聚酰亚胺（PI）是一种分子链内含有大量苯环和芳香杂环的化合物。作为一种性能非常优异的新型碳材料前驱体,PI可以用于制备电子散热领域广泛使用的高导热石墨薄膜、碳泡沫等。因此,以PI纤维作为前驱体也有制备高性能碳纤维的潜力。本论文针对课题组前期研究中PI基石墨纤维取向度较低、性能较差的问题,通过采用化学亚胺化和热处理中施加牵伸的方法有效改善和提高了PI基石墨纤维的微观结构和性能。本文主要从以下3个方面进行了研究:1、首先,采用化学亚胺化法制备了PI基石墨纤维。利用均苯四甲酸酐（PMDA）和4,4-二氨基二苯醚（ODA）合成聚酰胺酸（PAA）纺丝液,向其中加入不同含量的脱水剂乙酸酐与催化剂吡啶反应得到部分化学亚胺化的PAA-PI纺丝液,经干湿法纺丝制得初生纤维。初生纤维再经热亚胺化、炭化、石墨化等步骤得到PI基石墨纤维。采用取向度测试、高分辨透射、单丝强力仪等手段表征了PI基石墨纤维的结构和性能。结果表明,化学亚胺化对PI基石墨纤维性能的提高具有积极的作用。通过控制乙酸酐添加量可以调控纤维的亚胺化程度;合适的脱水剂乙酸酐和催化剂吡啶比例可以在提高反应速率的同时避免小分子的过量加入对结构造成破坏。在乙酸酐添加量为50 mol%,乙酸酐吡啶比例为2:1时,石墨纤维性能达到最好,热导率为126 W·m-1·k-1,与未进行化学亚胺化的PI基石墨纤维相比提高了133%。这是因为化学亚胺化试剂将PAA脱水闭合成环状PI的亚胺化反应提前到溶液中进行,避免了单纯热亚胺化时小分子从固相纤维脱除对微观结构造成的损害;同时刚性的PI链段可以限制柔性PAA链段的相互缠结,并在喷丝过程的巨大剪切力下取向排列,最终得到规整有序的石墨微晶结构,使热导率得以提高。2、在确定的化学亚胺化工艺下,分别研究了热亚胺化和炭化过程中的牵伸张力（从0到纤维断裂）对PI基石墨纤维结构性能的影响。结果表明,热处理中的牵伸对纤维性能的提高有重要作用。在热亚胺化和炭化中分别受到77.51 MPa和7.88 MPa牵伸张力获得的石墨纤维,直径仅为9.48μm,热导率达到373 W·m-1·k-1,拉伸强度达到1331 MPa,分别比未牵伸样品提高了73%和131%。这是由于在轴向张力下,PI热处理中的解取向趋势和小分子逸出对结构的扰乱大大缓解,从而使纤维内的碳六元环结构沿纤维轴向择优排列,最终形成了结构较为规整的石墨微晶,石墨纤维热导率显著提高。3、上述研究证实了化学亚胺化法和热处理牵伸对PI基石墨纤维的结构改善和性能提高具有显著作用。前期研究中采用了石墨烯等平面分子原位聚合PI来制备高导热PI基石墨纤维,但得到的纤维性能仍然较低。因此我们制备了一种石墨烯/PI复合石墨纤维,并在过程中采用了化学亚胺化法和热处理中牵伸,制备高导热石墨烯/PI基石墨纤维。研究发现,当石墨烯添加量为2%时,PI基石墨纤维热导率达到435 W·m-1·K-1,与未添加相比,提高了16.62%。这主要是由于石墨烯的诱导取向作用。石墨烯的平面碳网结构和PI的环状结构发生强烈的π-π共轭作用使平面相互叠加。在纺丝过程的强烈剪切和拉伸作用下,片状石墨烯很容易沿纤维轴向取向,也带动PI分子沿纤维轴向有序排列。同时,石墨烯也有诱导石墨微晶结晶的作用。综上,本论文研究了化学亚胺化和热处理中的牵伸对PI基石墨纤维的微观结构和性能的影响,取得了较为积极的结果,为制备石墨微晶高度轴向择优取向的PI基石墨纤维提供了一种新方法,将对高导热PI基石墨纤维的进一步研究和发展起到推动作用。