随着碳纤维环氧树脂复合材料在航空航天领域的研究发展,碳纤维环氧树脂层合板现广泛应用于包括交通、化学、电气、建筑等各种行业,出现了各种不同厚度、不同形状的碳纤维环氧树脂层合板结构。而在高温环境下,碳纤维环氧树脂复合材料中的环氧树脂基体易发生热解,生成大量有毒烟气甚至形成火灾,危害人体健康及生命安全。因此需要研究不同厚度碳纤维环氧树脂在高温条件下的热响应行为,以准确预测材料内部的温度分布,为提高材料防火安全性提供可靠的数据支持和理论依据。本文以不同厚度碳纤维环氧树脂层合板为研究对象,在分析材料热失重过程与热解机理的基础上,建立一维热响应数学模型,研究不同厚度碳纤维环氧树脂层合板在高温环境下的热响应行为。主要工作包括以下方面:首先,通过热重分析以及差示扫描量热分析法,探究碳纤维环氧树脂层合板在空气和氮气气氛下的热失重过程和热解机理,采用Kissinger及FWO两种热解动力学分析方法,计算得到热解动力学参数。研究表明碳纤维环氧树脂层合板在在氮气气氛下初始热解温度约为347-407℃,具有1个失重阶段,而在空气气氛下初始热解温度约为301-377℃,具有4个失重阶段。其中环氧树脂基体样品在氮气气氛下的表观活化能为165k J/mol,表观指前因子的数量级为10~8。其次,应用能量守恒和质量守恒定律,考虑环氧树脂热解过程对热传导的影响,建立碳纤维环氧树脂层合板的一维热响应模型。通过有限元软件COMSOL Multiphysics对模型进行求解,预测材料在高温环境中的瞬态温度分布、热解度变化,分析厚度对材料热响应行为的影响。研究发现随着碳纤维环氧树脂层合板厚度的增加,材料上下表面温差越大,内部温度梯度越明显,材料热解程度降低,热解生长速度变慢。材料厚度和暴露时间对材料表面温度和热解度有一定的影响。最后,基于锥形量热仪搭建热响应实验平台,模拟35k W/m~2热流密度的高温环境,实验研究不同厚度的碳纤维环氧树脂层合板材料的热响应,将数值计算结果与实验数据进行对比分析;建立热穿透深度的数学模型,以判定材料的热薄热厚特性;引入质量引射因子,对热响应数学模型进行优化,提高数值模拟的可靠性。研究发现随着层合板厚度的增加,点燃时间延长,质量损失速率平均值降低,总热释放量增大。当层合板厚度为1.22mm时,表现为热薄材料,而当厚度≥2.45mm时,表现为热厚材料。