碳纤维之所以具有优异的力学性能是源于其类石墨层面沿纤维轴高度取向。牵伸是提高纤维物理—机械性能的必不可少的手段。在牵伸过程中,纤维的大分子链或聚集态结构单元发生舒展,并沿纤维轴向排列取向。在取向的同时,通常伴随着密度、结晶度等其他结构特征的变化,以及热化学行为的变化。本课题采用新型流动水浴收集方式在最优化纺丝工艺条件下(纺丝液浓度16wt.%,喷丝孔径1 mm,电压25 KV,喷丝距离13 cm)制备出连续单向排列、单丝间粘连少的静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米初生纤维,并研究了水浴温度对纤维性能的影响,确定了本实验所需的最佳水浴温度。将传统纺丝预牵伸过程应用到静电纺纳米纤维制备过程中,将水浴收集式纳米初生纤维在沸水浴中牵伸至原长不同倍数。利用扫描电子显微镜(SEM)、沸水收缩率、溶剂残余率、广角X射线衍射(WAXD)、差示扫描量热法(DSC)等研究了牵伸前后纤维在聚集态结构以及热性能方面的差异,以及牵伸对其聚集态结构和热性能的影响,并将其与相同收集速度和电纺工艺条件下制备的辊筒收集式电纺初生纤维加以对比。此外,课题还对牵伸对纳米纤维预氧化产生的影响进行了初步的讨论。研究表明：(1)低温水浴对于制备表面光滑,缺陷少,直径分布均匀,晶粒完善的纤维束具有重要意义；此外,还可改善纤维的热性能。(2)与相同收集速度和电纺工艺条件下制备的辊筒收集式电纺初生纤维相比,水浴收集式电纺初生纤维束中纤维的单向有序度较高,单纤维间粘连点较少；且牵伸应力能较有效地作用于连续水浴收集式电纺纤维本体。(3)预牵伸能促进纳米纤维细旦化,改善电纺PAN纳米初生纤维的聚集态结构。(4)经相同牵伸工艺处理时,水浴收集式电纺初生纤维可牵伸4倍,形变速率缓慢增加,直径下降幅度为44.1%;而辊筒收集式电纺初生纤维仅能牵伸3倍,形变速率急剧增大,直径下降幅度仅为14.4%。(5)水浴收集式电纺初生纤维牵伸至原长4倍后,取向度fc为0.82(增幅100%),结晶度Xc为73.5%(增幅72%),达到英国Courtaulds公司生产商用牵伸约8倍的微米级SAF纤维的水平。(6)预牵伸能促进电纺纳米纤维氰基环化,改善电纺纳米纤维的热性能。随着牵伸倍数的增大,水浴收集式电纺纤维的热化学反应放热峰不断向低温区移动,放热区间变宽,放热量增大,放热速率减小,表观活化能Ek减小；其预氧化产物的芳构化指数和环化度增大,氧元素含量及密度均增大。本研究对于纳米纤维预氧化过程的工艺控制及后续纳米碳纤维的制备提供了基础数据。