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1、高技术纤维分为哪三大类？简要说明各类纤维的特点。
高性能纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐化学溶剂等性能的纤维，主要为炭纤维，芳纶纤维等。高功能纤维主要是指具有特殊的功能（光传导，光感，高吸水性等）的纤维，对于这类纤维的制备，主要是从高分子的物理性能和纤维的微细构造去考虑。高感性的纤维主要是指手感柔软，美观，透气性好等性能的纤维，如仿桃皮，仿蚕丝等纤维。
2、常用的高性能纤维有哪些？
目前主要的高性能纤维有芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、碳纤维、高强度聚乙烯纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维等。
3、分别由刚性链大分子、柔性链大分子制备高性能纤维的方法有哪些？
由刚性大分子制备高性能纤维主要是通过高分子液晶纺丝技术（利于形成液晶），而通过柔性大分子制备高性能纤维主要是采用凝胶纺丝和高倍拉伸技术
4、高性能纤维的大分子结构必须符合哪些条件？为什么？
条件:①构成高分子主链的共价键键能越大越好；②高分子链的构象越近似直线形越好；③高分子链的横截面积越小越好；④高分子链的键角形变和键的内旋转受到的阻力越大越好；⑤高分子的相对分子质量越大越好，减少大分子链中的末端数。 原因：①高分子纤维大多数是由C、N、S、O和H等少数几种元素组成，通过共价键连接起来，键能越大，热稳定性越好；②高分子纤维是有具有特定构造的线性大分子链聚集起来的，线性越好，越不易旋转，其模量和强度越高；③一个分子链占据的横截面积越小，纤维单位横截面积上所包含的分子链数量就越多，纤维的抗张强度就越大。

1.试比较UHMWPE纤维与普通聚乙烯(PE)纤维的异同点。
相同点:化学组成相同。
不同点： 相对分子质量：UHMPE一般在300W到600W，PE一般在2W到30W；纺丝技术：前者采用凝胶纺丝—超倍热拉伸技术，后者采用普通的熔融纺丝；超分子结构：前者以伸直链结构模型为主，后者一般为折叠链结构模型；结晶度：前者一般在85%以上，后者一般小于60%； 取向度：前者取向度达到95% or more， 后者较低； 纤维性能：前者为高性能纤维，后者为普通纤维,同时应用领域也有所不同。
2.制备UHMWPE纤维采用何种纺丝方法？为什么？纺丝时为何采用半稀溶液？
方法：采用凝胶纺丝—超倍热拉伸技术。
原因：要制备高性能纤维，关键是要进行超倍拉伸。在没有溶剂的情况下，即使温度高于高分子量PE熔点几十度，UHWMPE仍然没流动性，粘度很高，因此无法通过熔融纺丝来制备；同时，由于大分子链的缠结程度高，因此也无法进行高倍拉伸。在溶剂的作用下，可以通过升温来使PE分子解缠结，而后可以进行正常的纺丝，且可以进行超倍热拉伸以获得UHMWPE纤维。
半稀：选择半稀溶液的原因;若使用浓溶液，则由于大分子间缠结点的存在，体系的粘度大，纺丝成形以及超倍拉伸均有一定的困难，无法获得高强度的纤维；采用稀溶液，大分子间几乎全部解缠结，因此纺丝后的初生纤维也无法经受高倍热拉伸，也无法获得高强纤维。采用半稀溶液，大分子间存在一定的缠结点，但是又不影响初生纤维的形成，在随后的热拉伸过程也可以顺利进行，最终可获得高性能纤维。
3.与常规的湿法、干法纺丝相比，凝胶纺丝有哪些特点？
①以超高分子量聚合体为原料，分子量越大，链末端造成纤维结构的缺陷就越少，越有利于纤维强度的提高，同时初生丝条能承受的拉伸倍数也越大，所得成品纤维的强度也就越高；
②用半稀溶液作为纺丝原液，便于超高分子量原料的溶解和柔性链分子缠结的拆开，也提高了纺丝原液的流动性和可纺性；
③进行超倍热拉伸，使大分子高度取向，并促使大分子应力诱导结晶，原折叠链结晶逐渐解体成伸直链结晶，使成品纤维具有很高的取向度和结晶度。
4.何谓自由断裂长度？
自由断裂长度是指纤维、纱线、绳索受自身重而断裂的理论长度,自由断裂长度与材料品种有关与韧性相对应, 自由断裂长度与纤维或绳索的粗细程度无关。纤维的强度可用自由断裂长度来表述 。
5.试总结UHMWPE纤维的优异特性与用途，分析其缺陷及改性方法。
优异特性：低密度、高强力、高模量，机械性能高度各向异性，在横向（垂直于纤维轴向）的模量和强度比在纤维轴向的低许多。高能量吸收、高张力和抗弯曲疲劳 柔韧性好 耐冲击性、耐磨耗性能优异 非常耐腐蚀性、耐光、负膨胀性、导热性好、电器绝缘性、振动衰减优异、对环境无害。
用途：①安全防护用品：防弹衣、头盔和防弹装甲等，可制成各类防刺、防割织物； ②绳类产品：船用缆绳、海洋工程用绳及陆地用绳和其他特殊用绳等；③渔网；④体育用品：各类球拍、滑雪板、冲浪板和自行车骨架材料的增强材料，也可直接用于制作钓鱼线和球拍弦；⑤布、带类：蓬盖布；⑥其它复合材料。
缺陷：耐高温性差（熔点仅为144～155℃），其强度和模量随温度升高而降低，蠕变大，表面与热固性树脂粘结性差（复合材料）。
改性：①等离子体改性；②紫外光(UV)处理；③表面氧化和刻蚀；④表面接枝；⑤本体改性。

1. 芳香族聚酰胺纤维与脂肪族聚酰胺纤维的异同点。
相同点：在构成纤维的高聚物长链分子中，都还有酰胺基（CO-NH），属于聚酰胺纤维； 不同点：1、（结构）芳纶中连接酰胺基的是芳香环或其衍生物，锦纶中连接酰胺基的是脂肪长链；2、（性能）芳纶具有极高的拉伸强度和耐热性，锦纶的强度没有芳纶高，同时芳纶具有固有的阻燃性以及有一的耐干热性和良好的韧性3、（用途）芳纶主要属于产业用纺织品，如防护产品，航天用产品，防切割产品等，锦纶一般用于家居或服装方面。
2. 间位芳纶与对位芳纶的结构式及其性能特点。

间位芳纶(PMIA)，如Nomex，其分子结构中酰胺键位于苯环的间位，苯环上间位的共价键的内旋转位能低，可旋转角度大，因此，相对于PPTA来说，PMIA大分子具有一定的柔性，在力学性能上接近普通的柔性链纤维，由于苯环基团含量高，耐热性能比脂肪族纤维好。
对位芳纶(PPTA)，如Kevlar ，其分子结构上的酰胺基团被苯环分离且与苯环形成π共轭效应，内旋转位能相当高，分子链节呈现平面刚性伸直链，形成非常好的线性结构，因此，可以通过液晶纺丝成型，使纤维具有极高的拉伸强度、优异的耐热性和韧性。
3. 易原纤化的PPTA纤维为何具有高强高模的力学性能？
PPTA纤维分子间作用力的各向异性，在径向作用力较大，在横向方面，仅有相邻的H键平面之间的范式力集合在一起，这种结合力较弱，在机械外力的作用下，易出现原纤化现，而易原纤化的PPTA纤维之所以能具有高强高模的力学性能是因为，虽然在原纤之间存在着较宽的间隙（结晶缺陷区），但是他们能被穿越不同原纤区域的微纤相互连接集束在一起（缠结区），这种排列可以充分发挥PPTA纤维的高强高模的力学性能。
4. 试分析PPTA纤维的主要结构特征（微观结构、结晶结构、皮芯层结构）。
微观结构： PPTA分子链为棒状伸直链构象，大分子链沿轴向规则排列，PPTA分子链间是通过中等强度的H键是聚酰胺分子平行堆砌，形成片状微晶，由于H键的存在，可以使PPTA纤维在剪切力和拉伸流动作用下形成液晶，从而使纤维具有相当高的取向度和结晶度。
结晶结构：PPTA纤维结晶体中含有周期性的缺陷周期，但是高度伸直的分子链能够穿越连续的结晶层，使在分子链末端或链长一半处出现的缺陷层能够很好地键接在一起，从而赋予PPTA纤维很高的强度。
皮芯层结构：PPTA纤维皮层为向列型液晶结构，芯层为近晶型液晶结构，其中向列型液晶的形成可能和近晶型液晶在松弛条件下重新取向有关。
PPTA纤维的主要结构特征：(1)纤维中存在伸直链聚集而成的原纤结构；
(2)纤维的横截面上有皮芯结构；(3)沿着纤维轴向存在200～250 nm的周期长度，与结晶C轴呈0～10°夹角相互倾斜的褶裥结构；(4)氢键结合方向是结晶b轴（径向）；(5)大分子末端部位往往产生纤维结构的缺陷区域。
5. 比较UHMWPE纤维与对位芳纶纤维的蠕变性和压缩屈服应力，并分析原因。
UHMWPE纤维与对位PPTA相比，蠕变性较大，压缩屈服应力较小。
原因：（1）UHMWPE纤维虽然轴向高取向，高结晶，但是横向方面仅仅依靠范氏力得以维持，总而造成横向方面的强度差；（2）PPTA纤维由于轴向分子的伸直排列，在轴向方面的取向有着较窄的分布范围，再加上高度伸直的分子链能够穿越连续的结晶层，得以使得横向方面模量大于UHMWPE的横向模量。
在受到长时间外力时，UHMWPE纤维可能会发生分子间滑移，所以蠕变较大，考虑到纤维模量的各向异性，UHMWPE的压缩屈服应力较小。
6.试说明采用低温溶液缩聚法制备PPTA使用的原料、溶剂体系的组成及各组分的作用。
原料：芳香二胺和芳香二酰氯。溶剂体系：一般是由溶剂（主要是酰胺类）、无机盐（氯化钙、氯化锂等）及酸吸收剂（吡啶等）组成的复杂体系。无机盐的加入能降低PPTA分子链间的相互作用，而有利于提高聚合产物在溶剂中的溶解能力；氯化锂助溶；酸吸收剂则使缩聚反应平衡向正反应方向进行。
7．Kevlar纤维和Nomex纤维分别采用各种纺丝方法？与高分子结构有何关系？
Kevlar纤维分子链刚性大，熔融温度高，难以用熔体纺丝法制备纤维，在溶液中易形成液晶相，因此可以采用液晶纺丝的方法制备PPTA纤维。
Nomex一般采用干法纺丝。利用氢氧化钙中和制的的纺丝液，经过滤后加热到150-160℃后进行干法纺丝，由于制的的初生纤维中带有大量的无机盐，多次水洗后进行拉伸。
8.试分析PPTA-H2SO4干喷湿纺过程中分子链取向机理。
各向异性的液晶溶液从喷丝板的细孔中挤出时，由于细孔中的剪切作用，液晶分子链沿流动方向上取向，因为浆液的粘弹性，细孔中出口处液晶区的取向略有散乱（解取向），然而这种散乱在空气间隔层随纺丝张力引起的长丝变细而迅速恢复正常（重新取向）。变细的长丝保持高取向分子结构被凝固，从而形成高结晶、高取向性的纤维结构，使PPTA纤维具有优良的物理机械性能，而不需要对其进行后拉伸。一般情况下，此过程中的取向度与牵伸率（纺丝液进入凝固浴的速率与纺丝液从喷丝口喷出的速率比值）有着较大的关系。

1. 降低聚芳酯熔点的方法有哪些？
从热力学公式Tm＝ΔH/ΔS可知，降低熔点Tm的有效途径为减少ΔH或增大ΔS。降低结晶度可以减少熔融热ΔH；对于刚性链大分子，由熔融而引起的分子形态变化极小，采用共聚的方法降低分子的刚性，可使ΔS变大。ΔS变大的同时，柔性变大，分子线性程度变差，结构规整性下降，结晶度变小，ΔH变小。方法如下：①主链的芳环上引入取代基；②引入萘环等较大的芳环以破坏聚合物结构的致密性；③主链上引入少量柔性基团；④主链上引入间位二元芳酸以破坏分子链的直线性。
2. 试举例说明何为溶致性液晶？何为热致性液晶？并简要说明液晶及液晶纺丝的特点。
液晶是介于晶态和液态之间的一种热力学稳定的相态，它既具有晶态的各向异性，又具有液态的流动性。热致性液晶：受热熔融形成各向异性熔体。溶致性液晶：溶于某种溶剂而形成各向异性的溶液。
液晶纺丝特点：①液晶熔体黏度随分子量的增高而急剧增大，因此在纺丝应用中对其分子量有一定限制，这样往往使得纤维强度达不到要求，或者需要很长的热处理时间来提高强度。②纺丝速度在100～2000m/min，喷丝头拉伸倍数超过10以上，有较大的流动伸长变形。③挤出过程中，熔体温度控制在熔点稍高一些范围，低于分解温度以避免聚合物热分解。
3.如何制备高强高模聚芳酯纤维？
①纺丝温度控制在275～375℃，此时熔体呈熔（热）致性液晶结构，通过喷丝孔时，在高的剪切速率条件下纺丝，因熔体粘度低而有利于使用分子量较高的聚合物作为原料，并因此有利于纤维强度的提高；②适当提高聚合物的相对分子质量 相对分子质量越高，纺出的纤维强度越大，但是聚合物的相对分子质量也不能太高，因为熔融粘度会急剧上升，使纺丝发生困难强度反而降低。；③纺丝过程中对纤维进行细化 ；④进行热处理 热处理对于芳香族聚酯纤维的成形非常关键，要控制升温速率和丝束的张力，在惰性气氛保护下或减压下，加热到接近纤维熔点的温度，连续除去生成的小分子副产物，增加纤维的相对分子质量，提高纤维的强度。芳香族聚酯纤维经过热处理后，强度有大幅度的提高

1.什么是汽车的被动安全性？它可分为哪两大类？试说明高分子材料在其中的应用。
分类：发生事故后，汽车本身有助于减轻人员受伤和货物受损的性能，称为汽车的被动安全性；减轻车内乘员受伤和货物受损的性能称为内部被动安全性；减轻车外人员伤害和其它车辆损害的性能称为外部被动安全性。
应用：高强度锦纶66初始模量低，其织物手感柔软，折叠性能良好，且长期折叠轻度不降低，耐热高强等特性，使其可作为气囊织物的材料。聚酯纤维在非涂层气囊织物的开发中展示出优异的特性。聚酰胺、聚酯纤维和丙纶纤维具有高强度、伸长率适中、塑性变形小等特点是制作安全带比较合适的材料。
2.安全气囊织物的发展经历哪三个历程？试述各阶段产品的特点。
涂层织物：一般采用以氯丁橡胶为涂料的nylon 66织物，密封性好，抗燃性高，成本较低，但是实际应用中，由于存在氯气的释放，使纤维脆化，导致使用寿命低；涂层后，织物柔软性能变化大，易变质，不利于回收。
非涂层织物：利用调整织物内部组织结构并通过后整理方法来提高非涂层织物的阻气性能，通过织物的微透气性来实现对人体的缓冲，还可对排放的废气进行过滤，缺点是易变行、脱丝，给加工带来了困难，需要特殊的切割和缝合技术。
一次成形型：采用全成形技术的专用织机上织成四周封边的袋状织物，通过高紧密织造技术和后整理技术相结合的方法，制成囊身两层织物的非涂层全成形安全气囊织物
3可用于制作安全带的纤维有哪几类？试说明各类纤维的特点。
安全带要求采用具有高强度、伸长率适中、塑性变形小的纤维材料。聚酰胺、聚酯纤维和丙纶纤维都是比较合适的材料。
①聚酯纤维：强伸度高、回潮率低、耐磨、尺寸稳定性好、模量高、变形小、回弹性和抗皱性好、抗紫外性能强，在原有高强低伸的基础上进行改性的高强度耐磨长丝，被用作车用安全带的专用丝。
②锦纶纤维：初始模量低、长丝断裂伸长大、弹性好、热焰量高、抗冲击性好、柔软性阻燃性优于聚酯。
③丙纶长丝：强力高、耐磨性优良、耐酸、碱性优良、弹性回复率高、质轻价廉
4安全气囊用织物性能要求包含哪些内容？
①强度高：能承受充气时高压、高速或高温气流对气囊的冲击以及撞车时人体撞击气囊的巨大冲击力。②密度小：可降低充气时使气囊膨胀所需的能量，降低急速膨胀的气囊对人体的冲击力。③摩擦系数小：可降低气囊展开时的摩擦力，减轻气囊带膨胀时对人体的擦伤。④弹性好：伸长率高，弹性高，初始模量低，使得气囊在动态负荷下具有应力分布均匀，吸收能量大及冲击性能好的优点。⑤熔点高：可有效阻止温度升高而使材料烧穿。⑥气密性：精确地控制透气率，避免因透气率太小而导致袋中气体不能及时释放。⑦化学稳定性和热稳定性：长期储存于仓中不变形、不退化，保持良好的使用性能。
制作安全气囊的材料：具有良好的机械性能（高强力、低比重、良好的摩擦性能与耐磨性、弹性好、初始模量低、伸长大）、透气性（不透气或微透气）、热学性能（高熔点、耐热）、高热收缩性（气密性）及化学稳定性（耐老化）。斜纹或缎纹组织结构可以使在给定面积内纱线达到最大的挤紧密度，以获得最大的强度和好的耐磨性能。为了进一步提高耐磨性能可以选用更粗的纱线。

1.举例说明功能纺织品在汽车舒适性方面的应用。
汽车乘坐舒适性包括行车平顺性、防噪声性、空气调节性和可居住性等内容。
功能性纺织品的开发与应用：抗菌、消臭、光催化、负离子、抗紫外、三防、防螨虫、防静电、过滤材料等等。
汽车内为一密闭环境，合适的温度、湿度是滋生细菌、螨虫的温床，细菌会对人体带来多种疾病，螨虫对人体的主要危害是引起过敏性哮喘、过敏性鼻炎和过敏性皮炎等过敏性疾病。
采用抗菌驱螨功能纺织品，可以极大地降低细菌、螨虫对人体的危害，保护使用者的健康。抗菌驱螨功能纺织品可应用于车厢铺地织物、坐垫、靠枕等。采用纳米银抗菌整理剂对纺织品进行后整理，可赋予织物良好的抗菌性。
2.说明TiO2的光催化机理、TiO2光催化剂的两大特性及其应用。
①机理：在光照作用下，TiO2吸收光能后发生电子跃迁（低能价带→高能导带），生成带负电的电子(e-)和带正电的空穴(h+)。空穴(h+)与吸附在TiO2表面的H2O反应生成氧化性很强的羟基自由基(HO·)；而带负电的电子(e-)则被TiO2表面的氧分子捕获，生成超氧阴离子(O2带正电的空穴(h+)和羟基自由基(HO·)的氧化能力非常强，可以很容易地拆散构成有机物分子的C-C, C-H,C-N, C-O, O-H, N-H键，使有机物发生分解反应。
②两大特性及其应用：A. 强氧化性：防污、消臭、抗菌、分解去除有害物质 B. 超亲水性：防雾、自清洁（强氧化性＋超亲水性）
3.何谓超亲水性表面？如何制备？有何用途？
超亲水性表面是指与水的静态接触角<5°的表面。当紫外光照射到TiO2表面时，二氧化钛表面与水的接触角减小，直至接近为0°，从而表现出超亲水性。
用途：防雾（防雾玻璃、镜子、后视镜）、自清洁功能、提高表面热交换效率
4.何谓超疏水性表面？如何制备？有何用途？
超疏水表面是指与水的静态接触角>150°以及滚动角<10°的表面。
制备方法：1在疏水材料表面构造层次结构（微米级和纳米级）；2在粗糙表面上修饰低表面能的物质。
用途：使材料具有自清洁和易清洗的效果；用于服装纺织品上可以防水防污。人工制备超疏水表面可用于汽车车窗、建筑物的玻璃窗以及玻璃外墙的防污, 用于雷达、天线表面能够防止由于雪雨粘连而导致的信号衰减, 材料的表面超疏水化可抑制微生物在物体表面的粘附, 抑制聚合物表面的凝血现象, 用于输水、输油内管壁可降低流体阻力等。纺织品表面进行超疏水化处理后，可以获得拒水、拒油、防污的三防效果。
5.分析光催化剂TiO2形成超亲水性表面的原因。
原因：TiO2 表面的超亲水性起因于其表面结构的变化：在紫外光照射条件下．TiO2价带电子被激发到导带．电子和空穴向TiO2 表面迁移，在表面生成电子空穴对．电子与Ti4+反应．空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时．空气中的水解离吸附在氧空位中．成为化学吸附水(表面羟基)．化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层．即在Ti3+缺陷周围形成了高度亲水的微区。
6. 比较lotus effect和petal effect的异同点。两者的应用？
相同点：都是超疏水性表面，表面都有层次结构（微米级和纳米级）
不同点： (翻译：必须要注意的一些惊人的差异。莲花花瓣和玫瑰花瓣的表面结构可以用来解释这两种不同的效应。莲花花瓣有一个随机粗糙表面和低接触角滞后，这意味着水滴不能润湿突起之间的组织空间。这使空气能在组织结构中存在，形成了由空气和固体组成的不均匀表面。因此，水和固体表面的粘附力极低，使水容易脱落（即“自洁”现象）。另一方面，玫瑰花瓣的微型和纳米结构比荷叶的尺寸要大，液体薄膜能浸渍花瓣组织。然而，液体可以进入较大尺寸的沟槽，但不能进入小沟槽槽。这被称为卡西浸渍润湿制度。由于液体可润湿的较大尺寸的凹槽，水和固体之间的附着力很高。这就解释了为什么水滴不会从花瓣上掉落，即使花瓣是放在一个倾斜角度上，或颠倒过来。)
荷叶：微纳结构等级小、用cassie-baxter’s model解释、滚动角大、水珠极易滚落
玫瑰：微纳结构等级大、用wenzel’s model解释、滚动角小、高粘着力
应用：lotus effect用于自清洁材料、防水防污等。petal effect应用于微流控制设备，如生化分离系统、有针对性的药物输送系统、免疫测定分析以及生物传感器。
7. 说明Young’s state, Wenzel’s state和Cassie-Baxter’s state的适用范围。
Young’s state适用于理想固体表面（光滑、平整、均匀）
Wenzel’s state适用于液滴在粗糙固体表面完全接触的情况
Cassie-Baxter’s state适用于液滴不能填满粗糙表面上的凹槽，在液滴下粗糙表面上会有截留的空气存在，表观上的液体、固体接触其实是液滴一部分与固体表面突起部分直接接触(fs)，另一部分与空气气穴接触(fv)，形成气—固—液三
相接触。
8. 实现自清洁功能的途径有哪些？分别举例说明。