聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）属于刚性棒状聚合物,具有优异的力学性能、耐热性及阻燃性。但PBO纤维存在紫外光耐受性差、压缩强度低、与树脂的界面结合性能不佳等问题,严重限制了其长期使用,并阻碍其在复合材料领域的应用。此外,多项研究表明,由于具有高热稳定性、易石墨化等特点,PBO可以作为石墨纤维前驱体的新选择。本课题首先通过热处理制备具有皮芯结构的PBO纤维,皮层化学结构的转变能够大幅提升其耐紫外老化性能,并改善其压缩强度、界面剪切强度,以期能够促进PBO在高性能纤维及其复合材料领域的应用,并增强其性能稳定性。通过更高温度的石墨化处理促使PBO转化为高取向的石墨微晶并与高性能聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）相结合,本文获得了具有高导热、高强高模特性的PBO/PAN复合基碳纤维。制备复合基碳纤维的策略同时解决了PBO-CF力学性能较差和PAN基碳纤维导热性能较低的问题,满足了航空航天领域对兼具高导热和优异力学性能的新型碳纤维及其复合材料的需求,并为高导热高性能复合材料的制备奠定了材料基础。基于对PBO热分解过程中结构演变的探究,通过略低于其分解温度下（630～650℃）的热处理和轴向牵伸诱导PBO纤维内部结构转变,从而在保证PBO纤维具有优异力学性能的同时,赋予其紫色的保护性热氧化外壳。化学结构表征结果显示,热氧化外壳中与苯环共轭的噁唑环转化为非共轭六元环结构。因此,热处理后PBO纤维（命名为PBO-HT）在紫外光波段吸光度明显降低,可见光波段吸光度则大幅增强。PBO-HT纤维在800 h紫外光老化后拉伸强度保持率仍能达到90%以上;与之相比,800 h紫外光老化后未经热处理的PBO纤维拉伸强度降至49.81%。因此,热处理诱导的外层结构转化能够赋予PBO纤维显著提升的耐紫外光老化性能。与此同时,PBO-HT纤维皮芯结构的产生和微纤结构的减少使其抗压缩性能显著提高,轴向压缩强度最高可达1.74 GPa,与未处理PBO纤维相比提高74%;而PBO-HT纤维的拉伸模量由于热处理诱导的PBO大分子取向增大至221 GPa,为未处理PBO纤维的133%。此外,热处理温度的升高有利于PBO-HT纤维表面刻蚀的加深及其表面活性基团的增加,进而有利于其界面剪切性能的改善,热处理PBO-HT纤维的最高界面剪切强度达到46.91 MPa,提升率为64%。该方法具有成本低、耗时短及易于产业化等优势,是极具潜力的PBO纤维改性方式,具有非常大的实用价值。对PBO石墨化结构演化的研究表明,2000℃以上高温热处理后PBO可转化为高取向的石墨微晶,这是高导热碳纤维的重要结构基础。目前商业化碳纤维的前驱体主要选用聚丙烯腈（PAN）,但PAN属于较难石墨化材料,因此高温处理后导热性能不够理想,基于此,本课题通过使用更易石墨化的PBO与PANCF复合再石墨化的方式制备了同轴的PBO/PAN复合基碳纤维（命名为PAN/PBO-CF）。研究结果表明,高结晶度PBO层的引入能够有效修复碳纤维的表面缺陷,其共轭主链能诱导石墨化过程中PBO衍生石墨的结晶和取向,这与其均有很大程度提高的径向和轴向导热性能一致。导热性能表征结果表明,PAN/PBO-CF纤维的轴向导热系数高达102.37 W/（m·K）,且其理论径向导热系数为6.29 W/（m·K）,相较于PAN-CF分别提高44%和56%。本项工作中PBO衍生石墨层在碳纤维表面的接枝厚度有限,这是限制碳纤维复合材料厚度方向导热性能提高的重要因素,因此PAN/PBO-CF环氧树脂复合材料的全厚度导热系数最高仅为2.54 W/（m·K）。为进一步提升复合材料的厚度方向导热系数,本研究在增大PBO层接枝厚度的基础上进一步构建了混合三维导热结构。首先,采用电沉积的方式在PANCF上均匀沉积Ni/CNT交联网络,以便引入具有足够厚度的PBO层;再通过在PAN-CF表面引入三维取向的PBO/GO大片层,并石墨化后获得三维取向的PBO石墨片层,从而构建了具有三维导热结构的新型碳纤维（命名为CNC@PGG）。扫描电子显微镜（SEM）图像清楚展示了PAN-CF表面沉积的Ni/CNT网络和碳纤维单丝间垂直的大尺寸石墨桥联结构,这有望在碳纤维间提供更多热传导途径,提高复合材料厚度方向的声子传输效率。复合材料的导热表征结果显示,2100℃石墨化处理的CNC@PG-G轴向导热系数提高至127.19 W/（m·K）,且其理论径向导热系数高达66.57 W/（m·K）。此外,碳纤维间更易形成连续的导热通路,当复合材料内碳纤维体积分数达到55%时,CNC@PG-G复合材料的全厚度导热系数高达5.39 W/（m·K）,与PAN-CF复合材料（0.94 W/（m·K））相比提高573%。红外热图像也充分证明了该复合材料显著提高的吸热、散热能力。