由于碳纤维具有高比模、高比强、耐高温、耐化学腐蚀等性能,被广泛应用于工业品和商品等领域。目前碳纤维的基体主要有聚丙烯腈(PAN)、沥青、黏胶、木质纤维等,这些原料经过预氧化、碳化、石墨化等处理工艺,制备成各种碳纤维。碳纤维的结构和性能取决于纤维基体的组成和加工过程,所以寻找更适合于制备碳纤维的基体、提高加工技术水平是碳纤维的主要研究方向。聚酰亚胺纤维集良好的机械性能、高的介电性能、良好的耐高低温性能、耐紫外性能、耐腐蚀性能和尺寸稳定性能于一体,是高性能有机纤维家族中的重要一员,可广泛应用于航空航天、国防军工、机械化工、节能环保和原子能工业等重要领域。本课题以开发新型碳纤维为目的,利用PI含有丰富的芳杂环结构、化学结构变化的多样性及高含碳量的特点,提出以PI纤维为基体制备碳纤维,丰富高性能碳纤维的制备原料。在本课题的研发过程中,首先制备出用湿法纺丝技术制备了PMDA/ODA和BPDA/p-PDA/ODA不同体系的聚酰亚胺纤维。采用SEM观察PI纤维表面与断面形貌发现,两种纤维表面均较光滑,没有孔洞结构,纤维表现出高的韧性反映其具有高的拉伸强度；采用TG和DSC分析PI纤维的热性能。可知在空气中的氧气对纤维的分解起到一定的促进作用,而在惰性气体条件下纤维会发生分子链的分解与重组,这为PI纤维预处理研究和高温氮气中碳化提供了依据。其次,将两种聚酰亚胺纤维分别在空气和氮气气氛下进行400-550℃预处理,利用TG分析表征其500-600℃时最大质量损失及800℃时剩余质量。选用使500-600℃之间最大质量损失减小和800℃剩余质量变大的条件为最佳预处理条件。对于PMDA/ODA体系,最佳预处理条件是在空气中400℃处理1h；对于BPB体系,最佳预处理条件是在氮气中550℃处理1h。最后,将经最佳预处理条件处理的两种聚酰亚胺纤维经过高温碳化。以最适宜的升温速率10℃/min和末态保温时间60min条件将纤维分别热处理至600、800、1000、1200和1400℃。随着温度的升高,纤维碳收率降低,直径变小。红外谱图显示当温度升至700℃时生成新亚胺腈基的吸收峰,随着温度进一步升高,1595处的峰趋于平台说明结构中芳环的增长。XRD曲线可知随着温度的升高,碳材料(002)衍射角随温度升高而变大,晶面间距减小,也就是说碳层堆叠越来越致密。且BPB体系较PMDA/ODA体系有着更小的质量损失,更大的(002)衍射角和更小的晶面间距,即BPB体系更容易被碳化得到较完善的碳结构。对PMDA/ODA体系碳化纤维进行拉曼测试可知随着温度的升高碳材料的石墨化程度随着温度升高而变大。并对其进行XPS测试,在800℃时,氮元素结合状态不只有吡咯氮,同时也有吡啶氮的存在。当温度长至1000℃时,吡啶氮的含量进一步上升,而吡咯氮的含量减小。最后,利用上述一系列测试推导PMDA/ODA碳化机理。