碳纤维作为一种特殊纤维,除了具有高比强度、高比模量、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、导电、导热、抗辐射、良好的阻尼、减震、降噪等一系列综合性能外,还具有柔软性和可编织性,使得它广泛应用于航空航天、国防军事等高尖领域。但是普通碳纤维由于其结构中仍存在大量缺陷使其力学性能与理论预测值相差甚远。而作为具有优异光、电、磁、热、机械和化学性能的碳纳米管,由于其特殊的石墨化结构,在增强原丝以及碳纤维力学性能方面有着很好的应用。通过能够制备高性能纤维的凝胶纺丝法将碳纳米管/聚丙烯腈纺丝原液纺丝,将碳纳米管的增强作用和凝胶纺丝法相结合,期望能够寻找一条新的制备取向度高,力学性能强,结构缺陷少的聚丙烯腈原丝的途径。为制备具有良好力学性能的聚丙烯腈基碳纤维打下基础。然而,由于碳纳米管自身的不溶不熔性、易缠结团聚以及难于加工等问题,导致了在聚合物/碳纳米管复合材料中,碳纳米管在基体中出现了难于分散、无序排列、相容性与界面粘接弱的现象,削弱了碳纳米管的结构增强作用。本文首先研究了碳纳米管的表面处理方法,碳纳米管通过不同的表面处理方法在有机溶液中如DMF、DMSO和NMP中的分散性及稳定性的变化。本文研究的表面处理方法除了传统的表面羧基化处理外,还创新地通过壳聚糖衍生物处理碳纳米管获得可分散于有机溶剂的碳纳米管粉末。通过紫外-可见分光光度法测定分散液中碳纳米管浓度并建立标准浓度曲线。研究表明:通过邻苯二甲酰化壳聚糖(PhthCS)、苯甲酰化壳聚糖(BCS)和萘甲酰化壳聚糖(NCS)处理的碳纳米管相比于通过表面酸化处理以及未处理的碳纳米管,其在极性为6～10之间的溶剂的分散性和稳定性有了显著提高。微结构研究表明,通过处理,高分子量壳聚糖衍生物以薄膜包覆在碳纳米管表面,从而增加了有机相容性。通过浓度为0.5mg/mL壳聚糖衍生物溶液处理的碳纳米管具有最佳的分散效果,相比于未处理碳纳米管,其在有机溶剂中的饱和浓度由1.20mg/mL提高到1.83mg/mL。其次,通过凝胶纺丝法制备碳纳米管/聚丙烯腈原丝。研究了加入不同比例碳纳米管对纤维的力学强度的影响,同时比较了常规湿法纺丝得到的原丝纤维的力学强度。通过电镜观察和声速测定观察到碳纳米管在凝胶纺丝法制备的纤维中,分布均匀,取向程度较高。通过拉伸实验测定纤维拉伸强度、断裂伸长率以及杨氏模量;通过X射线衍射仪测定纤维结晶结构。研究结果表明:在加入碳纳米管质量分数为0.5%时,聚丙烯腈纤维具有最佳的力学性能。最后,将聚丙烯腈原丝进行预氧化和炭化,初步研究了预氧化的工艺条件,并对制得的碳纤维进行拉伸强度、微观结构测试。结果表明:加入碳纳米管能够与PAN大分子链有效结合,形成碳纤维中的碳层微纤,有效提高碳纤维的力学性能。