碳纤维是含碳量大于百分之九十,且因其高强度和高模量而日益被广泛应用的纤维状复合材料。聚丙烯腈基碳纤维是目前生产工艺简单且性能最好的碳纤维。高质量聚丙烯腈原丝是生产高性碳碳纤维的前提。初生纤维结构疏松,强度低,不能直接应用。而通过牵伸工艺过程,能够改善初生纤维的结构,提高其性能,使其成为高质量的原丝。水浴牵伸是牵伸工艺的重要环节,因此,对水浴牵伸过程的研究对原丝质量的影响就具有十分重要的意义。本文主要进行了以下研究：(1)探究了在PAN初生纤维成型过程中,牵伸条件(牵伸倍数、温度等)对取向度的影响及其程度,发现水浴牵伸倍数对取向度的影响程度较高。(2)在原丝牵伸过程中,保证其他工艺条件固定不变,通过观察在不同的牵伸倍数下的原丝结构与性能,探究了牵伸倍数对原丝取向度的影响,发现在牵伸过程中,总牵伸倍数在6-8倍,水浴牵伸在1.8倍最佳。(3)通过改变牵伸条件,观察水浴牵伸过程中应力-应变曲线的变化,进一步了解了水浴牵伸过程中纤维的力学性能及结构变化。(4)研究了形变行为力学的关系,推导出了单纤维拉伸过程的模型及牵伸速率与张力数学模型。通过MATLAB建立Simulink模型对数学模型进行仿真,验证了模型的准确性。(5)通过对Simulink模型进行调整,增加一些辅助模块,建立了断裂应力与最大牵伸倍数之间的模型,通过此模型能够得到在最佳拉伸条件下,保证纤维未发生断裂前的最佳的牵伸倍数。通过实验分析以及模拟仿真,对工业上碳纤维原丝生产所做的探索性研究,可以为PAN基碳纤维生产提供理论及模拟的参考依据。