化纖材料研發(fā)工程師面試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分。每題只有一個(gè)正確答案，請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在聚酯切片（PET）固相縮聚（SSP）過(guò)程中，提高真空度最直接的作用是（）。A.降低熔體黏度?B.抑制熱氧化降解?C.加速小分子副產(chǎn)物脫除?D.提高結(jié)晶度答案：C2.采用“海島型”雙組分紡絲制備超細(xì)纖維時(shí)，若島組分選用PA6，海組分選用易水解聚酯，開(kāi)纖時(shí)最合理的處理液是（）。A.5%NaOH水溶液，95℃?B.10%H?SO?水溶液，60℃?C.冰醋酸，室溫?D.二甲苯，80℃答案：A3.在聚丙烯腈（PAN）基碳纖維原絲生產(chǎn)中，下列單體中可顯著改善預(yù)氧化環(huán)化反應(yīng)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.熔融紡絲過(guò)程中，熔體泵出口壓力出現(xiàn)周期性波動(dòng)，且波動(dòng)頻率與計(jì)量泵轉(zhuǎn)速一致，最可能的故障源是（）。A.熔體過(guò)濾器堵塞?B.計(jì)量泵齒輪嚙合不良?C.紡絲組件破漏?D.冷卻風(fēng)湍流答案：B5.對(duì)位芳綸（PPTA）縮聚反應(yīng)中，若體系含水量高于300ppm，會(huì)導(dǎo)致（）。A.分子量分布變窄?B.特性黏度升高?C.聚合物顏色發(fā)黃?D.聚合釜攪拌電流下降答案：C6.在Lyocell纖維生產(chǎn)中，NMMO溶劑回收工段設(shè)置離子交換樹(shù)脂塔的主要目的是去除（）。A.過(guò)渡金屬離子?B.半纖維素?C.溶解膠?D.水分答案：A7.采用差示掃描量熱法（DSC）測(cè)試PET切片時(shí)，若冷結(jié)晶峰面積明顯大于熔融峰面積，說(shuō)明切片（）。A.結(jié)晶度過(guò)高?B.特性黏度偏低?C.存在大量無(wú)定形區(qū)?D.含醚鍵結(jié)構(gòu)答案：C8.氨綸（Spandex）干法紡絲中，甬道熱風(fēng)溫度設(shè)定主要受限于（）。A.溶劑DMAC沸點(diǎn)?B.硬段微區(qū)熔點(diǎn)?C.軟段玻璃化轉(zhuǎn)變溫度?D.聚合物分解溫度答案：B9.聚乳酸（PLA）纖維在染整加工前需經(jīng)110℃熱定型，其主要目的是（）。A.提高取向度?B.誘導(dǎo)形成α晶型?C.消除內(nèi)應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性?D.降低表面能答案：C10.在熔噴非織造布駐極工藝中，電暈放電后需立即用極性溶劑霧滴處理，其機(jī)理是（）。A.提高表面粗糙度?B.引入深陷阱電荷?C.降低纖維直徑?D.消除靜電答案：B二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分。每題有兩個(gè)或兩個(gè)以上正確答案，多選、少選、錯(cuò)選均不得分）11.下列措施中，可有效降低PET熔體在紡絲組件內(nèi)的熱降解速率的有（）。A.降低熔體停留時(shí)間?B.在熔體管道內(nèi)壁鍍TiN涂層?C.提高熔體溫度至300℃?D.添加亞磷酸三苯酯熱穩(wěn)定劑?E.提高氮?dú)獗Ｗo(hù)壓力至0.5MPa答案：A、B、D、E12.關(guān)于超高分子量聚乙烯（UHMWPE）凍膠紡絲，下列說(shuō)法正確的有（）。A.凍膠纖維需經(jīng)超倍熱拉伸形成串晶結(jié)構(gòu)?B.溶劑十氫萘在萃取階段可用乙醇置換?C.纖維模量與拉伸倍數(shù)的平方呈線性關(guān)系?D.凍膠濃度越高，可拉伸倍數(shù)越大?E.纖維表面常等離子體處理改善界面粘接答案：A、B、E13.聚苯硫醚（PPS）纖維在燃煤電廠袋式除塵應(yīng)用中，發(fā)生過(guò)早脆化的原因可能有（）。A.煙氣中SO?濃度超標(biāo)?B.持續(xù)運(yùn)行溫度高于190℃?C.含氧量低于3%?D.清灰壓力過(guò)高?E.纖維結(jié)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原絲預(yù)氧化程度的有（）。A.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）—環(huán)化指數(shù)?B.元素分析—氧含量?C.廣角X射線衍射（WAXD）—002峰半高寬?D.固體核磁13CNMR—芳構(gòu)化率?E.熱重分析（TGA）—?dú)執(zhí)柯蚀鸢福篈、B、D、E15.聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）彈性纖維與PET共聚醚酯（TPEE）相比，其性能差異包括（）。A.PBT回彈更快?B.TPEE耐紫外更好?C.PBT熔點(diǎn)更低?D.TPEE耐水解更優(yōu)?E.PBT玻璃化轉(zhuǎn)變溫度更高答案：A、C、D三、填空題（每空1分，共20分）16.在熔融紡絲動(dòng)力學(xué)中，熔體細(xì)流受到的最大拉伸應(yīng)力σ_max≈________，其中η為熔體黏度，v為卷繞速度，L為紡程長(zhǎng)度。答案：η·v/L17.工業(yè)上制備3.3dtex黏膠短纖維，常用酸浴組成為：H?SO?________g/L，Na?SO?________g/L，ZnSO?________g/L，溫度________℃。答案：110–120，260–300，10–15，45–5018.芳綸1313（PMIA）縮聚反應(yīng)中，常用中和劑Ca(OH)?與HCl的摩爾比控制在________，以防止聚合物________。答案：1.02–1.05，鹽析沉淀19.碳纖維石墨化階段，石墨層間距d???降至________nm時(shí)，纖維彈性模量可達(dá)600GPa以上。答案：0.335420.熔噴模頭氣隙寬度通常設(shè)計(jì)為_(kāi)_______mm，熱風(fēng)速度一般控制在________m/s，以獲得2–5μm纖維直徑。答案：0.3–0.5，200–40021.聚酰亞胺（PI）纖維兩步法紡絲中，第一步紡出的前驅(qū)體為_(kāi)_______，經(jīng)________℃熱亞胺化后得到PI纖維。答案：聚酰胺酸，300–35022.在PET固相縮聚中，若切片特性黏度從0.65dL/g提高到0.85dL/g，理論上反應(yīng)時(shí)間t與初始黏度η?的關(guān)系符合________方程，其積分形式為_(kāi)_______。答案：二級(jí)動(dòng)力學(xué)，1/η_t–1/η?=k·t23.氨綸分子結(jié)構(gòu)中，軟段常用分子量________的聚四氫呋喃（PTMEG），硬段為_(kāi)_______與________反應(yīng)生成。答案：1800–2000，MDI，乙二胺24.濕法腈綸凝固浴中，若NaSCN濃度低于________%，纖維表層會(huì)形成致密皮，導(dǎo)致________缺陷。答案：8，皮芯結(jié)構(gòu)25.采用電紡聚偏氟乙烯（PVDF）納米纖維膜，當(dāng)纖維直徑降至200nm時(shí)，其壓電β相含量可由FTIR中________cm?1與________cm?1兩峰面積比計(jì)算。答案：840，763四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）26.簡(jiǎn)述熔體紡絲過(guò)程中“熔體破裂”現(xiàn)象的機(jī)理，并給出三種工程上可行的抑制措施。答案：熔體破裂是當(dāng)熔體通過(guò)微孔時(shí)，若壁面剪切速率超過(guò)臨界值（通常10?s?1），熔體彈性效應(yīng)主導(dǎo)，出現(xiàn)螺旋、竹節(jié)等畸變。機(jī)理包括：第一，分子鏈在孔壁滑移—黏附交替；第二，拉伸流動(dòng)失穩(wěn)；第三，熱機(jī)械降解產(chǎn)生低分子物。抑制措施：①降低熔體溫度5–10℃以提高黏度，減少滑移；②優(yōu)化模孔長(zhǎng)徑比L/D至3–4，入口角60°，減少入口收斂流動(dòng)；③在熔體中添加0.3%納米SiO?，形成界面滑移層，降低壁面剪切應(yīng)力；④采用脈沖氮?dú)廨o助抽吸，穩(wěn)定出口脹大比；⑤提高模頭溫度至熔點(diǎn)+30℃，降低彈性儲(chǔ)能模量。27.對(duì)比濕法、干法及干噴濕紡三種紡絲方法在制備高強(qiáng)高模PAN原絲時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。答案：濕法：優(yōu)點(diǎn)—設(shè)備簡(jiǎn)單，紡速可達(dá)100m/min，纖維圓截面，均質(zhì)好；缺點(diǎn)—凝固浴溶劑擴(kuò)散劇烈，易形成皮芯，孔隙率高，需高倍拉伸彌補(bǔ)，最終強(qiáng)度≤800MPa。干法：優(yōu)點(diǎn)—溶劑揮發(fā)成型，纖維致密，表面光潔；缺點(diǎn)—紡速低（50m/min），溶劑回收能耗高，截面易呈腎形，強(qiáng)度900MPa左右。干噴濕紡：優(yōu)點(diǎn)—空氣隙允許大噴絲孔拉伸，取向預(yù)形成，可獲高強(qiáng)度（>1.2GPa），模量高，孔隙率低；缺點(diǎn)—工藝窗口窄，空氣隙溫濕度需±1℃控制，噴絲板需特殊密封，設(shè)備成本高。工業(yè)上12K以上碳纖維原絲傾向干噴濕紡。28.說(shuō)明Lyocell纖維原纖化傾向的成因，并給出染整加工中控制原纖化的三步法工藝參數(shù)。答案：成因：Lyocell纖維高度取向且結(jié)晶區(qū)沿軸向排列，微纖之間橫向氫鍵密度低，濕態(tài)下吸水膨脹，機(jī)械摩擦使微纖剝離翹起。三步法：①初級(jí)氧化交聯(lián)—用2g/LNaClO，pH10，25℃，10min，選擇性氧化C6位羥基生成醛基；②交聯(lián)封閉—加入5g/L聚酰胺環(huán)氧氯丙烷（PAE），60℃，20min，與醛基形成共價(jià)交聯(lián)；③酶拋光—用0.5%（owf）中性纖維素酶，50℃，45min，pH6.5，去除翹起微纖，減量率控制在2%。處理后濕耐磨次數(shù)提高3倍，原纖化等級(jí)由5級(jí)降至2級(jí)。29.列舉五種可用于化纖油劑的熱穩(wěn)定抗氧劑，并說(shuō)明其適用溫度范圍及作用機(jī)理。答案：①I(mǎi)rganox1010—季戊四醇四[β(3,5二叔丁基4羥基苯基)丙酸酯]，適用≤280℃，主抗氧，捕獲自由基；②Irgafos168—三(2,4二叔丁基苯基)亞磷酸酯，≤300℃，輔抗氧，分解氫過(guò)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羥基2,6二甲基芐基)異氰脲酸酯，≤320℃，耐高溫，低揮發(fā)；⑤DLTP—硫代二丙酸二月桂酯，≤200℃，成本低，常與1010復(fù)配。五元復(fù)配可使油劑在280℃，空氣氛圍下氧化誘導(dǎo)期（OIT）由5min延長(zhǎng)至45min。30.說(shuō)明聚四氟乙烯（PTFE）纖維的載體紡絲原理，并給出燒結(jié)后處理溫度曲線及關(guān)鍵控制點(diǎn)。答案：原理：將PTFE細(xì)粉（平均粒徑0.25μm）與55%黏膠載體共混，通過(guò)濕法紡絲形成皮芯型纖維，PTFE為島，黏膠為海。燒結(jié)曲線：室溫→5℃/min→200℃（保溫30min，脫除水分）→3℃/min→380℃（保溫60min，黏膠分解，PTFE顆粒燒結(jié)成連續(xù)體）→2℃/min→340℃（熱定型，消除內(nèi)應(yīng)力）→自然冷卻。關(guān)鍵控制：①升溫速率≤3℃/min，防止黏膠劇烈分解鼓泡；②380℃時(shí)張力控制在0.5cN/dtex，促進(jìn)顆粒間鏈段擴(kuò)散；③冷卻段通氮?dú)?，防氧化變色；④最終纖維斷裂強(qiáng)度≥2.5cN/dtex，伸長(zhǎng)15–25%，孔隙率<5%。五、計(jì)算與分析題（共35分）31.（10分）某廠生產(chǎn)1.2dtexPETPOY，已知噴絲板孔數(shù)N=48，孔徑D=0.25mm，熔體密度ρ=1.18g/cm3，卷繞速度v=3200m/min，熔體泵供量Q=32g/min。（1）計(jì)算單孔理論直徑d_cal，并與目標(biāo)直徑對(duì)比，說(shuō)明差異原因；（2）若要求纖維雙折射Δn=0.045，估算所需紡絲張力σ（PET應(yīng)力光學(xué)系數(shù)C=2.1×10??Pa?1）。答案：（1）單孔質(zhì)量流量q=Q/N=32/48=0.667g/min=1.11×10??kg/s；體積流量q_v=q/ρ=9.42×10??m3/s；噴絲孔截面積A=πD2/4=4.91×10??m2；擠出線速度v_e=q_v/A=192m/min；拉伸比DR=v/v_e=3200/192=16.7；根據(jù)質(zhì)量守恒，d_cal=√(4q/(πρv))=√(4×1.11×10??/(π×1180×53.3))=1.34×10??m=13.4μm；目標(biāo)纖維直徑d_target=√(4×1.2×10??/(π×1180))=1.14×10??m=11.4μm；差異原因：熔體擠出脹大（脹大比B≈1.15），冷卻收縮（體積收縮率≈8%），及后續(xù)拉伸細(xì)化共同導(dǎo)致實(shí)際直徑小于理論值。（2）Δn=C·σ?σ=Δn/C=0.045/(2.1×10??)=2.14×10?Pa=21.4MPa；該張力位于PET屈服應(yīng)力（~50MPa）以下，可行。32.（10分）某干法腈綸生產(chǎn)線，凝固浴為DMAC水溶液，浴溫35℃，溶劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)55%。測(cè)得纖維表面皮層厚度δ=2.1μm，截面半徑R=11μm，溶劑擴(kuò)散系數(shù)D=3.5×10?1?m2/s。（1）用Fick第二定律估算擴(kuò)散特征時(shí)間τ；（2）若提高浴溫至45℃，D按Arrhenius方程增至1.8倍，求新皮層厚度δ′（假設(shè)皮層厚度與√(Dt)成正比）。答案：（1）τ≈R2/D=(11×10??)2/(3.5×10?1?)=0.346s；（2）δ∝√(Dt)，溫度升高后D′=1.8D，時(shí)間不變則δ′=δ√1.8=2.1×1.34=2.8μm；皮層增厚易導(dǎo)致纖維力學(xué)性能下降，需降低凝固浴溶劑含量或提高拉伸倍數(shù)以補(bǔ)償。33.（15分）某廠擬用回收PET瓶片（IV=0.72dL/g）通過(guò)固相縮聚（SSP）生產(chǎn)工業(yè)絲級(jí)切片（IV≥1.00dL/g）。已知SSP動(dòng)力學(xué)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）推導(dǎo)達(dá)到目標(biāo)IV所需時(shí)間t；（2）若反應(yīng)釜填充系數(shù)0.7，堆積密度800kg/m3，要求日產(chǎn)20t，計(jì)算所需有效容積V；（3）實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)SSP后切片b值（黃度）升高2單位，分析可能原因并給出兩條改進(jìn)措施。答案：（1）分離變量積分得：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）日處理量20t，停留時(shí)間11.7h，則有效容積V=(20×11.7)/(24×0.8)=12.2m3；考慮填充系數(shù)0.7，實(shí)際釜容積=12.2/0.7=17.4m3，取標(biāo)準(zhǔn)18m3。（3）黃度升高原因：①瓶片含PVC雜質(zhì)，熱降解產(chǎn)生共軛多烯；②SSP溫度偏高（>205℃），氧化副反應(yīng)；③氮?dú)饧兌?lt;99.9%，含氧50ppm以上。改進(jìn)：①前端增設(shè)近紅外分選，剔除PVC，控制≤50ppm；②SSP溫度降至195℃，真空度由0.3mbar降至0.1mbar，延長(zhǎng)時(shí)間至13h；③氮?dú)庋h(huán)純化，氧含量≤10ppm，并添加0.05%磷酸三苯酯熱穩(wěn)定劑，可將b值增量控制在0.5以內(nèi)。六、綜合設(shè)計(jì)題（共30分）34.背景：某公司擬開(kāi)發(fā)耐高溫過(guò)濾用聚苯并咪唑（PBI）短纖維，要求連續(xù)使用溫度250℃，瞬時(shí)280℃，纖維線密度2.2dtex，強(qiáng)度≥3.5cN/dtex，極限氧指數(shù)（LOI）≥38%。任務(wù)：（1）設(shè)計(jì)聚合配方，給出單體摩爾比、催化劑、固含量；（2）選擇紡絲方法，給出凝固浴組成及溫度，并說(shuō)明理由；（3）制定后牽伸與熱定型工藝參數(shù)（溫度、倍率、張力）；（4）提出一種表面改性方案，使纖維與芳綸基布高溫?zé)釅海?50℃，3MPa，2min）后剝離強(qiáng)度≥8N/cm；（5）估算原材料成本（美元/kg），已知3,3′二氨基聯(lián)苯胺（DAB）$45/kg，間苯二甲酸二苯酯（DPIP）$38/kg，N,N二甲基乙酰胺（DMAc）$2.2/kg，催化劑LiCl$4/kg，收率按90%計(jì)。答案：（1）配方：DAB:DPI