纤维材料是材料科学领域中重要的组成部分,而随着化学纤维的进一步发展,一些具有高性能、多功能的新型纤维材料层出不穷。聚醚醚酮(PEEK)纤维作为高性能的特种纤维材料,在军用和民用的各个领域具有十分广泛的应用。PEEK粗旦丝与PEEK细旦丝在加工工艺、结构性能和应用方向上有很大区别。关于PEEK纤维微观结构的研究基本集中在细旦丝,并且是间接推测的结果,即通过加工参数与最终结构性能的变化推演出纤维的微观变化过程,这很难揭示出PEEK纤维成型过程与成型机理。本论文将国产PEEK树脂熔纺制得PEEK粗旦初生丝,进而研究了初生丝结构和后牵伸工艺对成品粗旦丝结构和性能的影响;并通过原位测试分析了热牵伸过程中PEEK粗旦丝的微观变形机理。此研究对于PEEK粗旦丝尤其是单丝规模化生产和成纤机理的理论研究具有十分重要的意义。首先通过熔融纺丝技术,制备了不同熔融指数(MFI)、线密度和冷却方式的PEEK粗旦初生丝,研究了初生丝结构对成品粗旦丝结构与性能的影响。结果表明,高MFI的PEEK1初生丝在后牵伸过程中分子链更容易运动,粗旦丝的取向度和结晶度更高,力学性能更好。而低MFI的PEEK2初生丝,由于分子链较长且链缠结较多,为得到力学性能更佳的粗旦丝,则需要提高牵伸温度和牵伸倍数。高线密度的PEEK1-L初生丝取向度低,能被牵伸到更大倍率,易于后牵伸处理,更适合PEEK粗旦丝的制备。通过风冷成型方式制得的PEEK1-W初生丝,具有一定结晶度和较低取向度,更易于PEEK粗旦丝的制备。为了提高PEEK粗旦丝的力学性能,进一步研究了牵伸温度、牵伸倍率和退火处理对产品纤维性能的影响。研究表明,PEEK初生丝适宜的牵伸温度为190~250 oC;随着牵伸倍率的增加,纤维的力学性能得到提高;退火处理有利于纤维拉伸强度和模量的提高。为了揭示PEEK粗旦初生丝微观形变机理,通过原位XRD测试与偏光显微镜、力学性能测试等方法相结合,讨论了结晶度、晶粒尺寸、晶区取向、整体取向和力学性能等在热牵伸过程中的变化情况。进一步阐明了PEEK粗旦丝微观大分子链和晶体的变形机理。原位测试分别在初始阶段(It-S),保温阶段(Is-S),牵伸阶段(Ps-S)和冷却阶段(Pc-S)四个曝光阶段收集结构信息。结果表明,在热牵伸过程中,结晶度和晶粒尺寸在Is-S中增加,Ps-S中减少,Pc-S中伴随着择优取向而进一步增加。晶区的取向度在Ps-S中明显提高,且在Pc-S中没有明显的降低。随着牵伸温度的提高,Pc-S的结晶度增加,但在210 oC以下,小于Is-S的结晶度,主要是由晶区的形变和分子链运动能力所导致。Pc-S的晶粒尺寸不断增加,但仍小于Is-S的晶粒尺寸,由于晶区发生大量变形和晶粒不充分生长。Pc-S的取向度先增加后降低,主要是与分子链的取向和解取向的平衡相关。随着牵伸倍率的提高,Pc-S的结晶度和晶粒尺寸先增加后减少,由于在低牵伸倍率下,牵伸对晶体生长起到促进作用;高牵伸倍率下,牵伸抑制晶体的生长并对晶体造成严重的撕裂。Pc-S的取向度不断提高,由于单轴牵伸使分子链展开更完全,排列更规整。