运用气流扰动法将碳纤维展宽展薄,不仅展宽幅度大、碳纤维损伤小,而且效率高,可以提高树脂对碳纤维材料的浸润性,制造出高性能碳纤维增强体复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP),因此气流扰动展纤方法成为碳纤维展纤技术的研究热点。本文在分析气流扰动展纤原理的基础上,对展纤过程中的影响因素、展纤器参数优化及张力控制进行了详细研究。深入分析了展纤过程中气体流动及张力对展纤质量的影响,并分析了纤维的上浆剂、假捻等对展纤质量的影响,提出了提高展纤质量的方法。在此基础上确定了气流扰动展纤技术方案并完成了系统设计。为实现展纤器结构参数的优化设计,建立了基于纳维斯托克斯方程的展纤器流场模型,并用FLUENT实现展纤器内部流场的仿真及分析。通过对比不同的展纤器侧板倾斜角度、开口宽度及挡风板高度下的流动特征,得到流场参数对展纤过程的影响规律,实现了展纤器结构参数的优化设计。研究发现,张力大小对展纤质量有重要影响,因此本文设计了张力闭环控制系统,以实现对张力的快速、高精度控制。通过单级张力控制系统的变速积分PID控制及四级张力控制系统串联输出补偿控制,保证了在展纤过程中张力的稳定及在气流扰动下的抗干扰能力。在此基础上研制了四级气流扰动碳纤维气流扰动展纤设备,并进行了碳纤维展纤实验。研究了展纤器结构参数对展纤效果的影响,验证了横向速度越大越有利于展纤的结论,实验结果与仿真分析结果具有一致性。通过实验研究了展纤过程中气流速度、张力及纤维进给速度对展纤效果的影响,确定了参数调整范围,其中张力的调节范围为6~20 g,入口流速的范围是10~16 m/s,为参数的合理调整提供了指导。实验中通过对展纤器结构的优化及对气流、张力、纤维进给速度的控制,消除了展纤过程中易出现打捻、塌陷等问题,获得了展纤均匀的薄层丝束,展开倍率可达3~5倍,连续展纤长度超过1250 m。研究结果对碳纤维气流扰动展纤设备的研制具有重要的参考价值。