2025年大學(xué)大二（高分子材料加工工程）碳纖維加工工藝基礎(chǔ)測試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題，共40分）每題只有一個正確答案，請將正確答案填在括號內(nèi)。(總共20題，每題2分，每題給出的選項中，只有一項是符合題目要求的)1.碳纖維原絲的質(zhì)量對最終碳纖維性能影響極大，高質(zhì)量原絲要求具有（）。A.高強度和高模量B.低強度和高模量C.高強度和低模量D.低強度和低模量2.碳纖維生產(chǎn)中，預(yù)氧化的主要目的是（）。A.提高纖維強度B.使纖維具有一定耐熱性C.降低纖維含氧量D.增加纖維柔韌性3.碳化溫度對碳纖維性能有顯著影響，隨著碳化溫度升高，碳纖維的（）。A.強度先升后降，模量一直升高B.強度一直升高，模量先升后降C.強度和模量都一直升高D.強度和模量都先升后降4.在碳纖維加工工藝中，拉伸工序的作用是（）。A.提高纖維取向度，增加強度和模量B.降低纖維取向度，提高柔韌性C.增加纖維含氧量，改善加工性能D.降低纖維含氧量，提高耐熱性5.碳纖維表面處理的目的不包括（）。A.改善與基體的界面結(jié)合B.提高纖維自身強度C.提高纖維表面活性D.消除纖維表面缺陷6.聚丙烯腈基碳纖維原絲制備過程中，聚合反應(yīng)的引發(fā)劑通常選用（）。A.過氧化物B.金屬催化劑C.酸類物質(zhì)D.堿類物質(zhì)7.濕法紡絲制備碳纖維原絲時，凝固浴的組成對原絲性能有重要影響，一般凝固浴中含有（）。A.大量有機溶劑B.金屬鹽類C.強堿性物質(zhì)D.強酸性物質(zhì)8.碳纖維碳化過程中，會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，其中不涉及（）。A.脫氫反應(yīng)B.氧化反應(yīng)C.環(huán)化反應(yīng)D.水解反應(yīng)9.對于高性能碳纖維，其石墨化度通常要求在（）。A.20%-30%B.30%-40%C.40%-50%D.50%-60%10.碳纖維加工過程中，收絲工序需要控制的關(guān)鍵參數(shù)是（）。A.絲束張力B.收絲速度C.環(huán)境溫度D.環(huán)境濕度11.碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)主要由（）組成。A.石墨微晶B.無定形碳C.兩者都有D兩者都沒有12.為提高碳纖維的導(dǎo)電性，可采取的措施是（）。A.增加石墨化度B.降低石墨化度C.提高纖維含氧量D.降低纖維取向度13.在碳纖維表面涂覆涂層，可改善其與基體的結(jié)合性能，涂層材料一般選用（）。A.陶瓷材料B.金屬材料C.有機高分子材料D.以上都可以l4.碳纖維生產(chǎn)中，干燥工序的主要目的是去除原絲中的（）。A.水分B.有機溶劑C.低聚物D.以上都是15.高溫碳化階段，碳纖維的晶體結(jié)構(gòu)會逐漸向（）轉(zhuǎn)變。A.無序結(jié)構(gòu)B.石墨晶體結(jié)構(gòu)C.金剛石結(jié)構(gòu)D.無定形結(jié)構(gòu)16.碳纖維的拉伸強度與纖維的（）密切相關(guān)。A.直徑B.長度C.含碳量D.取向度17.制備高性能碳纖維時，對原料的純度要求一般在（）。A.95%以上B.98%以上C.99%以上D.99.9%以上18.碳纖維加工工藝中，上油工序的作用是（）。A.防止纖維靜電B.提高纖維強度C.降低纖維模量D.增加纖維含氧量19.碳纖維的熱膨脹系數(shù)通常（）。A.較大B.較小C.與普通材料相近D.為零20.碳纖維在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要是因為其具有（）。A.高強度、高模量和低密度B.高強度、低模量和高密度C.低強度、高模量和低密度D.低強度、低模量和高密度第II卷（非選擇題，共60分）21.簡答題：簡述碳纖維碳化過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)及對碳纖維性能的影響。(10分)22.簡答題：說明碳纖維表面處理的常用方法及其作用原理。(10分)23.分析題：在碳纖維加工工藝中，如何控制原絲的質(zhì)量以獲得高性能碳纖維？請從原料選擇、聚合反應(yīng)、紡絲工藝等方面進(jìn)行分析。(15分)24.材料題：閱讀以下材料：碳纖維在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。由于其高強度、低密度的特點，可有效減輕汽車重量，提高燃油效率。某汽車制造商計劃在一款新型汽車上使用碳纖維復(fù)合材料替換部分金屬部件。請分析使用碳纖維復(fù)合材料可能面臨的問題及解決方案。(15分)材料：碳纖維在汽車工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到關(guān)注。由于其高強度、低密度的特點，可有效減輕汽車重量，提高燃油效率。某汽車制造商計劃在一款新型汽車上使用碳纖維復(fù)合材料替換部分金屬部件。25.論述題：論述碳纖維加工工藝對其性能及應(yīng)用領(lǐng)域的影響。(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.碳化過程中主要發(fā)生脫氫反應(yīng)，去除纖維中的氫原子，使碳原子間形成更多共軛雙鍵，提高石墨化度，從而增加碳纖維的強度和模量；還會發(fā)生環(huán)化反應(yīng)，形成穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強纖維性能。22.常用方法有氧化處理，通過氧化劑侵蝕纖維表面，產(chǎn)生微孔和活性基團(tuán)，增加表面粗糙度，提高表面活性，改善與基體結(jié)合；等離子體處理，利用等離子體中的高能粒子轟擊纖維表面，引入極性基團(tuán)，增強表面活性和粘結(jié)性。23.原料應(yīng)選擇高純度、低缺陷的聚丙烯腈等。聚合反應(yīng)要控制好引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度和時間等，確保聚合產(chǎn)物分子量分布均勻。紡絲工藝中，控制凝固浴組成、溫度、紡絲速度等，保證原絲具有良好的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能均勻性，為后續(xù)加工提供優(yōu)質(zhì)基礎(chǔ)。24.面臨的問題：成本高，碳纖維生產(chǎn)工藝復(fù)雜，導(dǎo)致材料價格昂貴；與基體結(jié)合問題，界面結(jié)合不好會影響整體性能；成型工藝難度大，需要特殊設(shè)備和技術(shù)。解決方案：研發(fā)低成本生產(chǎn)工藝；通過表面處理改善界面結(jié)合；加強成型工藝研究，開發(fā)適合的成型方法和模具。25.加工工藝對