弹簧是一种具有缓冲、减振、储能功能的机械零件,被广泛地应用于汽车、航空航天以及铁路车辆等诸多领域。近年来,汽车行业着眼于节能减排,迫切要求汽车朝轻量化的方向发展,因此国内外人员对碳纤维复合材料(CFRP)弹簧展开了大量的研究。本文针对现有CFRP弹簧的力学性能远不及相同尺寸金属弹簧力学性能的问题,展开了碳纤维布增强CFRP弹簧的研究。本文以T-700 SC碳纤维丝为增强体、AG-80/328复配树脂为基体,采用接触低压、拉挤、模压及树脂传递模塑等成型工艺制备了CFRP弹簧,采用碳纤维布包裹工艺对CFRP弹簧进行了强化,研究了碳纤维布包裹角度、层数对CFRP芯棒拉伸强度、弯曲强度及CFRP弹簧刚度的影响。运用微机控制电液伺服万能试验机对芯棒及弹簧进行了力学性能检测,使用扫描电子显微镜对各试样的裂纹处微观形貌进行了观察,对碳纤维布包裹工艺的强化机理进行了分析,并通过理论计算对碳纤维布包裹工艺进行了验证。研究了碳纤维布包裹工艺对CFRP芯棒物理性能的影响。研究了不同碳纤维布包裹角度:30°、45°、60°和90°;不同碳纤维布包裹层数:1层和2层。对CFRP芯棒尺寸,纤维质量分数和体积分数的影响。结果表明,碳纤维包裹工艺对上述物理参数的影响很小。研究了碳纤维布包裹工艺对CFRP芯棒拉伸性能的影响。结果表明,碳纤维布包裹强化工艺对芯棒的拉伸强度提升幅度较小,强化效果较理想的2层布90°包裹工艺能将CFRP芯棒的拉伸强度从751.2MPa提升至831.2MPa,提升幅度仅为10%,原因为碳纤维本身即是纵向弹性模量极高的材料,碳纤维布包裹强化工艺不能对碳纤维的纵向性能起到质的提升。研究了碳纤维布包裹工艺对CFRP芯棒弯曲性能的影响。结果表明,碳纤维布裹强化工艺对芯棒的弯曲性能有很明显的提升效果,并且随着包裹角度的增大,层数的增加强化效果越好。强化效果最理想的2层布90°包裹工艺能将CFRP芯棒的弯曲强度从692.7MPa提升至1220.6MPa,提升幅度为76.2%。强化效果显著的原因是碳纤维布包裹工艺可以有效的提升CFRP材料的横向弹性模量,提升CFRP的剪切强度,充分发挥碳纤维高纵向弹性模量的优势。确定了大角度包裹工艺及多层布包裹工艺的强化效果较为理想,因此采用2层布45°、60°和90°包裹工艺对CFRP弹簧进行了强化。结果表明,碳纤维布包裹强化工艺有效的提高弹簧的刚度,并且强化效果随着包裹角度的增大而增大。其中90°CF布包裹工艺最优,CFRP弹簧刚度从4.45×10~3N/m提升至12.69×10~3N/m,提升幅度为185.1%。通过理论模型计算发现实际实验结果偏低,表明目前的制备强化工艺仍需改进,如控制拉挤过程中CF布包裹角度的偏移量,减少空气水分等杂质的进入等。