聚丙烯腈(PAN)基碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀的优良性能,广泛应用于化工、机械、航空等方面。我国的聚丙烯腈基碳纤维质量与国外相比差距巨大,原丝品质是其瓶颈。由于原丝、碳纤维等核心技术形成专利,文献报道不多,因此阐明原丝成型机理对于从根本上提高我国聚丙烯腈基碳纤维的质量具有重大意义。纤维科学中对聚合物溶液复合体系热力学、对丝条组分变化过程及与纤维径向结构关系等研究和阐明不足,对溶剂/高聚物/非溶剂体系的成型机理研究尚不充分。本文以Fick定律为基础建立了溶剂和非溶剂在纤维原丝中的径向扩散数学模型,得出了溶剂和非溶剂的浓度随时间和径向坐标的变化规律。结果表明溶剂和非溶剂在极短的时间内迅速扩散出或扩散入纤维原丝,在原丝半径方向呈极不均匀分布;温度能显著改变溶剂和非溶剂的扩散速率;改变纺丝液和凝固浴组分浓度,并不改变溶剂或非溶剂的浓度临界点位置,但能改变溶剂和非溶剂沿半径的分布。纺丝液在凝固浴中发生的液-液相分离是聚丙烯腈基碳纤维原丝成型的重要过程。组分间的相互作用参数对相分离有重要影响,因此研究相互作用参数就十分必要。文章建立了一个液体混合的Gibbs能变模型,并借此得出相互作用参数与组分浓度和温度的关系式。文章分析了纤维的固化机理,指出固化机理有三个:冻胶、结晶和玻璃化转变,其中蕴晶结构对聚丙烯腈基碳纤维原丝结构有重要影响。文章最后综合分析了聚丙烯腈基碳纤维原丝孔洞、皮芯结构的形成机理以及空气层对原丝结构的主要影响。文章指出:自然离浆、热致二次分相和扩散分相是形成原丝孔洞的主要原因;空气层对纤维原丝结构的主要影响在于空气层处的拉伸使高聚物分子链产生取向结构。