纺丝工创新应用能力考核试卷含答案

纺丝工创新应用能力考核试卷含答案一、单项选择题（每题1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.在熔融纺丝过程中，决定初生纤维取向度的关键参数是（）A.熔体温度B.纺丝速度C.冷却风速D.喷丝板孔径答案：B2.湿法纺丝凝固浴浓度升高，纤维截面趋向（）A.圆形B.肾形C.哑铃形D.锯齿形答案：A3.下列哪种组分最常用作聚酯阻燃共聚改性第三单体（）A.间苯二甲酸B.对苯二甲酸C.2羧乙基苯基次膦酸D.新戊二醇答案：C4.静电纺丝纤维直径随溶液浓度增加而（）A.单调减小B.先减后增C.单调增大D.不变答案：C5.干喷湿纺工艺中，气隙长度主要影响（）A.纤维强度B.纤维染色性C.纤维孔隙率D.纤维白度答案：A6.采用共轭静电纺制备皮芯纤维时，高压电源通常接在（）A.皮层溶液B.芯层溶液C.收集辊D.喷丝针头答案：D7.在纺丝组件中，过滤砂的“砂比”是指（）A.质量比B.体积比C.粒径比D.堆积密度比答案：B8.聚乳酸熔纺时，最易发生的降解类型是（）A.热氧化降解B.水解降解C.热裂解降解D.光降解答案：B9.采用在线动态混合器添加色母粒时，为保证色差ΔE≤0.5，混合器停留时间应大于（）A.5sB.10sC.20sD.30s答案：C10.碳纤维原丝预氧化阶段，最佳牵伸比通常控制在（）A.1.0～1.05B.1.05～1.15C.1.15～1.25D.1.25～1.35答案：B11.熔体计量泵每转排量10mL，转速25r/min，泵效率0.95，则每小时理论产量为（）A.13.5kgB.14.3kgC.15.0kgD.15.8kg答案：B12.湿法纺丝凝固值（D值）定义为（）A.凝固剂扩散系数B.凝固速率常数C.凝固浴浓度梯度D.凝固剂与溶剂扩散系数之比答案：D13.采用狭缝吹风冷却时，冷却区长度每增加100mm，纤维条干CV值约下降（）A.0.1%B.0.2%C.0.3%D.0.4%答案：B14.在聚酯熔体中添加SiO₂消光剂，其平均粒径应小于（）A.0.5μmB.1.0μmC.2.0μmD.5.0μm答案：B15.氨纶干纺溶剂回收系统，DMAc回收率设计值一般不低于（）A.90%B.95%C.98%D.99%答案：C16.采用熔体电纺直写3D打印支架时，纤维堆积孔隙率与收集速度的关系为（）A.线性正相关B.线性负相关C.指数负相关D.对数正相关答案：B17.聚酰亚胺纤维两步法纺丝中，热亚胺化升温速率一般控制在（）A.1℃/minB.2℃/minC.5℃/minD.10℃/min答案：B18.熔喷非织造布纤维直径与熔体流动速率（MFR）的关系为（）A.MFR↑直径↑B.MFR↑直径↓C.MFR↑直径不变D.无规律答案：B19.纺丝组件压力降ΔP与熔体剪切速率γ̇的n次方成正比，对聚酯熔体n≈（）A.0.5B.0.8C.1.0D.1.2答案：B20.采用在线FTIR监测聚酯熔体端羧基含量，特征吸收峰位于（）A.1570cm⁻¹B.1610cm⁻¹C.1710cm⁻¹D.3430cm⁻¹答案：C二、多项选择题（每题2分，共20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）21.下列措施可降低熔体纺丝毛丝率的有（）A.提高熔体过滤器精度B.降低纺丝速度C.增加油剂浓度D.提高冷却风温答案：A、C22.湿法纺丝凝固浴温度升高会导致（）A.凝固速率加快B.纤维截面更圆C.孔隙率增加D.纤维强度下降答案：A、C、D23.关于静电纺丝“鞭动”不稳定，正确的有（）A.与溶液电导率负相关B.与电压正相关C.与收集距离负相关D.可经气体辅助抑制答案：A、B、D24.熔体直纺在线添加多孔介质熔体过滤器优点包括（）A.压升慢B.容污量大C.可反冲再生D.过滤精度可达3μm答案：A、B、D25.聚乳酸熔纺热降解抑制策略有（）A.添加亚磷酸酯抗氧剂B.降低熔体温度C.采用固相增粘切片D.通氮气保护答案：A、B、C、D26.碳纤维原丝油剂需具备的性能有（）A.耐高温B.低摩擦C.抗氧化D.易清洗答案：A、B、C、D27.熔喷工艺中，下列参数提高会使纤维直径减小的有（）A.热风温度B.热风速度C.熔体温度D.计量泵供量答案：A、B、C28.采用在线激光衍射法监测湿法纺丝纤维直径，需修正的因素有（）A.折射率B.纤维椭圆度C.凝固浴流动D.激光功率波动答案：A、B、D29.关于干法纺丝溶剂回收，正确的有（）A.常采用分子筛干燥B.冷凝温度低于溶剂露点10℃C.回收溶剂含水≤0.1%D.需防爆电气答案：B、C、D30.熔体电纺制备纳米纱，需附加的装置有（）A.高速旋转漏斗B.辅助电极C.气流牵引D.液体浴收集答案：A、B、C三、填空题（每空1分，共20分）31.熔体纺丝温度梯度模型中，熔体温度T(z)随纺程z的变化满足微分方程：dT/dz=－________，其中h为传热系数。答案：4h(T－Tₐ)/(ρvRcp)32.湿法纺丝凝固值D=________，式中Ds、Dc分别为溶剂、凝固剂扩散系数。答案：Ds/Dc33.静电纺丝临界电压VC≈________，式中H为收集距离，γ为表面张力。答案：0.09√(γH²/ε₀)34.熔体计量泵产量Q(mL/min)=________×n×η，式中n为转速(r/min)。答案：每转排量35.碳纤维原丝预氧化放热峰起始温度Ton与升温速率β的关系可用________方程描述。答案：Kissinger36.熔喷纤维直径经验模型df=________×(MFR)ᵇ，其中b≈－0.35。答案：C37.聚酯熔体零剪切粘度η₀与特性粘度[η]的关系：η₀=________×[η]⁵·⁰⁵。答案：K38.氨纶干纺溶剂DMAc爆炸下限LEL=________g/m³。答案：4539.聚乳酸熔纺推荐水分含量≤________ppm。答案：5040.静电纺纳米纤维膜孔隙率ε=1－________，式中ρₐ为纤维表观密度。答案：ρₐ/ρf41.熔体过滤器压升ΔP=________×t，式中α为堵塞系数。答案：α42.碳纤维石墨化阶段牵伸比通常不超过________%。答案：543.湿法纺丝凝固浴雷诺数Re=________，式中u为浴液流速。答案：ρuD/μ44.熔喷模头气缝宽度常用________mm。答案：0.5～1.045.在线FTIR测聚酯端羧基，校正曲线相关系数R²≥________。答案：0.99546.干法纺丝溶剂回收冷凝器出口温度设定为________℃。答案：－547.聚酰亚胺纤维热亚胺化最终温度________℃。答案：35048.熔体电纺纳米纱加捻角θ与漏斗转速ω的关系：tanθ=________，式中v为收集速度。答案：ωR/v49.聚酯熔体热降解速率常数kd=Aexp(－Ed/RT)，Ed≈________kJ/mol。答案：18050.氨纶丝饼卷绕张力一般控制在________cN/tex。答案：0.8～1.2四、简答题（共5题，每题8分，共40分）51.（封闭型）说明熔体纺丝“皮芯结构”形成机理，并给出两种抑制措施。答案：机理：熔体出喷丝孔后，表层与中心冷却速率差异导致表层高取向、高结晶，中心低取向，形成皮芯结构。措施：①提高冷却风均匀性，采用同心圆整流吹风；②降低熔体温度，减小径向温度梯度。52.（开放型）某企业需开发50nm直径PET纳米纤维膜，现有静电纺丝设备最高电压50kV，收集距离10～25cm可调。请给出工艺优化思路并预测可能缺陷。答案：优化思路：①采用低浓度PET/HFIP溶液（8～10wt%），降低表面张力；②增加溶液电导率，添加0.5wt%LiCl；③提高电压至45kV，收集距离15cm，兼顾鞭动与溶剂挥发；④降低供液速率至0.3mL/h，采用滚筒收集提高均匀性。可能缺陷：①纤维珠粒；②溶剂残留；③产量低；④膜强力低，需热轧加固。53.（封闭型）写出湿法纺丝凝固浴浓度C与凝固值D的实验测定步骤。答案：步骤：①制备已知浓度纺丝原液；②在恒温凝固浴中纺单丝，取样标记；③快速冷冻切片，用图像分析仪测纤维截面溶剂含量分布；④采用Fick第二定律拟合Ds、Dc；⑤计算D=Ds/Dc。54.（开放型）列举三种在线监测熔体降解的方法，并比较其优缺点。答案：①在线FTIR：优点—实时、无需取样；缺点—窗口易污染，需高温光纤。②在线流变仪：优点—直接反映粘度变化；缺点—滞后5～10min。③在线GPC：优点—分子量分布准确；缺点—高温高压取样困难，维护量大。55.（封闭型）说明熔喷布静电驻极机理，并给出提高电荷储存稳定性的两条措施。答案：机理：电晕放电使布中纤维驻留空间电荷与极化电荷，形成静电吸附效应。措施：①添加纳米SiO₂/PTFE复合驻极体，提高陷阱密度；②热压后处理，提高结晶度，减少电荷泄漏。五、计算题（共4题，共30分）56.（10分）聚酯熔体直纺POY，喷丝板孔数192，孔径0.25mm，熔体密度1.18g/cm³，计量泵排量1.2mL/r，转速22r/min，泵效率0.96，纺速3200m/min，求：（1）理论单丝纤度（dtex）；（2）若卷绕丝纤度为165dtex，求纺丝拉伸比。答案：（1）Q=1.2×22×0.96=25.34mL/min=29.9g/min；单丝质量=29.9/192=0.1557g/min；单丝纤度=0.1557×10000/3200=0.487dtex。（2）拉伸比=165/0.487=338倍。57.（8分）湿法纺丝凝固浴为DMAc/H₂O体系，20℃下测得溶剂扩散系数Ds=1.2×10⁻⁹m²/s，凝固剂扩散系数Dc=2.4×10⁻¹⁰m²/s，求凝固值D，并判断纤维截面趋向圆形还是多孔。答案：D=1.2×10⁻⁹/2.4×10⁻¹⁰=5；D>1，凝固速率慢，截面趋向多孔。58.（6分）静电纺丝PET溶液，表面张力γ=22mN/m，收集距离H=15cm，真空介电常数ε₀=8.85×10⁻¹²F/m，估算临界电压VC。答案：VC=0.09√(22×10⁻³×0.15²/8.85×10⁻¹²)=7.4kV。59.（6分）熔喷模头气缝宽度0.6mm，热风速度50m/s，空气密度1.2kg/m³，求单位长度气缝气流量（kg/(m·s)）。答案：q=ρvδ=1.2×50×0.6×10⁻³=0.036kg/(m·s)。六、综合应用题（共2题，每题20分，共40分）60.（工艺设计）某厂拟将现有聚酯熔体直纺POY生产线改造为熔体直纺全拉伸丝（FDY）生产线，目标纤度55dtex/72f，强度≥4.0cN/dtex，伸长20±3%。现有条件：熔体特性粘度0.64dL/g，纺位24位，卷绕速度3200m/min，热辊GR1、GR2最高可升至180℃。请：（1）给出改造工艺流程简图（文字描述）；（2）计算所需GR1、GR2速度及温度；（3）列出关键设备改造清单；（4）预测潜在质量风险及对策。答案：（1）流程：熔体→计量泵→纺丝箱→缓冷→侧吹风→上油→GR1热牵→GR2热定型→网络→卷绕。（2）POY原丝纤度165dtex，需拉伸3倍，GR1速度3200×3=9600m/min，GR2速度9600m/min，GR1温度85℃，GR2温度130℃。（3）改造清单：①更换高速导丝盘（耐12000m/min）；②升级热辊加热功率至15kW；③增加网络喷嘴压力0.4MPa；④卷绕头改为全自动切换；⑤空调系统增湿至75%RH防静电气圈。（4）风险：①毛丝—提高油剂耐磨性；②热辊结垢—采用镜面涂层；③飘丝—增加整流板；④强度不足—提高拉伸比至3.2倍，GR2温度提至140℃。61.（创新开发）设计一种可降解熔喷口罩布，要求过滤效率≥95%（0.3μmNaCl），压降≤60Pa，埋土90天质量损失≥90%。现有原料：聚乳酸（MFR300g/10min）、PBAT（MFR5g/10min）、纳米纤维素（CNF）、柠檬酸酯增塑剂。请：（1）给出配方及配比；（2）制定熔喷工艺参数；（3）设计静电驻极方案；（4）给出降解性能测试方法；（5）估算原料成本对比传统PP熔喷布增幅。答案：（1）配方：PLA70%，PBAT20%，CNF8%，柠檬酸酯2%；CNF经疏水改性（0.5%KH550）。