原丝的质量是决定碳纤维性能的关键因素，而原液及纤维的成形又是制取优质原丝的基础。原液的热力学性质及其从溶液到初生丝的转化——凝胶体的形成过程，对于原丝来说，十分重要。因此，本课题以制得孔洞少、表里结构均一的优质原丝为目的，针对PAN／DMSO／H₂O浓溶液体系热力学性质及其热致变凝胶化的机理展开了研究。首先，研究了PAN／DMSO溶液体系的热力学性质，采用实验测定和理论估算的方法获得PAN／DMSO／H₂O体系的相互作用参数，绘制了完整的PAN／DMSO／H₂O三元相图。对于PAN／DMSO溶液体系热力学研究表明：通过平衡溶胀法实验测定出了H₂O与PAN的相互作用参数g₁₃为1.99；在H₂O／DMSO体系的相互作用参数g₁₂与DMSO的体积分数Φ₂的关系中，g₁₂始终小于0，H₂O和DMSO之间的相互作用较强；从H₂O／DMSO／PAN体系的三元相图中可知，双节线十分靠近PAN-DMSO轴，这说明了原液稍有水，就能使原液发生相分离。接着，研究了PAN／DMSO／H₂O三元体系溶液性质，通过稳态流变和动态流变两种测试方法，分析了纺丝原液的流变性能，初步得出了非溶剂添加剂在聚合物溶液凝固成形中的作用，以及原液在各不同含水量下的凝胶点。对于PAN／DMSO／H₂O三元体系溶液性质研究表明：水的加对于PAN／DMSO／H₂O三元体系溶液性质研究表明：水的加入会同时改变PAN纺丝溶液体系的热力学性质和纺丝溶液中的PAN分子链的构象。在稳态流变测试中，纺丝原液无论是加水还是不加水，都表现出明显的切力变稀现象，在较低的剪切速率下，随温度的升高，流动曲线下移；在动态流变测试中，PAN溶液的粘度随着含水量的增加，先降低后增加，凝胶点的温度随着含水量的增加而减小。最后，研究了PAN凝胶纺凝固成型机理、水在纤维成型中的作用，以及水对纤维结构性能方面的影响。采用了热台偏光显微镜、SEM、膨润度、溶解速度以及DSC对不同条件下制得的纤维进行测试和表征，通过干湿纺与凝胶纺的比较，揭示了凝胶纺纤维成形机理。对于PAN凝胶纺凝固成型机理等研究表明：凝胶纺和干湿纺的区别在于：凝胶纺所使用的凝固浴温度比干湿纺低，原因是采用干湿纺时，丝条在凝固浴中既发生物质交换又发生热交换，而采用凝胶纺时，丝条在凝固浴中，只发生热交换，不发生物质交换。采取凝胶纺所得的纤维与干湿纺所得的纤维相比，前者纤维的横截面明显比后者纤维的横截面圆；采用溶解速度比来表征纤维的皮芯结构，得出的结论是通过凝胶纺所获得的纤维，孔洞更小、更为均一。