随着“碳中和”目标的提出,连续碳纤维热塑性复合材料凭借其可循环性、低成本、高韧性等优点在航空航天、汽车工业、土木建筑以及清洁能源等领域逐渐受到关注。但是,以热压成型为代表的传统连续碳纤维热塑性复合材料成型加工技术会导致制品产生纤维波纹、翘曲等缺陷。因此,为了解决这些缺陷,亟需发展先进的连续碳纤维热塑性复合材料成型技术,推动连续碳纤维热塑性复合材料的广泛应用。预应力技术是一种在钢筋混凝土结构中广泛使用的技术,其作用有以下三点:（1）改善钢筋外形的弯曲及内部残余应力;（2）使钢筋结构排列规整;（3）紧实混凝土。基于以上优点,将预应力技术引入连续碳纤维热塑性复合材料的成型过程中不失为一个新的研究方向。首先,为了实现上述功能,本文基于设计方法学设计了一款预应力碳纤维热塑性层合板热压成型装置。在前人的研究基础上,该装置解决了碳纤维固定不牢固以及受力不均匀的问题。同时该装置可以提供100MPa至1450MPa的预应力、2MPa至20MPa的成型压力以及25℃至350℃的成型温度,符合大部分热塑性基体的加工条件,为高预应力及高成型压力下碳纤维热塑性复合材料的制备及其性能研究打下了基础。其次,本文基于薄膜层叠法,运用上述成型装置在不同的预应力和成型压力下制备了预应力碳纤维增强聚碳酸酯（CF/PC）层合板。研究结果表明:（1）提高成型压力可以改善纤维与基体的界面结合情况,但会加剧纤维波纹现象;（2）预应力可以改善纤维波纹现象;（3）合理的成型压力与预应力能够制作出性能最优的CF/PC层合板。最后,为了探究不同热塑性基体对预应力碳纤维层合板的影响,本文还制备了预应力碳纤维增强聚酰胺6（CF/PA6）层合板。研究结果表明,基体的不同并未改变预应力和成型压力对碳纤维层合板性能的影响规律。与CF/PC层合板相比,同工艺参数的CF/PA6层合板的拉伸强度更低。结合实验数据和理论分析,本文提出了一种碳纤维层合板的断裂模型,探究了基体的模量差异对碳纤维层合板拉伸强度的影响。