碳纤维是一种含碳量大于90%的特种纤维，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的，具有高比强度、高比模量、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、导电、导热、抗辐射、良好的阻尼、减震、降噪等一系列综合性能，被大量用作复合材料的增强材料。原丝水平的差距是制约碳纤维发展的瓶颈，优质的聚丙烯腈（PAN）原丝是制备高性能碳纤维的关键，而基础研究的薄弱又是造成此局面的根本原因。本论文针对熔融纺丝法，对纤维的成型过程进行了相关基础问题的研究，主要包括PAN纺丝溶液的流变学性质研究、基于多参数原丝成型过程的数值模拟、PAN纤维纺丝工艺研究以及PAN纤维力学性能的研究。本论文首先分析了国内外PAN碳纤维原丝的研究现状和应用领域，结合原丝自身结构以及纺丝工艺因素，剖析了影响PAN碳纤维原丝质量的关键因素。其次，根据高聚物流变学的基本控制方程，通过Polyflow软件，选取PTT模型作为本构方程模型，对PAN熔体的熔融纺丝机理进行了数值分析。分析得到了分配板上的流体压力降分布和速度分布，以及沿纺程上PAN纤维的直径变化、速度变化以及温度变化曲线。最后，在数值计算的基础上，采用合适的实验原料和设备制备了PAN原丝，并对制备出的PAN原丝进行纤维纤度测定、机械性能测试、X射线衍射测试以及扫描电镜测试。实验研究表明，实验室制备的PAN原丝综合力学性能较好，纤维的强度较高，但是断裂伸长率较低，韧性较差。