预氧化过程中PAN纤维会形成皮芯结构,这种径向结构差异性会导致最终碳纤维的结构缺陷进而影响力学性能。现在普遍的观点认为PAN纤维发生环化反应导致表层结构致密,阻碍空气中氧分子向纤维内部扩散,导致纤维内部预氧化程度较低。众多学者根据此观点提出一系列改进方案希望可以消除预氧化过程中形成的皮芯结构。本论文根据预氧化行为特征的研究分析,对普遍认同的物理阻隔的观点提出质疑,并通过对PAN纤维环化结构及其氧化行为的研究,提出了环化结构发生的氧化反应是导致纤维径向结构不均匀的主要原因。研究结果表明：1.预氧化过程中,PAN纤维径向结构不均匀的原因是由于含氧结构在径向方向上分布不均匀；而含氧结构的不均匀是由于环化结构形成后会立即发生氧化反应,从而导致表层含氧结构比芯部多。2.随着热处理温度的升高,亚胺结构含量逐渐升高,升高到一定程度后呈现下降趋势；共轭结构和烯胺结构含量会随着温度的升高而不断增加。3.在同一热处理温度下,纤维不会随着时间的延长而发生新的化学反应,其时间特征主要是某一温度下化学反应程度的加深。4.PAN纤维热处理过程中形成的烯胺结构最易被氧化,生成了显色的含氧结构,导致纤维中径向方向上颜色的差异。5.预氧化过程中PAN纤维径向结构的形成机制：预氧化过程中,PAN纤维中形成烯胺结构后会马上发生氧化反应,氧化反应发生的同时,新的烯胺结构继续生成又继续被氧化；纤维表层的烯胺结构不断与氧发生反应,导致扩散到纤维内部的氧较少,从而形成内部预氧化程度较低的不均匀的径向结构。