碳纤维增强复合材料因其优异性能已成为工程领域新型复合材料重点发展方向之一,得益于其强度高、密度小、耐疲劳、耐磨损腐蚀、热稳定性强、导电性强等优良特性,将轻量化和高性能完美结合,所以在航空航天、军工装备、船舶汽车、电子通讯、生物医疗等领域有着广泛应用前景。然而在碳纤维复合材料注塑成型过程中,复合材料凝聚态结构、结晶取向行为、纤维分布状态及纤维与基体界面强度等均对成型制件性能有重要影响。探明碳纤维增强复合材料凝聚态结构改变对宏观性能的影响规律,以及如何通过调节材料凝聚态结构来获得需要的成型性能和成型质量有巨大研究价值。为深入研究碳纤维复合材料成型过程性能强化的微观作用机理,提高碳纤维复合材料成型性能和使用寿命,增强材料高性能成型、超精密成型能力,实现成型性能的可控,本文将超声振动引入模具型腔,以质量分数分别为10%、15%、20%三种碳纤维增强聚丙烯（CFPP）复合材料为研究对象,探究了纤维含量、工艺条件、超声振动及其共同作用对复合材料凝聚态结构和宏观力学性能的影响。主要研究工作如下:首先,完成了超声辅助注塑成型实验系统的装配与调试,分别使用激光非接触式测量法和机械接触式测量法完成了对超声模具系统中超声振动特性的测试实验。发现在300 W、600 W、900 W三种实验功率下,振子端面振动波形均为类正弦周期性变化曲线,平均振幅分别为9.32μm、18.73μm和41.44μm。为方便后续对比分析,对三种纤维含量复合材料基准工艺参数统一拟定,并使用Moldflow软件完成了实验基准工艺参数成型可靠性的仿真验证。仿真结果显示在此基准工艺参数下三种复合材料成型情况较好,均能满足实验要求。为探究纤维含量、超声功率和成型工艺参数对CFPP制件凝聚态结构和力学性能的影响,制定了以纤维含量、超声功率和注塑工艺参数为三层级变量的单因素超声辅助注塑成型实验方案,并完成了实验制件的制备。其次,探究了纤维含量、超声功率、工艺参数及超声振动和工艺参数共同作用对制件凝聚态结构的影响。利用X射线衍射、扫描电镜等方法对成型制件结晶度、晶体类型、纤维分布、纤维取向及纤维与基体界面性能等进行观测。结果表明中低功率超声振动可有效提高CFPP制件结晶度,600 W功率对三种材料制件结晶度提升最明显,600W超声作用下10%CFPP制件结晶度最高可达52.94%,相较无超声作用制件结晶度提高了7.58%,300 W功率次之。超声振动对低模温环境下制件结晶度的提升和纤维的分布状态的改善明显;随着模温升高,增大超声功率会降低制件结晶度及纤维与基体结合强度。熔体温度对制件结晶度影响最大,熔体温度升高过程中施加超声作用不会改变结晶度降低的趋势,同时纤维取向情况随超声功率升高而变差。注射压力升高会提高纤维的取向度和分散情况,结晶度也会提高;施加超声振动可以放大注射压力对制件结晶度的提升效果,但超声功率过高会损伤制件内部结构。随着纤维含量升高CFPP制件结晶度呈明显的非匀速下降趋势,结晶度降幅逐渐变大,且纤维含量越高CFPP材料对超声振动耐受程度越高。当施加300 W超声振动作用于10%CFPP制件,以及600W超声振动作用于15%和20%CFPP制件时结晶度提升效果较好。最后,针对纤维含量、超声功率、注塑工艺参数以及超声和工艺参数共同作用对制件宏观性能的影响进行分析,并建立了CFPP制件微观凝聚态结构与宏观力学性能的对应关系。结果表明施加超声振动制件拉伸强度升高,600W超声作用制件拉伸强度提升明显,600W超声作用下三种材料制件平均拉伸强度分别提升了5.56%、5.58%和8.22%。模具温度升高,得益于结晶度升高,制件拉伸强度升高。模温较高时,随超声功率升高拉伸强度先升后降,最大值出现在模温60℃附近。熔体温度升高拉伸强度随结晶度较低而降低,中低功率超声振动可减缓降低的趋势。三种材料拉伸强度随注射压力升高而升高,注射压力较高时,随超声功率升高,拉伸强度降低。随着纤维含量的升高CFPP制件拉伸强度呈现非匀速升高趋势,且升高速率逐渐变大。在本实验范围内,纤维含量每增加5%,制件拉伸强度的提升幅度增加一倍。最后,制件的力学性能主要与制件内部纤维的分布状态以及基体与纤维的界面强度有关,同时结晶度的变化对制件拉伸强度有着重要影响。