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随着宇航科技的发展,航天飞行器热控系统的电子设备趋于小型化、多功能化、运行高效化,使得电子器件的高功率密度特征越来越明显,由此而产生的大量的热量严重影响到电子设备的工作稳定性和安全可靠性。为了满足高功率器件的散热需求,轻质、具有良好机械性能的高导热材料越来越受到关注。聚酰亚胺(PI)分子中含有大量的平面型芳杂环结构,其薄膜经石墨化后可获得热导率高达1800W.m-1·K-1的石墨薄膜,远高于铜的398 W·m-1.K-1。因此从理论上,具有相同分子结构的PI纤维也很可能获得高导热的PI基石墨纤维。然而PI纤维的制备较困难,并且其力学性能远低于理论水平。这主要是因为P1分子链沿纤维轴向的择优取向较低。这与其溶液纺丝、热处理工艺密切相关。聚酰胺酸(PAA)纺丝过程中,牵伸作用使得PAA分子沿轴向择优取向,然后在热亚胺化和碳化过程中,由于分子热运动易产生解取向,所以,本论文针对此进行改进,以期获得高导热PI基石墨纤维。石墨烯作为一种新型的碳材料,是一种性能极佳的增强材料,有着极高的力学强度、热导率和电导率。而且,其前驱体氧化石墨烯(GO)的层间及层片边缘含有很多的含氧官能团,使其更容易分散在有机溶剂中,本论文将GO掺杂到PAA中,在纺丝过程中,GO的片层结构可诱导PAA分子沿轴向取向,在亚胺化和碳化过程中抑制纤维的解取向,并作为石墨微晶晶核促进纤维的碳化和石墨化,从而获得目标材料。首先制备PAA和GO/PAA纺丝液。将均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4’-二氨基二苯醚(ODA)按摩尔比为1.02：1在溶剂N,N’-二甲基乙酰胺(DMAc)中进行低温缩聚反应,反应在在惰性气氛保护下进行,获得12%固含量的PAA纺丝液。原位聚合法制备GO/PAA纺丝液的过程：利用改性的Hummers法制备GO,将GO超声分散在极性溶剂DMAc中,然后依次加入ODA和PMDA进行低温缩聚反应,获得不同GO掺杂量的GO/PAA纺丝液。通过干喷湿纺的纺丝方法制备了PI纤维,探讨了制备高质量PI纤维的工艺条件。研究结果为最佳纺丝温度在25-30℃之间,凝固浴的比例V水：V乙醇=9：1,凝固时间3min,牵伸速率为32m/min获得PAA纤维,然后热亚胺化处理,100℃、200℃、300℃C分别处理1h,350℃处理30min,获得拉伸强度达1.2GPa、结构致密的PI纤维。通过原位聚合法制备了GO/PI复合纤维,考察了GO掺杂量对复合纤维结构和性能的影响。通过XRD分析,纯PI纤维为半结晶态结构,掺杂GO后的复合纤维有向晶态转变的趋势。通过氧气氛围和惰性氛围的TG和DSC分析,当GO掺杂量为1.0wt%时,复合纤维的热特征温度Td-s和Td10(分别为质量损失5%和10%时的温度)比纯PI纤维分别提高了近40℃℃,说明其耐热性增强。1.0wt%GO掺杂量的复合纤维的热分解温度达到了636℃,相比于纯PI纤维提高了76℃,说明其热稳定性能提高。通过力学性能测试和SEM观察,GO掺杂量为0.3wt%的复合纤维的力学性能提高了8.3%,复合纤维结构更加致密、平整。制备了石墨烯／聚酰亚胺复合炭纤维,借助于XRD、Raman、力学性能、传导性能等分析测试方法,考察了石墨烯掺杂量对复合炭纤维结构和性能的影响。结果表明,随着GO掺杂量的增加及碳化温度的提高,纤维的石墨化度提高,晶粒尺寸增加,当GO掺杂量为2.0wt%时,La和Lc分别为13.47nm和29.19nm,表明石墨结构更加完善。当GO掺杂量为0.3wt%时,1000℃℃碳化的复合碳纤维的力学性能提高了67.7%。GO掺杂量为2.0wt%的复合石墨纤维的传导性能为435.57 W.m-1·K-1,比纯的聚酰亚胺基碳纤维提高了40%,有优良的导热潜力。GO掺杂的复合石墨纤维的取向度较PI基石墨纤维提高了4.6°,说明石墨烯可诱导纤维取向,作为石墨微晶晶核促进了PI纤维碳化和石墨化的进行。