炭纤维具有优异的性能,在结构材料、功能材料等领域都具有广阔的应用前景。炭纤维的生产工艺影响纤维的性能和结构,具有非常重要的研究意义,同时,纤维性能的精确表征也是一个关键的问题,只有了解纤维的真实性能,才能对纤维的生产工艺做出合理评价,才能有目的、有计划地指导工艺的改进,提高效率。本文从性能测试方法、拉伸断裂机理和断裂行为三个不同的角度对沥青炭纤维的单丝拉伸性能进行研究,通过扫描电子显微镜研究单丝纤维截面尺寸测量方法,并观察炭纤维单丝拉伸断面,分析其断裂机理,同时,利用超高速相机拍摄炭纤维单丝拉伸断裂过程,分析其断裂模式,三者递进、有序、系统的对实验室制备炭纤维和工业炭纤维产品的单丝拉伸性能进行了深入研究。通过扫描电子显微镜研究纤维单丝截面尺寸时发现,纤维轴相对于电子束的偏转角度、纤维的截面形状等因素对其截面尺寸的准确测量有较大影响。当纤维轴向平行于电子束方向时,面积法是一种较优良的方法,适用于测量各种截面形状的纤维尺寸,多向直径法适用于测量圆形截面或椭圆率小于1.5的椭圆截面;当纤维轴与电子束方向不平行时,面积法和多向直径法受纤维偏转角度影响较大,测量数据不准确,离散性也较大。单向直径法则受纤维偏转影响较小,测量数据较可靠,但仅适用于测量圆形截面,圆度越高,测量结果越准确、可靠。在研究纤维性能基础上,研究类花瓣状纤维的断面形貌与强度。类花瓣状中间相纤维的断面主要分为平整型断面和起伏型断面两类,前者对应平均强度较低,后者对应平均强度较高。不加膜拉伸试样的断面形貌出现一种呈现类似波浪形状起伏的特征,在加膜试样中未出现;加膜样品中出现一种沿中心花瓣状起伏较剧烈的断面,与这类纤维中微晶取向有关,可能是比较特殊的断面形貌。在超高速相机观察纤维拉伸断裂行为过程中,发现工业纤维较均匀,在不同长度下拉伸断裂行为较相似,其中,碳化硅纤维和PE纤维主要分为波浪状回弹行为和线性回弹行为,玻璃纤维则观察到无碎片回弹行为和有碎片回弹行为。在实验室制备的4批中间相沥青纤维中,洋葱皮状纤维、无规状纤维和类花瓣状纤维的拉伸断裂行为在20mm测试长度时整体呈现波浪状回弹行为,波浪形态均不规则,二次断裂现象较明显,10mm测试长度时可分为无碎片回弹行为和有碎片回弹行为;放射状纤维与其他三种纤维存在差异,20mm测试长度时可分为波浪状回弹行为和线性回弹行为,10mm测试长度时也分为无碎片回弹行为和有碎片回弹行为。放射状纤维直径与其他三种纤维直径差异较大,与碳化硅纤维和PE纤维接近,这可能是影响放射状纤维20mm断裂行为的一个因素。