酚醛中空微球／环氧树脂复合材料因其优异的热阻尼性能、烧蚀性能、低密度性能及良好的性能设计性,使得其在航天航空领域中有非常广泛的应用。但是限于中空微球材料的加工性能较差的原因,具有高微球填充比的该类复合材料的加工依旧处于手工混合的生产阶段,无法大范围推广。本文基于已有球状粉体堆积研究成果,建立了酚醛中空微球与树脂的理论堆积模型,并得出微球破损率与复合材料平均密度变化之间的线性关系,完善了使用比重瓶测定复合材料密度的理论依据。基于树脂以及微球运动行为的研究,设计了混合器轴向运动的低剪切实验机并加工。通过对比试验对该实验机进行改进,将物料混合筒的结构由初始的封闭圆柱形改造成开放式的“U”型结构,相比而言该结构能提供更多的物料运动交换空间,从而降低混合过程中的酚醛中空微球破损率同时提高混合的均匀性程度。引入变异系数CV评价不同组实验数据离散程度,通过实验比较了不同结构物料混合器对混合效果的影响,结果表明当物料混合器的结构更加适于物料轴向运动时,微球破损率显著降低,利于物料的混合,通过实验研究得到四叶片带圆柱形导流部件的混合器效果最好。通过对比试验对实验机的工艺参数进行了进一步的研究表明,混合筒内物料填充率与微球材料的破损率呈正相关关系,而均匀性程度则呈先增后减的趋势,当填充率达到总混料筒容积的40-50%的时候均匀性程度最佳。同时,混合时间的延长无法提高物料混合的均匀性程度,与此同时还将导致微球材料破损率的升高。在物料混合筒摆动情况下,物料混合的均匀性程度得到较大的提升,同时微球的破损率随时间升高幅度大为降低,这说明物料端部的交换在很大程度上提升物料混合的品质。基于上述的实验结论研制了小批量低剪切生产设备并进行带料实验,实验结果表明该设备能够很好完成符合实际需求的复合材料的加工。小批量生产设备的成功研制标志着适用于酚醛中空微球／环氧树脂复合材料加工的低剪切混合理论的可行性,为这一材料的大批量生产设备的研制奠定了理论基础,对该材料的应用推广有非常重要的意义。