聚丙烯腈(PAN)基碳纤维因其具有诸多优良的性能而被广泛应用于军民领域。PAN前驱体是影响碳纤维性能的关键因素之一，PAN前驱体进行改性与热稳定化行为调控一直是PAN基碳纤维高性能化的主要研究内容。在众多的改性剂中，纳米碳材料因其与碳纤维具有良好的相容性，而倍受青睐。国内外在碳纳米管改性PAN前驱体方面已经开展了大量研究工作。作为一种新型纳米碳材料，石墨烯(Gr)与氧化石墨烯(GO)为PAN前驱体改性提供了新的思路。本论文以Gr和GO为改性剂，采用溶液共混法和原位聚合法制得PAN/GO和PAN/Gr纳米复合物，再采用静电纺丝方法制得PAN/GO和PAN/Gr电纺复合纤维。通过对纳米复合物和电纺复合纤维的热稳定化行为进行深入研究，揭示了Gr和GO两种改性剂对PAN前驱体热稳定化反应及行为的影响规律。本研究主要内容包括：　　⑴采用改进的Hummers方法制备了不同尺寸的氧化石墨烯，并表征了其在不同溶剂、溶液中的分散行为。采用溶液共混法和原位聚合法制备了PAN/GO和PAN/Gr纳米复合物，并研究不同制备方法对复合的影响。采用原位聚合法可以得到PAN与GO、Gr具有良好相容性的纳米复合物。在溶液共混法制备的PAN/GO和PAN/Gr纳米复合物中，纳米填料也具有一定的分散性。　　⑵采用示差扫描热分析与热重联用仪研究了PAN/石墨烯材料复合物在不同气氛中的热行为，探讨GO尺寸、含量以及复合物制备方法对复合物热稳定化过程环化、氧化反应的影响。发现当GO（尺寸为2μm）的含量为1wt％时，GO促进了溶液共混法和原位聚合法制得复合物的环化反应，也都抑制了复合物的热稳定化反应，原位聚合法制备的复合物放热行为更为缓和。基于原位聚合法探讨GO的含量、尺寸对复合物热行为的影响，发现引入1wt％的GO（尺寸为2μm）比0.1 wt％，更能降低环化反应的起始温度、提高环化反应程度，但二者均能显著抑制复合物的氧化反应;0.5μm和2μm（引入量为0.1 wt％）的GO均能降低环化反应的起始温度、提高环化反应程度，尺寸较小的GO对热稳定化反应没有明显抑制效果。在溶液共混法和原位聚合法制备的PAN/Gr复合物中，也发现Gr的促进环化反应效果，可能与还原法制备Gr过程中仍残留大量官能团有关。但Gr的加入显著抑制了复合物的氧化反应。　　⑶采用静电纺丝方法，调整纺丝电压和接收距离，制备不同直径的PAN及PAN/GO复合物电纺纤维，比较了直径、溶剂、PAN/GO复合物制备方法对电纺纤维热行为的影响。发现直径越小的PAN电纺纤维，热稳定化反应程度越完全。采用溶液共混法制得PAN/GO复合物的电纺纤维，其环化反应行为不随GO的引入发生显著变化，但氧化反应受到抑制;采用原位聚合法制得PAN/GO复合物的电纺纤维，其环化反应因GO的引入得到促进，氧化反应行为基本不变。　　⑷采用傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射等研究PAN原丝、PAN电纺纤维及PAN恒温热处理后的结构演变，并对比PAN原丝、PAN电纺纤维、PAN/GO原位聚合复合物电纺纤维在恒温热处理过程中结构演变的差异，并分析其原因。PAN原丝的微晶尺寸远大于PAN电纺纤维，在热处理过程中，原丝的微晶尺寸持续减小，电纺纤维的微晶尺寸在迅速增大后继续减小，这一差异可能是残留溶剂的对电纺纤维结晶行为影响的结果。热处理15min后，PAN原丝、PAN电纺纤维、PAN/GO复合物电纺纤维的相对环化率分别迅速增加达到74％、72％、80％，且热处理60min时，分别为85％、82～85％、90％，预示GO不仅能够加快纤维的环化反应速率，而且提高环化程度。GO的引入有助于PAN/GO电纺纤维微晶尺寸在热处理初始阶段的迅速提高，却也使微晶尺寸在热处理中后期更快地减小，更容易发生热稳定化反应，与相对环化率的研究结果相一致。