PBO纤维是一种低密度、高强度、高模量、耐高温且阻燃的高性能有机纤维，在众多尖端领域中有着广泛的应用。然而如此优异的PBO纤维仍存在一些缺陷，如实际模量与理论模量存在很大差距，与树脂的粘结性能不好等缺点。本文以提高PBO纤维的力学性能、耐热性能及复合材料界面性能为主要目标，设计合成了碳纳米管和石墨烯增强PBO基体的两种复合纤维，着重分析了这两种复合纤维的结构和性能，为制备综合性能更为优异的复合纤维进行有益的探索。采用两种酸处理方法，浓硫酸/浓硝酸体系和含有20%三氧化硫的发烟硫酸/浓硝酸体系分别对单壁碳纳米管(SWCNTs)进行纯化、切短和氧化处理。采用化学接枝法对SWCNTs进行功能化接枝修饰处理，分别接枝上三种氨基二元羧酸，柔性链小分子的L-天门冬氨酸(I)、L-谷氨酸(II)和刚性链小分子的5-氨基间苯二甲酸(III)，得到了三种功能化接枝修饰后的SWCNT I-III。接枝化修饰处理使SWCNTs酸化后的一元羧酸基团转变成二元羧酸基团，获得更多的羧酸活性基团参与到聚合反应中，在聚合体系中具有更好的分散性。采用化学改性Hummers法成功制备了氧化石墨烯，得到的氧化石墨烯没有进一步还原成石墨烯，而是保留了其表面的活性官能团，以便下一步功能化处理。采用独特的“复合内盐法”合成了DADHB-is-(GO/TPA)复合内盐。设计“复合内盐”的目的是为了实现GO在聚合体系中具有更好的分散性，并且参与到聚合反应中。研究发现，GO在复合内盐中能够均匀分散，同时GO在复合内盐中起到了结晶模板剂的作用，有效地阻止了GO的重新堆积，为GO在下一步聚合体系中均匀分散打下了基础。采用脱氯化氢原位聚合法制备了三种SWCNT I-III&PBO复合纤维，分析了SWCNT I-III&PBO复合纤维的化学组成、特性粘数及粘均分子量、复合纤维的表面和断面形貌、结晶行为及复合纤维中SWCNTs的分布情况，证明不同功能化处理SWCNTs的加入对PBO纤维的结构有很大影响，通过对复合纤维的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率测试，研究三种不同功能化SWCNT I-III对PBO纤维力学性能的增强作用，发现复合纤维拉伸强度和模量都有相应的增加，其中添加SWCNT III增加最多。研究添加三种不同功能化SWCNT I-III对PBO纤维热稳定性的影响。这些研究结果表明接枝刚性链小分子的SWCNTs要比接枝柔性链小分子的SWCNTs在增强PBO纤维的力学性能和热稳定性的效果上要更好些。通过对复合纤维的浸润性和与树脂结合的界面剪切强度测试，研究添加功能化SWCNT I-III对PBO纤维复合材料界面性能的增强作用。采用一锅原位聚合复合内盐法制备了两种不同GO含量的GO-co-PBO复合纤维，对其结构和性能进行深入研究和系统分析，并且对GO增强PBO纤维的机理进行了初步的探讨。通过对GO-co-PBO(1%)和GO-co-PBO(3%)复合纤维的化学组成分析、特性粘数的测定及粘均分子量的计算、复合纤维的表面和断面形貌的观察、结晶行为研究及对复合纤维中GO的分布情况进行观察，研究添加不同的GO含量对PBO纤维结构的影响。通过对GO-co-PBO复合纤维的拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率测试，研究GO的不同含量对PBO纤维力学性能的增强作用，随着GO的添加量增加，GO-co-PBO复合纤维拉伸强度和模量增加，断裂伸长率降低。对GO-co-PBO复合纤维的耐热性能进行分析，GO的加入增强了PBO基体的热稳定性和阻燃性。通过对GO-co-PBO复合纤维的浸润性和与树脂的界面剪切强度测试，研究了添加GO对PBO纤维复合材料界面性能的增强作用。