碳纤维复合材料因其具备轻质高强等优点已在航空航天领域得到了大量的使用。近年来,随着人工智能、大数据和5G通讯的兴起,制造业朝着信息化和智能化快速发展,这要求复合材料不仅要具备优异的力学性能,还需要拥有良好的电磁屏蔽特性。因此,如何提高复合材料的电磁屏蔽效能逐步成为近年来学者研究的热点。目前,国内外学者在改善复合材料电磁屏蔽效能方面已经进行了大量的研究并取得了一定的成果。现在提高复合材料电磁屏蔽效能的有效途径是在树脂基体中添加导电填料,通过增加导电填料的含量改善复合材料的导电性和电磁屏蔽效能。这类方法虽然有效的提高了复合材料的电磁屏蔽效能,但是导致其力学性能损失较大。为寻求提高复合材料电磁屏蔽效能的新途径,达到协同增强复合材料力学性能和电磁屏蔽效能的目的。本文从复合材料的介观尺度出发,通过降低预浸料的厚度调控复合材料内部的微观结构,减少复合材料层间树脂富集区和孔隙等缺陷的尺度和比例,提升复合材料内部导电网格的质量,最终实现协同增强碳纤维复合材料力学性能和电磁屏蔽效能的目的。本文的主要工作内容及结论如下:(1)采用气动-机械组合工艺,经过模拟分析及实验验证,搭建了碳纤维宽展-预浸一体化实验平台。通过优化纤维张力,气动腔室内部气流的压强、流速和金属凸凹辊直径及其坐标位置等工艺参数,制备了四种厚度的碳纤维预浸料。对其微观结构的观察对比发现,薄预浸料中纤维和树脂的分布更加均匀,基本没有出现纤维偏转的现象。(2)分别用四种不同厚度的预浸料模压制备了厚度为1mm的复合材料单向层合板。对层合板内部微观结构的观察对比发现:预浸料的薄层化可以显著降低复合材料内部树脂富集区和孔隙等缺陷的尺度和比例,使得层间树脂层变薄甚至消失,明显提高了复合材料中纤维和树脂分布的均匀性。(3)对层合板试样力学性能的测试结果表明:随着预浸料的厚度从0.10mm减小到0.02mm,层合板的抗拉强度提高了约15%;声发射系统监测到薄预浸料制备的层合板试样在拉伸过程中更晚出现纤维断裂和层间开裂产生的声波;薄预浸料制备的层合板断裂破坏时以脆断为主,而厚预浸料制备的层合板断裂时呈爆炸式破坏,说明预浸料的薄层化可以显著提升复合材料抵抗裂纹萌生和扩展的能力。(4)通过对四种层合板试样静态电阻率及在拉伸载荷、温度载荷下动态电阻率的测试对比发现:随着预浸料厚度的减小,层合板厚度方向上电阻率显著降低,而纤维方向上的电阻率基本没有发生改变。利用层合板的电阻率和电磁屏蔽理论公式计算得出层合板的静态电磁屏蔽效能和在温度载荷、拉伸载荷下的动态电磁屏蔽效能。通过对比发现:预浸料的薄层化可以显著提高层合板的电磁屏蔽效能;四种层合板试样的电磁屏蔽效能都随温度升高呈线性增大,其电磁屏蔽效能随拉伸载荷增大先缓慢线性减小,到达某一临界点后呈非线性快速下降;承受外部载荷时,薄预浸料制成的层合板具有更加稳定的电磁屏蔽效能。对层合板屏蔽效能的测试结果证实了预浸料的薄层化对其屏蔽效能的改善作用,但是测试值与计算值存在一定差异,说明复合材料的电磁屏蔽效能不仅与测试频率和电阻率有关,还受其它本征参数的影响。