纺织物理历年真题总结.docx
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1、纺织物理历年真题总结1.采用纤维结构理论中的经典假说缨状微胞理论、或缨状原纤理论、或缨状折叠链片晶理论,讨论纤维力学性质各向异性与此类结构模型的关系,并解释纤维径向各项同性的原因。樱状微胞理论假设份子通过若干微胞,而在微胞之间为非结晶区,故称之为无定形区,通过这些连续的分子网络将微胞结合在一起,长分子间的规整排列构成结晶微胞,而伸出的无规则排列的分子成为樱状须从,故称之为樱状微胞理论。樱状原纤与樱状微胞从本质上讲,主要是一个尺寸的区别。原纤理论中,结晶区认为是连续的樱状原纤,由许多长链分子组成,这些分子沿着本身的长度方向,在原纤的不同位置上分裂出来,有的进入无定形区,有的重新进入其他的原纤组织
2、中。该理论模型认为,原纤并不是一个单独的组织,而是由许多长链分子构成的连续化结晶和非结晶区的结合。折叠链片晶理论能更好的解释化学纤维的微胞结构。经喷丝孔喷出和导向牵伸后,分子的某些链段,只要位置、距离合适,就极易形成规整有序的排列,组成细小的结晶体。这种晶体称片状,分子链段垂直于片状表面,并在片状体两层间来回折叠成晶,我们称之为折叠链片晶。由折叠链片晶结构与樱状微胞结构相比较,产生了樱状折叠链片晶理论。分子链取向使纤维力学性质产生各向异性,其原因主要是分子链取向的结果,使化学主价键力和氢键、范德华力的分布不均匀,在纤维轴上以主价键力为主,而垂直方向上以次价健力为主。克服次价键力比克服主价健力容
3、易的多。其次是,在取向过程中能清除存在于未取向试样中的一些缺陷或某些应力集中部分的分子链,同时顺力场方向取向。这样,应力集中效应在纤维轴平行方向上减弱,而在垂直方向上加强。因此,随纤维分子链取向度增加,纤维轴向断裂强度、模?增加,而断裂伸长降低。纤维吸湿膨胀具有显著的各向异性。这是由于纤维中长链分子的取向,水分子进入无定形区,打开长链分子间的链接点,使长链分子间距离增加,纤维横向容易变粗。只要纤维长度方向,是由于大分子不完全取向,并存在卷曲构象,水分子进入大分子之间导致构象改变,使纤维长度方向有一定程度的增加,但其膨胀率特远小于横向膨胀率、。以樱状微胞理论为例,拉伸使樱状微胞及须从沿力的方向定
4、向排列,无定形区的无规则长链及结晶微胞,沿纤维轴取向排列。它使纤维在力学及吸湿性能方面在纵横向产生差异,即各向异性。但大分子的取向排列使纤维成为径向各向同性的各向异体。2试述纤维导电机制及其基本特征和导电机制的判析方法,并讨论影响纤维及其集合体导电性的因素。答:一、纤维导电的基本机制及其基本特征纤维导电的主要机制是离子导电。对于纤维高分子材料来说,其在理论上应是近绝缘体。但是由于纤维不是纯高分子物质,存在水分、杂质等其他低分子物质,并且纤维的大分子上总是存在一些不稳定的极性基团和原子,而且并非所有的电子都牢靠地束缚在分子和原子上,因此总存在一定的载流子(电子和离子),这导致了纤维的导电性比理论
5、值高,具有一定的导电性,电导率在10-910-15之间。纤维的导电主要取决于纤维中的附属物,其次与纤维分子本身的导电性以及外界条件1的作用有关。二、导电机制的辨析方法电子导电的特点是:1.分子的密集排列形成电子的直接通道导电性增加2.光照条件下电子导电会产生霍尔效应3.电子导电在两极间不产生电解物。4.外界压力增大,导电性增加5.温度升高,导电性开始变化不大随后降低。6.极化时间极短。离子导电的特点是:1.分子间自由体积越大导电性越好2.两电极端有明显的电解沉淀物3.物质密度小,环境温度高,外界压力低,导电性好4.温度的升高可使纤维导电明显提高。5.极化速度较慢,与时间有关.从以上论述可以基本
6、辨别导电机制。三、影响纤维及其集合体导电性的因素1.从电导率公式电离离子数看:N=2n=2n0/(1+eE0/2kt)N0:材料固有的极性或可被电离的粒子数,该值显然取决于纤维中的含水、含杂量。T为环境温度,越大电导率上升。为介电数,越大导电越好。E0为真空状态的电离能,即粒子的最小溢出能,越小,电导性越好。2.从离子迁移速率看2离子的自振频率v、电荷量q、一次迁移距离的平方a越大,迁移速率越大1.从通常因素看:相对分子质量越大,导电性下降;洁净度、取向度增加,自由体积减少,导电性减小;杂质与空隙的增多可以提高导电性;温度与湿度增加,导电性增强;纱线部分3纱条不匀及疵点有哪些测量方法,说明其原
7、理及测试结果特点。(另一种问法:纱条不匀及疵点有哪些测量方法,说明其原理及测试结果特点,并比较对不免不匀估计的差异)纱线不匀的测试方法有以下几种:1、测长称重法求重量不匀率(长片段细度不匀)选取具有一定长度的纱线若干缕,绞或片段,分别称重,然后按规定计算平均差系数或变异系数。测长称重法可以测量各种片段长度的重量不匀率。在采用特克斯制时叫重量不匀率,采用支数制时叫支数不匀率,采用纤度时叫纤度不匀率。一些测量纱条不匀率的仪器的测试结果,常常以这种方法测定的结果为标准进行校正。2、目光检测法黑板条干均匀度(短片段纱线直径不匀)先将纱线或生丝均匀地绕在黑板上,在一定的照度和距离下,和标准样品进行对比评
8、定,这种方法检验的实际上纱线的表观直径或投影,比较简便迅速,但评定结果的正确性,与检验人员的目光有关,所以需要定期校对和统一检验人员的目光。3、电子条干均匀度仪(可以测试纱线不匀和疵点)1)测试原理:利用电容量的变化对纱条粗细进行测试。22)构成:由监测仪、控制仪、波谱仪和纱疵仪组成。具有画出不匀率曲线,显示平均差系数和变异系数,作出波谱图和记录粗细节、棉结、疵点等功能。4.乌斯特条干仪ME100USTER条干仪ME100可检测质量均匀度和常发性疵点,同时还可选配毛羽模块测量毛羽值-可确定关键的数据例如质量变异系数CV或粗节、细节和棉结。这些测试值都可以非常易读的形式如不匀率曲线图或表格的形式
9、表示出来,因此使用者可以很容易看出原料或生产工艺中需要注意的地方。疵点主要包括粗细节、棉结。4.试述纱线中纤维转移的主要理论解释、影响因素、表征方法和纤维转移的作用,并讨论环锭纱和转杯纱在此方面的同异性。答:目前关于纱线中纤维转移的主要理论解释有:(一)纤维张力变化机理该理论认为在纺纱过程中由于外层纤维的螺旋线轨迹长,纤维内应力大,而内层纤维相对螺旋轨迹较短,内应力小,甚至为负值,这样内外层纤维就会交换位置来达到结构的平衡。转移的条件为加捻张力Ty=6r(1-cos),r为纤维单位伸长率时形成的张力。中间纤维发生转移前,必须是张力首先为零,而且纤维必须有一定程度的起拱,纤维才有可能发生转移,这
10、就是张力导致转移的机理。(二)纤维转移的几何机理该理论认为扁平带状纤维束的圈捻是纤维转移的几何机制,扁平带状纤维束先形成空心卷筒,随之纤维束按最稳定排列而崩塌形成实心状圆柱体纤维,纤维束的一边转移至纱内部。(三)实际纤维束加捻中的转移机理实际这两种转移机理并不互相排斥,在低张力时由于张力机理的作用,转移频率很高,这时张力机理起主导作用;在高张力时,转移频率将降低,但并没有消失,这时几何机理起主导作用,因为几何机理取决于是否发生圈捻,转移频率与张力无关。环锭纺纱时,纺纱张力远远低于停止发生转移的临界张力,且须条为扁平带状,故在扁平须条成纱三角区中,张力和几何机理共存。一方面由于纺纱张力的作用使外
11、层纤维或罗拉夹持的纤维束两侧的纤维不断地向中间松弛纤维挤压而形成转移。另一方面由于几何机理的作用,使具有初捻的扁平纤维束形成圈捻而造成纤维的转移,这种转移的频率较低。即几何转移的周期较长且不受张力影响。在转杯纺中,纤维须条截面为三角形,在气流和离心作用下,须条堆砌紧密,又无初始捻度,故几何机理作用极小,一般靠张力机理。但纺纱为自由端纺纱,有效张力很小,故转移幅度很小。由于在加捻成形引出时,不断有纤维附着,在主体纱外层包缠较多的纤维,形成内外层的结构。(四)纤维转移表征指标(1)转移系数C(2)单位长度的切割数Nc(3)转移特征数(Y,D,H)见纺织物理课本296页。(五)影响因素3可以定性地认
12、为:(1)纤维的长度L越长,向心力N越大,纤维越易被挤入纱芯。(2)初始模量E越小,N小,纤维越易在纱的外层。(3)伸长率大的纤维易于分布在外层(4)纤维截面积A大的N也大,而且抗弯刚度大,故挤入内层的向心力大。但截面积大,5.试述纱线中纤维转移的主要理论解释、影响因素、表征方法和纤维转移的作用,并讨论环锭纱和转杯纱和单须条分束纱在此方面的同异性。答:目前关于纱线中纤维转移的主要理论解释有:(四)纤维张力变化机理该理论认为在纺纱过程中由于外层纤维的螺旋线轨迹长,纤维内应力大,而内层纤维相对螺旋轨迹较短,内应力小,甚至为负值,这样内外层纤维就会交换位置来达到结构的平衡。转移的条件为加捻张力Ty=
13、6r(1-cos),r为纤维单位伸长率时形成的张力。中间纤维发生转移前,必须是张力首先为零,而且纤维必须有一定程度的起拱,纤维才有可能发生转移,这就是张力导致转移的机理。(五)纤维转移的几何机理该理论认为扁平带状纤维束的圈捻是纤维转移的几何机制,扁平带状纤维束先形成空心卷筒,随之纤维束按最稳定排列而崩塌形成实心状圆柱体纤维,纤维束的一边转移至纱内部。(六)实际纤维束加捻中的转移机理实际这两种转移机理并不互相排斥,在低张力时由于张力机理的作用,转移频率很高,这时张力机理起主导作用;在高张力时,转移频率将降低,但并没有消失,这时几何机理起主导作用,因为几何机理取决于是否发生圈捻,转移频率与张力无关
14、。环锭纺纱时,纺纱张力远远低于停止发生转移的临界张力,且须条为扁平带状,故在扁平须条成纱三角区中,张力和几何机理共存。一方面由于纺纱张力的作用使外层纤维或罗拉夹持的纤维束两侧的纤维不断地向中间松弛纤维挤压而形成转移。另一方面由于几何机理的作用,使具有初捻的扁平纤维束形成圈捻而造成纤维的转移,这种转移的频率较低。即几何转移的周期较长且不受张力影响。在转杯纺中,纤维须条截面为三角形,在气流和离心作用下,须条堆砌紧密,又无初始捻度,故几何机理作用极小,一般靠张力机理。但纺纱为自由端纺纱,有效张力很小,故转移幅度很小。由于在加捻成形引出时,不断有纤维附着,在主体纱外层包缠较多的纤维,形成内外层的结构。
15、(四)纤维转移表征指标(1)转移系数C(2)单位长度的切割数Nc(3)转移特征数(Y,D,H)见纺织物理课本296页。(五)影响因素可以定性地认为:(1)纤维的长度L越长,向心力N越大,纤维越易被挤入纱芯。(2)初始模量E越小,N小,纤维越易在纱的外层。(3)伸长率大的纤维易于分布在外层(4)纤维截面积A大的N也大,而且抗弯刚度大,故挤入内层的向心力大。但截面积大,位阻也大,所以分布在内层还是外层是个复杂的问题。6.依据纤维间隙特征和纤维表面可浸润性,定性和定量讨论4芯吸(或毛细水)传递的方向和选择性依赖于哪些因素,并给出纤维集合体拒水和导水材料设计的理论依据与方法。(同一知识点另一问题试论述
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