高比强度和导电性的碳纳米管(CNT)纤维在可穿戴电子器件和储能设备中具有广泛的应用前景，但是这些可穿戴纺织品不可避免地经历着大应变、长程应力松弛以及短程冲击的失效，研究碳纳米管纤维的韧脆转换及其应变率效应的敏感性机理对于设计新型高性能纤维类材料具有重要的意义。本文通过对碳纳米管束加捻制备出二次螺旋结构的纤维，塑性应变可达到80％。结合扫描电子显微镜(SEM)进行原位拉伸测试，系统地研究了应变率对碳纳米管纤维的应力松弛微变形行为的影响；通过对比高捻度碳纳米管纤维在应力松弛和循环加载下的失效行为，定量地分析出扭转角对纤维粘塑性应变分量的贡献关系。实验结果表明，碳纳米管纤维的应变诱导微观结构演化进程依赖于扭转角，随着扭转角的增大，碳纳米管之间的径向拉伸损伤和界面摩擦强化联合作用使得纤维的拉伸强度、断裂应变、模量对应变率更加敏感。应力松弛实验结果表明，捻角、应变率和初始应力都对松弛速率有直接影响，但是初始应力的大小对松弛速率的影响占主导地位是因为随着初始应力的增大，纤维内部碳纳米管之间的不可逆滑移量增多，塑性应变增大，导致应力松弛过程中的回弹应力降低，松弛速率加快。通过进一步考虑碳纳米管的螺旋几何形状、扭转损伤和应变率效应，建立了描述碳纳米管纤维拉伸强度的经验本构方程，并拟合高捻度碳纳米管纤维的应力松弛曲线，对比实验结果验证了本构方程的合理性。