一种聚丙烯腈基原丝预氧化和碳化的方法，针对温度区间的分布，预氧化过程进行了多段牵伸，以适应不同阶段的纤维结构转化。在预氧化初期，对于热塑性PAN原丝施加正牵伸以控制化学收缩，以保持大分子链对纤维轴的取向度；随着预氧化的不断进行，环化反应加剧，逐渐较少正牵伸的程度并逐步过渡到零牵伸及负牵伸。在预氧化后期，对纤维施加负牵伸，以控制并保持必要的化学收缩，使大分子主链结构对纤维轴的择优取向，有效提高预氧化纤维的取向度，并使得PAN原丝的线形分子链向耐热的梯形结构转化，从而实现氧的均匀扩散，增大纤维皮层比例，增加预氧化纤维的致密化程度，得到均质的预氧化纤维，改善预氧化纤维分子结构，有效提高碳纤维的力学强度。