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聚丙烯腈(PAN)原纤、原丝、预氧纤维到碳纤维的结构逐步形成、演变,与其在制备过程所经历的外场环境有关,其微观结构影响碳纤维的宏观性能。结晶结构作为PAN纤维多级结构的一种,其形成及对纤维性能及后续反应的影响,是一直受到关注的研究课题。PAN原丝的结晶度和晶粒尺寸与纺丝工艺相关,本文通过改变成型、成纤条件,获得不同晶态结构特点的PAN原丝并对其进行预氧化处理,采用XRD衍射表征PAN纤维的结晶度和晶粒尺寸,体密度和扫描电子显微镜表征PAN纤维的形态结构,红外光谱法表征PAN纤维的化学结构,紫外光谱法表征PAN纤维的溶解性,DSC表征PAN纤维的热性能,万能材料试验机测试PAN原丝的应力-应变曲线。通过研究成纤过程形成的不同特点的PAN原丝晶态结构及对原丝性能的影响、对预氧化结构的影响,最终揭示PAN成纤条件与原丝晶态结构及预氧化进程的相关性。研究结果表明：1、聚丙烯腈浓溶液通过传热与传质发生相分离形成聚丙烯腈纤维。低温凝固成纤以传热为主,形成的初级凝胶网络结构物理交联点多,PAN纤维结晶度较大,晶粒尺寸较小；高温凝固成纤以传质为主,凝固剂水的扩散力使得PAN纤维结晶度较小,晶粒尺寸较大。受热力耦合作用,一级牵伸提高,PAN纤维结晶度增大,但由于一级牵伸的温度相对较低,晶粒尺寸增长甚微。总牵伸一定,一二级牵伸匹配不同,结晶度变化不大,但随着二级牵伸倍数的增大,受高温和小分子增塑作用影响,晶粒尺寸增长明显。2、PAN原丝的结晶结构影响原丝的性能：结晶度小的PAN原丝,由于其结构对链段的束缚力较小,随应力的增大,应变较大；结构疏松,体密度较小,易于溶解；有利于氧的扩散,促进环化反应和初期氧化反应,预氧化反应程度较高；在60℃-160℃的温度区间,由于非晶区向晶区的转变较多,热焓值较大。晶粒尺寸小的PAN原丝,随应力的增大,应变较大。3、PAN原丝的结晶结构影响预氧化反应及预氧化进程：结晶度小的PAN原丝在预氧化进程中,每个阶段的PAN纤维相对环化率和芳构化指数都较高,其总体放热量较低,反应缓和。结晶度相差不大而晶粒尺寸大的PAN原丝,相对环化率较小,芳构化指数变化不大,其总体放热量较低,反应缓和。原丝结晶度的差异对预氧化过程中晶粒尺寸的变化起决定性作用,结晶度大的PAN原丝到预氧化后期还能保持较大的晶粒尺寸通过以上研究,揭示了PAN成纤—晶态结构—预氧化结构的相关性。