聚丙烯腈(PAN)纤维是较早实现工业化的合成纤维之一,以PAN原丝为前驱体制备的碳纤维综合性能最好。应用纳米粒子对PAN纤维进行复合,可以制备改性PAN纤维。目前碳纳米管(CNT)在高分子复合材料领域的研究十分活跃,通过添加碳纳米管可以改善纤维材料的力学和导电性能,具有很好的研究和应用价值。本文选用PAN为基体,以改性碳纳米管(CNTs)为填充组分,制备了PAN/cNTs复合纤维,研究了碳纳米管对PAN大分子结构的诱导效应,主要开展了以下几个方面的研究工作:1)采用硝酸氧化法和聚丙烯腈接枝法对碳纳米管进行纯化、改性,改善碳纳米管在溶液和聚合物基体里的分散性和相容性。Raman,FTIR,XPS,SEM,TEM和TGA测试证明硝酸处理使得碳纳米管上的碳原子氧化,生成羧基,随着处理温度的升高氧化程度加剧,碳管的结构遭到进一步破坏。酸处理产生的羧基通过酰氯化、胺化后可以与共聚单体衣康酸的羧基反应,从而将聚丙烯腈大分子接枝到碳纳米管的表面,接枝率接近144%,同时接枝使得碳纳米管和聚合物分子形成一种网络结构。2)采用原位聚合法制备了聚丙烯腈/酸处理碳纳米管复合溶液和聚丙烯腈/接枝处理碳纳米管复合溶液,对复合溶液的动态流变行为进行了详细分析。结果表明,PAN/CNTs复合溶液呈现典型的切力变稀现象,少量加入酸处理碳管和接枝碳管都会起到增塑效果,酸处理碳管的增塑效果更明显;随着接枝碳纳米管含量的增加,溶液体系中的网络结构开始影响其流变行为,使得η~*,G’和G’’明显升高,同时使得溶液由黏性向弹性转变,这些结果对湿法纺丝成形具有很好的指导意义,证明复合溶液具有一定的可纺性。碳纳米管的引入还使得聚合物的玻璃化转变温度明显提高,但是对其环化放热行为影响并不大。3)采用湿法纺丝制备了聚丙烯腈/接枝碳纳米管复合纤维,对纺丝工艺各个阶段复合纤维的形态和结构进行了详细研究。XRD结果表明碳纳米管的加入使得初生纤维的结晶度,取向因子和晶面间距略有提高,SEM表明碳纳米管的引入抑制了凝固的双扩散过程,避免了大的孔洞的形成,但是纤维微晶结构的致密化程度下降;XRD结果表明,在预牵伸过程中残留溶剂对碳纳米管的作用有一定的影响,但是复合预牵伸纤维和空白纤维一样,在预牵伸作用下取向,微晶结构变得致密;XRD结果表明,和空白纤维一样复合纤维中的牵伸力也直接作用在大分子链上,在碳纳米管的诱导作用下PAN大分子在结晶中的构型更容易转变,随着牵伸的进行,复合纤维的微晶结构更加致密,但是取向在一个恒定范围内波动,略小于空白纤维,并且取向沿纤维轴向具有不对称性。4)对PAN/CNTs复合纤维中碳纳米管的取向进行了研究,结果表明,初生纤维中碳纳米管的取向就达到较高值,并且随着牵伸的增大,碳纳米管的取向逐渐增大。5)对PAN/CNTs复合原丝的结构和性能进行研究,结果表明,碳纳米管的引入使得复合原丝的结晶度,取向度和微晶结构致密化程度下降,结晶取向沿纤维轴向有不对称性;当碳纳米管的添加量为1wt%时,复合原丝的拉伸模量和拉伸强度分别提高了82.2%和11.0%;复合原丝断口表现为微纤剥离状。