PAN基碳纤维因其卓越的力学性能成为备受瞩目的功能材料和结构材料。作为典型的各向异性材料,碳纤维的取向结构是控制其性能的关键因素,所以探究PAN原丝的取向结构是如何在后续的预氧化和碳化过程中转变为类石墨结构六元环基面的取向结构,成为科学家们研究的主要问题,也为优化碳纤维制备过程中的工艺参数提供了理论依据和科学指导。从PAN原丝过渡到碳纤维,中间经历了预氧化过程和碳化过程,分子结构由最初的分子链取向逐渐转变为六元环碳基面取向。在热处理过程中,碳纤维环基面开始形成,由于晶区结构逐渐消失,X-射线衍射无法测定其取向结构的继承和演变,对于预氧化过程中的纤维取向变化的研究有一定的限制性。目前国内外的研究者对PAN纤维取向的研究比较成熟的是PAN原丝的取向和碳纤维的取向。红外二向色性法和声速法可以有效地表征PAN原丝的总取向(分子链取向),WAXD对研究纤维的微晶取向有重要的作用。但是热稳定化后期,纤维的晶态结构消失,颜色逐渐变深,通常用来表征纤维取向的方法在预氧化后期存在一定的局限性。为了研究预氧化过程到碳化过程纤维取向结构的联系,同时为调控热稳定化阶段纤维的取向提供科学依据,需要提出一种现实可行的测试手段来表征各阶段PAN纤维的取向。本论文采用偏振拉曼的方法研究了预氧化过程及碳化过程中不同纤维退偏度的温度效应和张力效应,并结合X射线衍射研究了纤维的微品取向,探究了PAN纤维环基面取向的形成以及环基面取向与微晶取向的关系。研究结果表明：1、PAN原丝在热稳定化过程中由于解取向和环化收缩导致纤维宏观尺寸发生变化,预氧化后期晶区取向消失,分子链取向仍保持在0.82左右。2、通过对不同纤维样品偏振拉曼的测试分析推导出退偏度和各向异性因子k2的关系：各向异性因子k2定义为各向异性不变量与各向同性不变量的比值,建立了退偏度和环基面取向的关系,从而建立了偏振拉曼表征取向结构的方法并应用于PAN纤维取向结构的演变研究。3、PAN原丝在热稳定化阶段环基面取向的雏形——梯形环平面开始形成,各向异性因子k2在预氧化初期变化缓慢,这时分子内环化反应占主导作用,使形成的梯形环基面取向与原有的分子链取向变化不大。到了240℃之后迅速下降,这时主要发生了分子间环化纤维分子结构规整性逐渐破坏,线性分子链逐渐转变成混乱、不规则的梯形环状聚合物,环基面取向迅速减小,引起宏观纤维尺寸收缩。4、低温碳化过程中,梯形环平面逐步过渡到六元环碳基面,碳纤维的环基面取向初步形成。环基面取向和微晶取向随温度和张力的升高而增大,在碳化阶段初期,随着热分解反应的进行,小分子气体副产物逸出,纤维内部缺陷增加,导致微晶取向较环基面取向增长缓慢。680℃左右开始,非碳元素逐步脱除,纤维内部碳开始富集,环基面沿纤维轴方向重排,碳纤维中非芳构化碳减少,梯形环状结构逐步过渡到二维乱层石墨结构,微晶取向大幅度升高。5、高温碳化阶段,张力牵伸促进了纤维内部环基面的重排,牵伸倍数越大,环基面沿纤维轴方向的重排就能更容易地进行,表现为环基面的取向变好。热缩聚反应使得环基面逐步过渡到六元环碳基面,非碳元素进一步脱除,环结构沿纤维轴方向重排,取向变好。微晶取向随温度的升高沿纤维轴择优排列,逐渐生长完善。在高温碳化阶段,碳纤维内部取向结构逐渐完善,形成了比较规整的结构,环基面取向和微晶取向都随温度的增加逐渐变好,并表现出了一致的变化趋势。本论文用偏振拉曼的方法探究了预氧化过程和碳化过程中环基面取向的形成和演变,对优化碳纤维制造过程当中环基面取向结构的调控有重要意义。