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含杂环的芳香族共聚酰胺纤维(简称杂环芳纶)是一种高强度、高模量、耐高温以及良好的尺寸稳定性的高性能纤维。因为其优异的力学性能和热性能,含杂环的芳香族共聚酰胺纤维广泛应用于军工航空、高性能复合材料等领域。本文是通过三个方面来研究其结构与性能。热处理工艺是制备含杂环的芳香族共聚酰胺纤维的关键工艺之一。热处理工艺主要考察了热处理温度、热处理时间对热处理纤维的力学性能的影响。首先通过动态热机械分析(DMA)和热失重分析(TGA)确定了热处理温度范围,然后研究热处理温度、热处理时间对热处理纤维的力学性能的影响,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、取向度分析和傅里叶变换红外光谱(FTIR)来比较热处理前后纤维的结构变化。最终确定最佳的热处理工艺条件：动态热处理,氮气气氛中,热处理温度为420℃,目前实验室条件下最佳热处理时间为3.7min。并在最佳工艺条件下得到含杂环的芳香族共聚酰胺纤维的拉伸强度和模量分别为23.86cN/dtex和1041.43cN/dtex。本文利用热失重-红外联用、傅里叶红外、裂解/色谱-质谱联用及热失重对含杂环的芳香族共聚酰胺纤维的热性能进行详细的研究。从热失重的曲线可以看出,含杂环的芳香族共聚酰胺纤维在520℃后开始发生分解,其纤维在热处理前后的热稳定性相差不大,在氮气的气氛中,纤维在900℃的残留率为59%。通过热失重-红外联用和傅里叶红外分析分别对纤维热分解释放的小分子和残余物进行分析,含杂环的芳香族共聚酰胺纤维超分子结构主链从550℃开始断裂,在700℃时纤维的苯环、咪唑环开始裂解,在热分解过程中释放出H2O、芳环结构化合物、CO2、CO、氮氧化物、NH3和HCN等小分子产物。再结合裂解/色谱-质谱联用分析可知,含杂环的芳香族共聚酰胺纤维在500℃-650℃之间裂解产物最多,550℃-650℃之间纤维的分解程度最大,550℃时纤维的热分解速率最大。文本通过动态热机械分析(DMA)测试了含杂环的芳香族共聚酰胺纤维在高温使用下的动态力学性能。杂环芳纶的储能模量在200℃大幅度降低,损耗模量在260-290℃之间出现峰值,杂环芳纶的玻璃化转变温度随着频率的升高而升高,杂环芳纶的玻璃化转变的表观活化能为275.2kJ/mol。