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碳纤维增强聚合物基复合材料因具有高的比强度与比刚度，被广泛用来制造航空航天结构件。然而，碳纤维增强聚合物基复合材料在热氧环境下基体树脂会发生氧化降解，造成基体和纤维/基体界面性能下降，缩短材料的使用寿命。 本文研究了三维四向编织预制件和平纹碳布叠层这两种不同增强体结构增强的碳纤维/环氧复合材料在接近(80℃、100℃、120℃)和超过(140℃)基体树脂玻璃环转变温度(120℃)下老化168、360、720和1200h后的失重、导热、振动、弯曲、剪切、冲击等性能，结果表明三维四向编织碳/环氧复合材料（三维编织复合材料）上述性能的保留率都大于层合平纹碳布/环氧复合材料（层合复合材料）。这是由两者的增强体结构不同所导致的:一方面，层合复合材料试样中纤维末端暴露于空气中的面积大于三维编织复合材料，导致层合复合材料纤维/基体界面氧化失重大于三维编织复合材料;另一方面，三维编织复合材料的这种整体结构在长时间热氧老化导致基体性能和界面结合力下降的情况下也能够使所有纤维共同承担外部载荷，而不会像层合复合材料一样发生分层破坏。 采用液相沉积法在碳纤维表面沉积了石墨烯制备了三维四向编织碳/石墨烯/环氧复合材料。石墨烯的引入使得三维四向编织碳/石墨烯/环氧复合材料界面相中形成了一个粘结性能好、减少热应力集中的梯度界面层（导热系数低于碳纤维而高于环氧树脂），该界面层可以有效的减缓界面的热氧破坏，提高了三维四向编织碳/环氧复合材料的热氧稳定性。 本文从随机过程的角度建立了碳纤维增强聚合物基复合材料性能与老化时间的“随机过程模型”，并对这一模型进行了改进建立了“改进型随机过程模型”而后与类Arrhenius方程结合建立了性能—时间—温度的三元非线性模型。利用该三元模型，以弯曲强度为老化性能的评定指标，估算了弯曲强度保留率为0.7时三维四向编织碳/环氧复合材料和层合平纹碳布/环氧复合材料的室温(298K)贮存寿命的下限值为分别为39.86年和29.45年，并对上述贮存寿命的可靠性进行了检验，结果为39.86年的可靠度为0.9997，29.45年的可靠度为0.9633。