为了制备高性能聚丙烯腈基碳纤维,首先要提高原丝强度等综合性能。本论文从提高聚合物分子量的角度出发,首先采用悬浮聚合工艺合成高分子量聚丙烯腈,然后通过控温、混合溶剂等参数控制配制了可用于湿法纺丝的纺丝液。又分别研究了湿法纺丝过程中凝固、沸水牵伸、干燥致密化、蒸汽牵伸等各阶段相关影响因素(温度、牵伸倍数、时间等)对原丝性能的影响,确定了整个原丝生产过程中各主要影响因素的最佳参数值,制备出了具有较高性能的原丝产品。1.通过落球粘度法等测试表明,配制纺丝溶液时,混合溶剂(二甲基亚砜与微量水)能使溶液粘度降至最低；同时粘度也随着温度升高而下降,随着PAN质量分数增大呈指数级增长。最后各参数值确定为：水含量为1.5%(w),温度为75℃,PAN浓度为10.5%,剪切速率为1300s-1下溶解2h。得到了粘度低于100Pa*s的纺丝液。2.通过扫描电镜、X射线衍射、纤维强度等测试对凝固成型过程中初生纤维的截面形貌,结晶度,力学性能等进行了分析,结果表明凝固浴浓度的影响最大,凝固浴的浓度较高,温度较低,负牵伸倍数较小时,凝固速率较小,丝条的截面形貌为圆形,密度比较大,孔洞比较少。最后确定最佳凝固工艺为,凝固浴浓度75%,凝固浴温度50℃,一凝中负牵伸倍数-15%。3.通过X射线衍射、纤维强度测试研究了干燥致密化过程纤维性能的变化,结果表明随着温度的升高,时间的延长,纤维的各个性能指标有一个最佳值,干燥致密化时间定为100s,温度定为130℃时得到的纤维质量较好。4.利用第四统计力学知识分析了纤维生产过程中的结晶行为,牵伸过程中内在结构的变化,以及强度提高的原因是因为取向还是结晶。5.通过各种表征手段,研究了沸水牵伸过程与蒸汽牵伸过程中牵伸倍数与纤维结晶度、强度、直径、拉伸功率等性能的对应关系。结果表明,随着牵伸倍数的增大,直径和纤度变小,而在不同条件下变化速度不同,同时,结晶度与晶粒尺寸变大了,强度与拉伸功率有一个最佳值。最后得出,高分子量PAN的沸水牵伸倍数以4.5倍左右为佳,而蒸汽牵伸倍数为2.4倍时,高分子量PAN原丝的物理机械性能最优。最终得到强度达9.5cN/dtex,截面形貌圆形,表面沟槽不太深,直径为9μm的高质量原丝。为我国生产高强超细碳纤维用原丝的生产提供了理论依据和具体的工艺参数。