聚丙烯腈(Polyacrylonitrile—PAN)纤维是制备高性能碳纤维的重要前驱体之一。原丝的性质对其最终产品碳纤维有着举足轻重的影响。因此，研究聚丙烯腈原丝的微观结构与其力学性能的关系，对改善碳纤维的质量和性能是至关重要的。本论文利用X—射线粉末衍射、X—射线极图、声速法、双折射法、显微红外二向色性法、扫描电子显微镜以及单丝拉伸等测试手段并结合模型及理论对具有不同拉伸倍数的聚丙烯腈原丝的微观结构与性能进行了系统的实验研究和理论预测。其结果表明：由于纤维一级牵伸的倍数十分有限，因此必须采用二级或多级牵伸使纤维具备所需要的力学性能；原丝表面存在多种形态的各种缺陷，应最大限度地减少缺陷数目和减小缺陷尺寸，这也对纺丝技术及设备也提出了更高的要求；由X—射线粉末衍射得到的两组原丝的结晶度均随拉伸倍数的增加而增加，而晶面间距没有太大变化；由声速法、双折射法、极图法和红外二向色性法测定的取向度表明原丝的取向系数均随拉伸程度的增加而提高，适当的牵伸有利于形成密实的取向结构，从而改善其力学性能，但牵伸过程中应控制一定的张力；由X—射线衍射极图测得的取向度与Crawford和Kolsky的假仿射模型有较好的吻合，同时计算得出当一级牵伸温度为50℃和二级牵伸温度为150℃时有效拉伸倍数中p和q值分别为0.49和0.98，表明高温二级牵伸对有效形变率的影响远远大于一级牵伸；原丝的拉伸模量、断裂强度等力学性能也随着拉伸倍数的增加而增加。表明纺丝过程中适度牵伸，可使原丝兼具高强度和适当弹性的特点，从而达到理想的力学性能，为制备高性能碳纤维打下基础。