中间相沥青基碳纤维具有高模量、高热导率、低膨胀系数等优良性能,在航天、航空、核工业等重大领域具有重要的应用价值。中间相沥青碳纤维的制备过程包括熔融纺丝、纤维预氧化、碳化及石墨化等流程。中间相沥青的结构与性质、熔融纺丝工艺是影响所制备碳纤维结构和性能的关键。因此,通过中间相沥青结构性质与纺丝工艺的控制实现对中间相沥青基碳纤维结构与性能的调控具有重要的意义。本论文采用实验室中间相沥青为原料来制备碳纤维,重点研究了喷丝孔结构、纺丝温度和中间相沥青织态结构等对碳纤维结构与性能的影响。具体研究结果如下:1.所制备的中间相沥青的中间相含量为100%,H/C原子比为0.56,灰分含量有42.31 ppm,正庚烷可溶组分占5.31%,喹啉不溶组分占40.52%,软化点为265℃左右;较佳纺丝温区为310℃-350℃。2.采用三种结构纺丝孔纺丝,进而制备出不同结构的碳纤维。小Y形纺丝孔所得最终纤维的截面结构呈径向辐射状,晶体尺寸略低,取向度最大(93.44%),导热率达到650 W/(m·K),拉伸强度为2.26 GPa;大Y形纺丝孔所得最终纤维的截面结构为中空形,石墨片层大致呈同心圆状排列,晶体尺寸在三种纤维中最大拉伸强度只有1.75 GPa,导热率为550 W/(m·K);圆形纺丝孔所得最终纤维的截面结构多呈杂乱无规则状排列结构,纤维晶体尺寸小,导热率只有460 W/(m·K),拉伸强度为2.32 GPa。小Y形纺丝孔有利于所制备的纤维的石墨微晶沿径向呈辐射状排列,容易获得高导热性能。3.采用小Y形纺丝孔在不同纺丝温度下纺丝以制备碳纤维。随着纺丝温度从315℃升高到345℃,最终所得纤维的截面依次呈现为三角形、近三角型、圆形和中空形结构。低温纺丝所得最终纤维的异形度大;320℃-340℃范围内纺丝所得纤维的截面异性度减小;纺丝温度升高到345℃后,所得最终纤维出现中空结构,异形度增加。320℃-335℃范围内纺丝所得纤维的晶体尺寸大致呈先增加后减小的趋势。在320℃时,纤维截面椭圆型,纤维片层径向排列,晶体尺寸较大,石墨化程度最高,达到76.5%,导热率最高达到650 W/(m·K),拉伸强度为2.26 GPa。4.对中间相沥青(MP)处理,得到四种不同织态结构的中间相沥青MP-1、MP-2、MP-3、MP-4,经过熔融纺丝制备碳纤维。四种中间相沥青结构依次从马赛克型、镶嵌型逐渐变为细流域流线型,晶体尺寸依次增大;其中细流域流线型的中间相沥青MP-4熔融纺丝所得最终碳纤维的微晶堆砌厚度Lc达到31.96 nm,石墨片层尺寸La为42.88 nm,石墨片层数为73.8,导热率可达到1070 W/(m·k),拉伸强度为2.92 GPa。