碳纤维具有许多优良的性能,逐步成为军民两用不可或缺的材料。聚丙烯腈基碳纤维的综合性能尤为突出,被广泛使用。碳纤维的强度主要取决于纤维取向程度,结晶度,缺陷以及纤维的尺寸。因此若能够通过改性提高原丝及碳纤维的取向度,结晶度,减少缺陷和细化直径,则有助于制备出性能更好的碳纤维。石墨烯是一种单片层的石墨材料,其独特的结构使得其能够在碳纤维改性上发挥重要作用。首先片层刚性结构的石墨烯在纤维成纤和拉伸过程中可以引导纤维中分子链的排列,提高其结晶度。其次石墨烯在牵伸的作用下进行取向,可以诱导纤维分子链沿着石墨烯层片方向进行取向排列；纤维在热处理时将会发生物理收缩,其取向程度也将随之下降,此时石墨烯通过限制分子链的运动可以抑制分子链的解取向,从而提高纤维的取向度。最后在炭化时预氧化纤维的结构将向类石墨的结构转变,这时单片层石墨结构的石墨烯可以起到模板的作用引导纤维结构的转变同时融于其中但又不会造成结构上的不匹配带来的缺陷,最终促进纤维形成更加完善的石墨化结构。尽管石墨烯在碳纤维改性上有诸多的优势,但由于其化学结构稳定,难以在溶剂中分散,限制了它的应用,因此选择氧化石墨烯为替代改性材料。氧化石墨烯是在石墨烯片层表面含有大量的官能团,在诸多溶剂中有良好的分散性,因此可以先将氧化石墨烯通过溶剂分散在聚丙烯腈中,氧化石墨烯经过热处理则可发生脱氧转变为石墨烯。为了将氧化石墨烯均匀分散在聚丙烯腈基体中,选择原位聚合法制备聚丙烯腈/氧化石墨烯复合物。因此需首先考察其在聚丙烯腈的溶剂二甲基亚砜(DMSO)中的分散性,其次是氧化石墨烯对聚合过程的影响,最后考察其对聚丙烯腈结构和热性能的影响。从而可以评估氧化石墨烯对聚丙烯腈产生的影响大小,为纺丝原液和原丝的制备提供指导和帮助。本文采用Hummers法和超声处理制备出稳定分散的氧化石墨烯分散液,通过原位聚合法制得氧化石墨烯/聚丙烯腈复合物。聚合过程中聚合反应受到氧化石墨烯的抑制,样品的转化率随着氧化石墨烯的添加而下降约5%,样品的分子量随着氧化石墨烯的逐渐增加从69000 g/mol逐渐下降到53000 g/mol。IR和XRD研究显示氧化石墨烯添加量在2.5wt%及以下时在基体中分散良好且其与基体之间存在氢键和化学交联作用。氧化石墨烯的加入提高了聚丙烯腈样品的结晶度,且当添加量为0.5wt%时结晶度提高了8%,达到了41%。DSC分析表明添加适量的氧化石墨烯如0.5wt%时样品的放热过程比较缓和和充分,有利于得到更稳定的结构。热失重分析表明氧化石墨烯的添加提高了样品的热稳定性,且添加0.5wt%的氧化石墨烯时样品结构更加稳定,碳收率比纯样品高出5%。