔体过滤器堵塞 B.计量泵齿轮啮合不良 C.纺丝组件破漏 D.冷却风湍流答案：B5.对位芳纶（PPTA）缩聚反应中，若体系含水量高于300ppm，会导致（）。A.分子量分布变窄 B.特性黏度升高 C.聚合物颜色发黄 D.聚合釜搅拌电流下降答案：C6.在Lyocell纤维生产中，NMMO溶剂回收工段设置离子交换树脂塔的主要目的是去除（）。A.过渡金属离子 B.半纤维素 C.溶解胶 D.水分答案：A7.采用差示扫描量热法（DSC）测试PET切片时，若冷结晶峰面积明显大于熔融峰面积，说明切片（）。A.结晶度过高 B.特性黏度偏低 C.存在大量无定形区 D.含醚键结构答案：C8.氨纶（Spandex）干法纺丝中，甬道热风温度设定主要受限于（）。A.溶剂DMAC沸点 B.硬段微区熔点 C.软段玻璃化转变温度 D.聚合物分解温度答案：B9.聚乳酸（PLA）纤维在染整加工前需经110℃热定型，其主要目的是（）。A.提高取向度 B.诱导形成α晶型 C.消除内应力，提高尺寸稳定性 D.降低表面能答案：C10.在熔喷非织造布驻极工艺中，电晕放电后需立即用极性溶剂雾滴处理，其机理是（）。A.提高表面粗糙度 B.引入深陷阱电荷 C.降低纤维直径 D.消除静电答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列措施中，可有效降低PET熔体在纺丝组件内的热降解速率的有（）。A.降低熔体停留时间 B.在熔体管道内壁镀TiN涂层 C.提高熔体温度至300℃ D.添加亚磷酸三苯酯热稳定剂 E.提高氮气保护压力至0.5MPa答案：A、B、D、E12.关于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）冻胶纺丝，下列说法正确的有（）。A.冻胶纤维需经超倍热拉伸形成串晶结构 B.溶剂十氢萘在萃取阶段可用乙醇置换 C.纤维模量与拉伸倍数的平方呈线性关系 D.冻胶浓度越高，可拉伸倍数越大 E.纤维表面常等离子体处理改善界面粘接答案：A、B、E13.聚苯硫醚（PPS）纤维在燃煤电厂袋式除尘应用中，发生过早脆化的原因可能有（）。A.烟气中SO₃浓度超标 B.持续运行温度高于190℃ C.含氧量低于3% D.清灰压力过高 E.纤维结晶度不足答案：A、B、D、E14.下列表征手段中，可用于定量分析PAN原丝预氧化程度的有（）。A.傅里叶变换红外光谱（FTIR）—环化指数 B.元素分析—氧含量 C.广角X射线衍射（WAXD）—002峰半高宽 D.固体核磁¹³CNMR—芳构化率 E.热重分析（TGA）—残炭率答案：A、B、D、E15.聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）弹性纤维与PET共聚醚酯（TPEE）相比，其性能差异包括（）。A.PBT回弹更快 B.TPEE耐紫外更好 C.PBT熔点更低 D.TPEE耐水解更优 E.PBT玻璃化转变温度更高答案：A、C、D三、填空题（每空1分，共20分）16.在熔融纺丝动力学中，熔体细流受到的最大拉伸应力σ_max≈________，其中η为熔体黏度，v为卷绕速度，L为纺程长度。答案：η·v/L17.工业上制备3.3dtex黏胶短纤维，常用酸浴组成为：H₂SO₄________g/L，Na₂SO₄________g/L，ZnSO₄________g/L，温度________℃。答案：110–120，260–300，10–15，45–5018.芳纶1313（PMIA）缩聚反应中，常用中和剂Ca(OH)₂与HCl的摩尔比控制在________，以防止聚合物________。答案：1.02–1.05，盐析沉淀19.碳纤维石墨化阶段，石墨层间距d₀₀₂降至________nm时，纤维弹性模量可达600GPa以上。答案：0.335420.熔喷模头气隙宽度通常设计为________mm，热风速度一般控制在________m/s，以获得2–5μm纤维直径。答案：0.3–0.5，200–40021.聚酰亚胺（PI）纤维两步法纺丝中，第一步纺出的前驱体为________，经________℃热亚胺化后得到PI纤维。答案：聚酰胺酸，300–35022.在PET固相缩聚中，若切片特性黏度从0.65dL/g提高到0.85dL/g，理论上反应时间t与初始黏度η₀的关系符合________方程，其积分形式为________。答案：二级动力学，1/η_t–1/η₀=k·t23.氨纶分子结构中，软段常用分子量________的聚四氢呋喃（PTMEG），硬段为________与________反应生成。答案：1800–2000，MDI，乙二胺24.湿法腈纶凝固浴中，若NaSCN浓度低于________%，纤维表层会形成致密皮，导致________缺陷。答案：8，皮芯结构25.采用电纺聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维膜，当纤维直径降至200nm时，其压电β相含量可由FTIR中________cm⁻¹与________cm⁻¹两峰面积比计算。答案：840，763四、简答题（每题8分，共40分）26.简述熔体纺丝过程中“熔体破裂”现象的机理，并给出三种工程上可行的抑制措施。答案：熔体破裂是当熔体通过微孔时，若壁面剪切速率超过临界值（通常10⁴s⁻¹），熔体弹性效应主导，出现螺旋、竹节等畸变。机理包括：第一，分子链在孔壁滑移—黏附交替；第二，拉伸流动失稳；第三，热机械降解产生低分子物。抑制措施：①降低熔体温度5–10℃以提高黏度，减少滑移；②优化模孔长径比L/D至3–4，入口角60°，减少入口收敛流动；③在熔体中添加0.3%纳米SiO₂，形成界面滑移层，降低壁面剪切应力；④采用脉冲氮气辅助抽吸，稳定出口胀大比；⑤提高模头温度至熔点+30℃，降低弹性储能模量。27.对比湿法、干法及干喷湿纺三种纺丝方法在制备高强高模PAN原丝时的优缺点。答案：湿法：优点—设备简单，纺速可达100m/min，纤维圆截面，均质好；缺点—凝固浴溶剂扩散剧烈，易形成皮芯，孔隙率高，需高倍拉伸弥补，最终强度≤800MPa。干法：优点—溶剂挥发成型，纤维致密，表面光洁；缺点—纺速低（50m/min），溶剂回收能耗高，截面易呈肾形，强度900MPa左右。干喷湿纺：优点—空气隙允许大喷丝孔拉伸，取向预形成，可获高强度（>1.2GPa），模量高，孔隙率低；缺点—工艺窗口窄，空气隙温湿度需±1℃控制，喷丝板需特殊密封，设备成本高。工业上12K以上碳纤维原丝倾向干喷湿纺。28.说明Lyocell纤维原纤化倾向的成因，并给出染整加工中控制原纤化的三步法工艺参数。答案：成因：Lyocell纤维高度取向且结晶区沿轴向排列，微纤之间横向氢键密度低，湿态下吸水膨胀，机械摩擦使微纤剥离翘起。三步法：①初级氧化交联—用2g/LNaClO，pH10，25℃，10min，选择性氧化C6位羟基生成醛基；②交联封闭—加入5g/L聚酰胺环氧氯丙烷（PAE），60℃，20min，与醛基形成共价交联；③酶抛光—用0.5%（owf）中性纤维素酶，50℃，45min，pH6.5，去除翘起微纤，减量率控制在2%。处理后湿耐磨次数提高3倍，原纤化等级由5级降至2级。29.列举五种可用于化纤油剂的热稳定抗氧剂，并说明其适用温度范围及作用机理。答案：①Irganox1010—季戊四醇四[β(3,5二叔丁基4羟基苯基)丙酸酯]，适用≤280℃，主抗氧，捕获自由基；②Irgafos168—三(2,4二叔丁基苯基)亚磷酸酯，≤300℃，辅抗氧，分解氢过氧化物；③HostanoxSE4—硫代二丙酸二硬脂醇酯，≤250℃，硫醚分解ROOH；④Cyanox1790—1,3,5三(4叔丁基3羟基2,6二甲基苄基)异氰脲酸酯，≤320℃，耐高温，低挥发；⑤DLTP—硫代二丙酸二月桂酯，≤200℃，成本低，常与1010复配。五元复配可使油剂在280℃，空气氛围下氧化诱导期（OIT）由5min延长至45min。30.说明聚四氟乙烯（PTFE）纤维的载体纺丝原理，并给出烧结后处理温度曲线及关键控制点。答案：原理：将PTFE细粉（平均粒径0.25μm）与55%黏胶载体共混，通过湿法纺丝形成皮芯型纤维，PTFE为岛，黏胶为海。烧结曲线：室温→5℃/min→200℃（保温30min，脱除水分）→3℃/min→380℃（保温60min，黏胶分解，PTFE颗粒烧结成连续体）→2℃/min→340℃（热定型，消除内应力）→自然冷却。关键控制：①升温速率≤3℃/min，防止黏胶剧烈分解鼓泡；②380℃时张力控制在0.5cN/dtex，促进颗粒间链段扩散；③冷却段通氮气，防氧化变色；④最终纤维断裂强度≥2.5cN/dtex，伸长15–25%，孔隙率<5%。五、计算与分析题（共35分）31.（10分）某厂生产1.2dtexPETPOY，已知喷丝板孔数N=48，孔径D=0.25mm，熔体密度ρ=1.18g/cm³，卷绕速度v=3200m/min，熔体泵供量Q=32g/min。（1）计算单孔理论直径d_cal，并与目标直径对比，说明差异原因；（2）若要求纤维双折射Δn=0.045，估算所需纺丝张力σ（PET应力光学系数C=2.1×10⁻⁹Pa⁻¹）。答案：（1）单孔质量流量q=Q/N=32/48=0.667g/min=1.11×10⁻⁵kg/s；体积流量q_v=q/ρ=9.42×10⁻⁹m³/s；喷丝孔截面积A=πD²/4=4.91×10⁻⁸m²；挤出线速度v_e=q_v/A=192m/min；拉伸比DR=v/v_e=3200/192=16.7；根据质量守恒，d_cal=√(4q/(πρv))=√(4×1.11×10⁻⁵/(π×1180×53.3))=1.34×10⁻⁵m=13.4μm；目标纤维直径d_target=√(4×1.2×10⁻⁷/(π×1180))=1.14×10⁻⁵m=11.4μm；差异原因：熔体挤出胀大（胀大比B≈1.15），冷却收缩（体积收缩率≈8%），及后续拉伸细化共同导致实际直径小于理论值。（2）Δn=C·σ⇒σ=Δn/C=0.045/(2.1×10⁻⁹)=2.14×10⁷Pa=21.4MPa；该张力位于PET屈服应力（~50MPa）以下，可行。32.（10分）某干法腈纶生产线，凝固浴为DMAC水溶液，浴温35℃，溶剂质量分数55%。测得纤维表面皮层厚度δ=2.1μm，截面半径R=11μm，溶剂扩散系数D=3.5×10⁻¹⁰m²/s。（1）用Fick第二定律估算扩散特征时间τ；（2）若提高浴温至45℃，D按Arrhenius方程增至1.8倍，求新皮层厚度δ′（假设皮层厚度与√(Dt)成正比）。答案：（1）τ≈R²/D=(11×10⁻⁶)²/(3.5×10⁻¹⁰)=0.346s；（2）δ∝√(Dt)，温度升高后D′=1.8D，时间不变则δ′=δ√1.8=2.1×1.34=2.8μm；皮层增厚易导致纤维力学性能下降，需降低凝固浴溶剂含量或提高拉伸倍数以补偿。33.（15分）某厂拟用回收PET瓶片（IV=0.72dL/g）通过固相缩聚（SSP）生产工业丝级切片（IV≥1.00dL/g）。已知SSP动力学方程：d(IV)/dt=k·(IV_∞–IV)²，其中k=2.5×10⁻³(dL/g)⁻¹·h⁻¹，IV_∞=1.20dL/g。（1）推导达到目标IV所需时间t；（2）若反应釜填充系数0.7，堆积密度800kg/m³，要求日产20t，计算所需有效容积V；（3）实际生产中发现SSP后切片b值（黄度）升高2单位，分析可能原因并给出两条改进措施。答案：（1）分离变量积分得：t=[1/(IV_0–IV_∞)–1/(IV_t–IV_∞)]/k=[1/(0.72–1.20)–1/(1.00–1.20)]/2.5×10⁻³=[–2.083+5.00]/2.5×10⁻³=1.17×10³h=11.7h；（2）日处理量20t，停留时间11.7h，则有效容积V=(20×11.7)/(24×0.8)=12.2m³；考虑填充系数0.7，实际釜容积=12.2/0.7=17.4m³，取标准18m³。（3）黄度升高原因：①瓶片含PVC杂质，热降解产生共轭多烯；②SSP温度偏高（>205℃），氧化副反应；③氮气纯度<99.9%，含氧50ppm以上。改进：①前端增设近红外分选，剔除PVC，控制≤50ppm；②SSP温度降至195℃，真空度由0.3mbar降至0.1mbar，延长时间至13h；③氮气循环纯化，氧含量≤10ppm，并添加0.05%磷酸三苯酯热稳定剂，可将b值增量控制在0.5以内。六、综合设计题（共30分）34.背景：某公司拟开发耐高温过滤用聚苯并咪唑（PBI）短纤维，要求连续使用温度250℃，瞬时280℃，纤维线密度2.2dtex，强度≥3.5cN/dtex，极限氧指数（LOI）≥38%。任务：（1）设计聚合配方，给出单体摩尔比、催化剂、固含量；（2）选择纺丝方法，给出凝固浴组成及温度，并说明理由；（3）制定后牵伸与热定型工艺参数（温度、倍率、张力）；（4）提出一种表面改性方案，使纤维与芳纶基布高温热压（250℃，3MPa，2min）后剥离强度≥8N/cm；（5）估算原材料成本（美元/kg），已知3,3′二氨基联苯胺（DAB）$45/kg，间苯二甲酸二苯酯（DPIP）$38/kg，N,N二甲基乙酰胺（DMAc）$2.2/kg，催化剂LiCl$4/kg，收率按90%计。答案：（1）配方：DAB:DPI