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聚丙烯腈(PAN)是一种重要的纤维和膜材料，中等亲水，具有良好的化学稳定性，耐酸、耐一般有机试剂，同时还具有良好耐日光和耐细菌侵蚀性。在前人研究的基础上，本论文通过研究PAN溶胶凝胶过程，提出了新的PAN致密膜的制备方法，研究成果可对高性能碳纤维用PAN致密纤维的制备提供指导；表征了湿法纺丝制得的PAN纤维转变为碳纤维过程中微结构的演变；通过加入致孔剂及控制成膜条件制备了表面具有特殊孔结构的PAN多孔膜；通过静电纺丝一步法制备了PAN多孔纤维；另外，提出了一种以木棉为模板制备了木棉-聚丙烯腈复合中空纤维的方法，并探索了其应用。主要研究内容如下：
1．聚丙烯腈致密膜的制备
我们采用低温预凝胶法和以有机醇为凝固浴两种方法分别制得了PAN致密膜。低温预凝胶法制备PAN膜时，发现所得膜结构主要受凝固浴温度影响，凝固浴温度越高，越易在低凝固浓度下得到PAN致密膜。尝试4种有机醇即醇-1、醇-2、醇-3、醇-4为一级凝固浴，60 wt％ DMSO水溶液为二级凝固浴均可以得到结构较为致密的PAN膜。将以纯水、60 wt% DMSO、醇-1为凝固浴制备的PAN膜与40℃加热烘干制膜液制备的PAN膜进行比较，发现所得膜的致密度依次升高，力学强度也随之升高，但醇-1为凝固浴时所得PAN膜的断裂伸长率要大于40℃加热制得的PAN膜。若提高制膜液浓度及降低刮膜厚度，可进一步提高有机醇为凝固浴时所得膜的致密度。
2．聚丙烯腈纤维预氧化碳化过程中的结构演变
碳纤维内微缺陷的存在是其强度降低的重要原因，小角X射线散射(SAXS)是一种表征材料内2-100 nm微缺陷的有效测试手段。我们利用小角X射线散射/广角X射线衍射技术(WAXD)，并结合传统的表征技术如红外光谱、拉曼光谱等对PAN纤维在预氧化碳化过程中纤维内微缺陷、晶体结构及化学结构的变化进行了详细的表征。结果表明：纤维内微缺陷、晶体结构、化学结构的变化存在一定相关性；红外和拉曼光谱显示，230℃和253℃是预氧化过程中的两个关键温度点：前者是纤维结构开始明显转变点，后者是一系列的物理化学变化剧烈发生点；而SAXS/WAXD结果显示：230℃时，PAN的晶体结构开始被破坏，而253℃时，PAN晶体结构与芳香梯形结构共存使纤维内微缺陷的长度、直径、取向角达到一极大值。PAN原丝内微缺陷的体积含量最低，在预氧化过程中随温度的升高微缺陷的体积含量逐渐升高，所得碳纤维内微缺陷体积含量是所有样品中最高，但其微缺陷的长径比也是最高的，即为针状孔结构，碳纤维的强度主要来源于乱层石墨结构。
3．聚丙烯腈多孔膜的制备
以聚乙烯吡咯烷酮(PVP) K30为添加剂，玻璃板为支撑材料，在合适的PAN浓度和PVP K30浓度下，PAN/PVP K30/DMF制膜液在有机醇或60 wt%DMF的凝固浴中凝固成形，可制得表面具有多级孔结构的PAN膜；另外，在合适的PAN浓度和PVP浓度下，PAN/PVP K30/DMSO制膜液先进行低温处理再放入纯水中凝固成形，可制备表面具有特殊结构的多孔膜。这两种多孔膜在酶固定化、细胞培养等方面具有潜在的应用。
4．聚丙烯腈多孔纤维的制备
静电纺丝法制备多孔PAN纤维一般分为两步，即先将PAN与一不相容组分共溶在同一溶剂中进行电纺，然后选择性除去电纺纤维中的相分离组分。在此，我们发现当PAN/DMF/H20三元体系组成接近其“浊点”时，通过静电纺丝可直接制备出具有高比表面积的多孔 PAN纤维，其机理在于非溶剂导致的旋节相分离，为类似PAN的强极性聚合物提供了一种简便制备多孔纤维的方法。
5．聚丙烯腈复合中空纤维的制备及应用
木棉纤维具有天然的大中空微管结构，将其作模板通过丙烯腈原位聚合沉积制备了木棉-PAN复合中空纤维。将该复合中空纤维在高温惰性气氛下碳化，可制得碳微管；将该复合中空纤维作为催化剂载体负载金纳米粒子催化硼氢化钠还原对硝基酚的反应，结果表明该复合催化剂具有较高的催化活性和可再利用性。