碳纤维环氧树脂复合材料是由纤维、基体和界面层三部分组成的一种新型材料，由于其低密度、高比强度、高比模量、耐热及稳定的物理化学性质等特点，在航空航天、现代化国防、医疗和建筑等领域得到广泛的应用。然而在碳纤维环氧树脂复合材料丝线制备过程中，碳纤维、树脂粘度、固化条件、缠绕张紧力和缠绕丝线结构等因素都影响碳纤维丝线材料的性能。

　　在碳纤维环氧树脂复合材料制备过程中，很少有学者对碳纤维丝缠绕拉力进行详细研究。本文针对碳纤维复合材料制备过程中不同缠绕拉力，对材料特性的影响进行了试验研究，以便确定最佳缠绕拉力，提高复合材料的性能。

　　试验采用T700碳纤维丝束与环氧树脂，把卷筒碳纤维安装在自动绕线机机架上，再将碳纤维丝通过树脂槽：向树脂槽内注入环氧树脂；使用拉力延伸计对碳纤维丝缠绕拉力进行设定；使碳纤维通过环氧树脂槽，在自动绕线机的矩形支架上进行缠绕。完成缠绕之后，将缠绕的碳纤维矩形支架放置高温箱中旋转支架上进行循环加热固化；固化之后，用粘结剂加固夹片制作试样。

　　把固化好后的缠绕架上的碳纤维环氧树脂复合材料丝分为4组，每相邻3圈碳纤维复合材料丝作为一组，对每组中碳纤维环氧树脂复合材料丝进行试验。每次试验控制碳纤维丝缠绕拉力，缠绕拉力分布为15、30、44、59、78、90N。将试样夹固在拉伸试验机的拉伸头处，加载从试样开始到断裂结束，拉伸试验机加载速度控制为1.0mm/min，延伸范围为50mm，最后测试应力应变曲线。

　　缠绕架不同位置处的碳纤维样本在同一缠绕拉力作用下所测的拉伸模量基本相近。这是由于在碳纤维丝刚开始缠绕时，开始阶段施加的缠绕拉力处于非稳定状态，使得碳纤维丝在缠绕过程开始阶段受力不均匀，导致材料拉伸模量稍微偏大。在缠绕拉力不断增加的过程中，材料拉伸模量先降低再升高。当缠绕拉力为44N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的模量最低；当缠绕拉力为78N和90N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的模量最高。但78N和90N时，材料的拉伸模量一致，这是由于缠绕张力越大，碳纤维丝与缠绕支架和树脂槽喷嘴处的摩擦力增大，导致在缠绕过程中碳纤维丝结构受损，材料的拉伸模量降低。

　　缠绕架不同位置处的碳纤维样本在同一缠绕拉力作用下所测的拉伸强度基本相近。说明在不同位置处的样本的拉伸强度均匀性较好。不同缠绕拉力作用下，材料的拉伸强度不同。随着缠绕拉力的增大，材料的拉伸强度基本呈现先增大再减小的趋势。当缠绕拉力为55N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的拉伸强度最大，为4673.5Mpa。最大拉伸强度与最小拉伸强度差值为180Mpa，可见缠绕拉力对材料的拉伸强度有很大的影响。因此要制作高强度的碳纤维复合材料时，尽量使缠绕拉力控制在60N左右。但缠绕拉力过高，则碳纤维丝与缠绕支架和树脂槽喷嘴处的摩擦力增大，碳纤维丝结构易受损，影响材料特性。

　　综上所述，材料拉伸强度与缠绕拉力之间的关系比拉伸模量和缠绕拉力之间的关系更敏感。要制作高强度、高模量的碳纤维环氧树脂复合材料，必须选取合适的缠绕拉力。通过对碳纤维环氧树脂复合材料在不同缠绕拉力作用下的性能试验可得以下结论：

　　不同缠绕拉力对缠绕初始阶段的碳纤维丝拉伸模量有一定的影响，但同一缠绕拉力，相同位置处材料的拉伸模量均匀性较好。应在制作过程中，严格控制缠绕拉力的稳定性。不同的缠绕拉力对碳纤维丝复合材料拉伸强度和拉伸模量有一定的影响，随着试验缠绕拉力的增大，材料拉伸强度先增后减，拉伸模量先减后增。在缠绕拉力为59N时，材料拉伸强度最大；在缠绕拉力为78N时，材料拉伸模量最大。理论上选择缠绕拉力越大，碳纤维丝拉伸模量越大，但材料与缠绕机构摩擦会增大，影响材料微观结构和性能。碳纤维复合材料拉伸强度与缠绕拉力之间的关系比拉伸模量和缠绕拉力之间的关系更敏感。

　　综上，在制作碳纤维环氧树脂复合材料丝过程中，选择缠绕拉力为60N左右，能更好的保证材料的拉伸强度和拉伸模量。