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PAN基电纺纳米原丝是制备高性能碳纳米纤维的重要前驱体。电纺原丝在湿热饱和水蒸汽氛围中牵伸时,分子链充分舒展,并沿纤维轴向紧密排列,使原丝的晶态结构更加完善。不同晶态结构原丝直接决定着碳纳米纤维的宏观性能。因此电纺原丝晶态结构的形成和对后续预氧化纤维及碳纤维结构的影响具有重要的研究意义。采用前期实验中探索得到的最优静电纺丝和蒸汽牵伸工艺制备得到连续且单向排列的电纺原丝,并通过调整初生纳米纤维的蒸汽牵伸倍数得到一系列不同的电纺原丝。表征了不同蒸汽牵伸原丝的表面形貌(SEM)、密度及晶态结构参数(WASD)作为后续研究的基础。同时以电纺碳纤维的结构性能为评价标准,探索出了区别传统预氧化工艺的短时高温预氧化条件,并选用其中较好的预氧化工艺(240、260、274、280℃,每个温区5min)。使用差示扫描量热法(DSC)、红外光谱分析(FT-IR)和元素分析考察了不同晶态结构的纳米原丝样品的放热特点及预氧化过程中的环化度、氧含量和密度变化。并将样品制备得到碳纳米纤维通过广角X射线衍射(WASD)、拉曼光谱及密度测试进行表征,讨论其关联性。研究表明：(1)蒸汽牵伸能够有效的降低直径(最大降幅49.0%),减少初生纤维内部孔洞,使原丝密度提高。WASD结果表明蒸汽牵伸工艺的施加有利于电纺纤维聚集态结构的改善,使电纺纤维的取向度(增幅61.4%)、结晶度(增幅84.3%)和晶粒尺寸(增幅215.0%)都有明显提高。而在3.5倍牵伸的情况下,取向度有所下降,表现出过度牵伸的迹象。(2)探索出短时高温的预氧化工艺流程,相比传统预氧化工艺时间缩短50%以上,其中较好的工艺条件为240、260、274、280℃,每个温区均为5min。最终制备得到的碳纳米纤维密度为1.7623g·cm-3。(3)不同结晶结构纳米原丝的DSC曲线表明,随着原丝内部晶态结构的完善,预氧化过程终止温度前移,放热量增加,放热峰更加尖锐。环化反应中原丝内规则有序的晶态结构有利于耐热梯形结构的形成,最终实现较高的环化度。氧含量变化表现出受原丝晶态结构和直径的协同影响,大体上随着原丝内晶态结构的完善其最终氧含量值较低。密度变化为环化和氧化反应综合作用的表现。(4)电纺PAN基碳纤维的表征结果表明,3倍牵伸的纳米原丝在同样的预氧化、碳化条件下可以获得结构致密,石墨微晶完善的碳纳米纤维。