摘要 ：
通过电子强伸仪、广角Ｘ射线衍射仪（ＷＡＸＤ）、声速取向仪及扫描电镜（ＳＥＭ）等测试仪器分析探讨了芳纶Ⅲ树脂 、原丝、成品丝的力学性能与聚集态结构的差异，并与生产工艺相联系。讨论了芳纶Ⅲ纤维成型过程中聚集态结构衍变过程，探讨了芳纶Ⅲ具有优异力学性能的根本原因。通过Ｘ射线衍射分析，发现芳纶Ⅲ树脂本身是非晶态，在原丝纺制阶段结晶也进行得不完善且结晶度低 ，但经过热处理后成品丝具有较高的结晶度且晶粒变大，但晶面间距保持不变；取向度测试表明 ，芳纶Ⅲ纤维在原丝阶段就有较高的取向度，经热处理后取向度有所提高；ＳＥＭ测试表明，芳纶Ⅲ成品丝比原丝的结构均一致密 ，从而反映了热处理工艺在芳纶Ⅲ纤维生产过程中的重要性。
引言
世界上已产业化的对位芳香族聚酰胺纤维（国内 简称“对位芳纶”）其主要种类有Ｋｅｖｌａｒ、Ｔｗａｒｏｎ等均聚品种及Ｔｅｃｈｎｏｒａ、ＡＰＭＯＣ等共聚品种。共聚芳纶 大多是在聚对苯二甲酰对苯二胺（ＰＰＴＡ）分子链上加入第三单体进行共缩聚从而得到分子链改性、综合性能较好的产品。第三单体的种类和结构又对聚合 物合成和纤维成型、加工方式以及最终产品性能带来重要影响。
芳纶Ⅲ纤维是中蓝晨光化工研究院有限公司研发的一种共聚型对位芳纶选用了与俄罗斯ＡＰＭＯＣ纤 维相同的5（6）-胺基-2-（4-胺基苯基）苯并咪唑作为第三单体但在纤维成型加工上作了许多重要的改进使其具有更加优异的力学性能、耐热性能和耐溶剂性能。从纺丝溶液制取芳纶Ⅲ纤维主要需经过2 步成型工艺：一是原丝制备，二是原丝的热处理。原液经喷丝板后在凝固液凝固初拉伸成原丝已有一定的取向；原丝的热处理则是结构完善的过程。这2步成型工艺对聚合物的力学性能的提高和结构衍变起着至关重要的作用但关于芳纶Ⅲ纤维成型过程中聚集 态结构的衍变过程和机理等在公开文献中鲜有报道系统研究芳纶Ⅲ纤维的多层次结构特征对进一步提高性能扩大应用领域具有重要的推动作用。
本文采集了中蓝晨光化工研究院有限公司芳纶Ⅲ生产线上不同工艺环节的芳纶Ⅲ聚合物样品进行分析并与成型加工工艺联系起来讨论芳纶Ⅲ纤维结 和取向结构的逐渐形成过程从而探讨了芳纶Ⅲ纤维具有优异性能的根本原因。
实验
1．1 实验样品
1．1．1 原料
（1 ）芳纶Ⅲ纺丝原液、芳纶Ⅲ原丝、成品纤维均取自中蓝晨光化工研究院有限公司芳纶Ⅲ生产线。
（2）对照样品：ＡＰＭＯＣ纤维。
1．1．2 样品制备和编号
将芳纶Ⅲ纺丝原液倒入去离子水中得到无取向的聚合物丝条洗净120 ℃烘至恒重制得0＃样品。芳纶Ⅲ原丝、成品纤维、ＡＰＭＯＣ纤维分别编号为1＃、 2＃、3＃样品。
1．2 分析测试方法
1．2．1 力学性能测试
随机选取原丝和成品丝各20根，用纤维电子强力仪（ＹＧ001Ａ型太仓纺织仪器厂）在室温下，在20 ｍｍ／ｍｉｎ拉伸速率和20ｍｍ的夹持长度下测单纤的应力应变曲线。
1．2．2 Ｘ射线衍射测试
采用ＰｈｉｌｉｐｓＸ＇ｐｅｒｔ衍射仪，光源为ＣｕＫα （λ＝ 0．154 06ｎｍ）。测试电压为40ｋＶ，电流为40ｍＡ2θ为 12°～50°测试0＃、1＃、2＃样品结晶度。得到的衍射峰形曲线以Ｖｉｇｏｔ为模型进行拟合计算峰位（ｄ值）、半峰宽（Ｂ）作为可变计算参数。
（1 ）结晶度的计算
用Ｐｅａｋｆｉｔ（ＳｉｇｍａＣｏｍｐ．ＵＳＡ）软件对ＷＡＸＤ 线进行分峰结晶度可用式（1 ）计算：
式中ＣＩ为结晶度；●ＡＣ为各个结晶峰的面积；●Ａａ 为各个非结晶峰的面积；● （ＡＣ＋Ａａ）为结晶峰面积和非晶面积之和。
（2）晶粒尺寸及晶面间距的计算
求晶粒平均尺寸Ｄ值可用谢乐公式得到
式中Ｋ为Ｓｃｈｅｒｒｅｒ形状因子；λ为入射Ｘ射线的波长ｎｍ；θ为Ｂｒａｇｇ角；Ｂ为修正后的半峰宽。再根据布拉格公式可求得晶面间距ｄ
式中ｎ为衍射级数。
1．2．3 取向度测试
用ＳＣＹ-Ⅲ型声速取向测量仪（东华大学材料学院制），分别测超声波在20ｃｍ长的纤维和无取向的丝条的传播时间，进而计算出超声波传播速度。通过式计算纤维的取向度：
式中ｖ0为超声波在无取向丝条中的传播速度；ｖ1为超声波在待测样品中的传播速度。
1．2．4 扫描电镜分析（ＳＥＭ）
将原丝束和成品丝束分别切片，喷金处理，在日产ＪＳＭ-5900LV型扫描电镜下观察切面形貌特征。
