薄层预浸料丝束制成的碳纤维结构件具有更好的静态和动态机械性能,在航空、建筑、运动等领域得到广泛的应用。在诸多薄层化处理的方法中,气流展纤具有成本低,展纤过程中纤维丝束不易断裂的优点。使用气流展纤法对大丝束碳纤维进行展纤,能够得到宽、薄的纤维带。因此,本文在分析气流展宽机理的基础上,搭建了二级气流展纤试验平台对大丝束碳纤维进行连续性展宽试验,通过试验与仿真相结合分析碳纤维展宽机理,并初步建立了气流展宽的纤维评价准则,为大丝束碳纤维均匀化和薄层化提供行之有效的解决方法。为了使大丝束碳纤维能够均匀展宽,搭建了以射流作为预展纤系统和以平面气流为二级系统的二级气流展纤试验平台。射流预展纤系统将厚片状的纤维丝束进行脱胶和纤维丝束的打散,使得纤维单丝摆脱上浆剂的束缚。预展纤的纤维丝束通过聚拢圆环形成规格统一的纤维束进入到平面气流展纤内部。平面气流展纤器是依据Venturi原理制作的,气流在平面气流展纤器内部会在湍流的作用下产生横向力使得纤维得以横向展宽。此外,平面气流展纤器还可以约束纤维展宽的宽度。借助于正交试验,并引入极差这一指正参数,参数化地分析了热气流喷距、纤维丝束跨距和纤维丝束张力对射流展纤效果的影响。采用试验的方法对平面气流展纤器的进出口速度进行了标定并测量了隔板上的压力。为了更好地了解纤维横向展宽的机理并优化相关流场控制参数,借助多块网格划分技术对射流展纤和平面气流展纤器进行了三维CFD建模仿真。为了更好地了解平面气流展纤器内部流场的特性,借助于Eulerian模型对平面气流展纤器内部流场进行模拟。通过对流场特性中气流速度的分布,分析边界条件对流场的影响。并对仿真结果进行试验验证,仿真结果与试验结果具有很好的一致性,表明该流场的模型是可靠的。为使得展纤得工艺更加完善,针对该二级气流展纤系统初步建立了纤维展宽的评分准则,并对展宽的纤维进行评价,结果表明该系统运行平稳、展纤效果良好、纤维损伤小。因此,可以采用气流展纤法对性能好、价格低的大丝束碳纤维进行薄层化处理,从而代替价格昂贵的小丝束碳纤维,使碳纤维的应用范围进一步扩大。