碳纤维是以其具有高比强度、高比模量等优异性能而被广泛关注和使用的。碳纤维强度和模量的提高一直是围绕碳纤维研究的焦点。碳纤维结构致密程度会直接影响碳纤维强度及模量，而预氧纤维结构是碳纤维致密结构形成的结构基础。不同预氧纤维结构在炭化过程中经裂解、重排作用形成致密度不同的碳纤维结构。因此，研究预氧结构与碳纤维致密结构之间的关联关系具有十分重要的指导意义。本文采用差示扫描量热分析仪(DSC)分析预氧纤维的环化程度，并以此表征预氧纤维的预氧化程度；采用元素分析仪(EA)分析不同样品中C、H、N、O四种元素的百分比含量；采用热失重分析仪(TG)模拟预氧纤维的炭化过程，分析纤维在炭化过程中质量变化，研究纤维的热稳定性；采用固体13C-NMR及XPS分析预氧纤维存在的官能团及其相对含量；采用拉曼光谱仪、X射线衍射仪以及密度梯度管三种测试仪器表征碳纤维的结构变化。将预氧纤维的结构变化与相应碳纤维的结构关联对比后，研究、建立两者之间的关系。研究结果表明：1.预氧纤维结构中存在对碳纤维致密结构产生影响的特征预氧结构：芳香碳结构、亚腈基结构和羰基结构。芳香碳结构和亚腈基结构统称为特征环化结构，羰基结构为特征含氧结构。2.特征环化结构对碳纤维致密结构的形成存在正效应，特征含氧结构对碳纤维致密结构的形成存在负效应。3.特征环化结构的正效应可抵消特征含氧结构的负效应。4.预氧纤维中特征环化结构越多，预氧纤维热稳定性越好，在炭化过程中纤维失重越小，其相应碳纤维结构缺陷越少，结构致密性越高，碳纤维体密度越高。预氧纤维中特征含氧结构越多，预氧纤维热稳定性越差，在炭化过程中纤维失重越大，其相应碳纤维结构缺陷越多，结构致密性越低，碳纤维体密度越低。5.当控制预氧纤维中氧含量保持不变时，碳纤维体密度随预氧纤维环化度升高而升高；当预氧纤维中环化度保持不变时，碳纤维体密度随预氧纤维氧含量的增加而减小。