碳纤维作为一种重要的复合材料增强体,除了具有高的比强度和比模量等优良的力学性能外,还具有良好的导电和导热性能,这种结构和功能一体化的特点使碳纤维在工程上得到了广泛的应用。利用碳纤维优良的力学性能和良好的导电特性,将其用在风力发电叶片上既可以保持其结构性能的优点,又可以设计成电热复合材料使风电叶片具有抗冰功能。本文以碳纤维的导电导热特性为切入点,以风力发电叶片抗冰及高寒地区武器装备除冰保温需求为目标,对碳纤维复合材料的静态电热特性、受载时的动态电热特性、高低温耐受性等方面进行了研究,为碳纤维电热复合材料工程应用提供了指导。根据风电叶片结构特点,设计了几种典型电热复合材料的铺层方式,包括纯碳纤维铺层、碳纤维/玻璃纤维层间混杂及夹芯结构电热复合材料,采用真空浸渍模塑成型和真空袋压等工艺制备了不同形式的电热复合材料。对碳纤维电热复合材料的静态电阻特性进行了研究,发现碳纤维电热复合材料电阻特性的尺寸效应表现为:碳纤维复合材料的电阻随着长度的增加而线性增大,随着宽度与铺层厚度的增加而非线性减小,这对碳纤维电热复合材料的电路设计有重要指导意义。对碳纤维电热复合材料的电阻与温度和变形的关系以及电热特性进行了实验研究,掌握了电阻与复合材料温度和变形量之间的关系,获得了碳纤维电热复合材料的通电加热规律:通电后复合材料表面温度会迅速提高,在20min左右达到一个稳定温度,不再明显变化;电压越高,稳定温度越高,而其所需要的时间并不会明显缩短。对碳纤维电热复合材料高低温加热循环后的力学性能及内部损伤进行了实验研究,发现碳纤维电热复合材料在经历高低温加热循环后,其力学性能会稍有降低,但最大不会超过3%,而内部并不会出现明显的缺陷和分层损伤,表明碳纤维与玻璃纤维及夹层结构之间结合较好,有良好的高低温耐受性。