碳纤维是公认的下一代高性能材料,短切碳纤维是一种重要应用形式。目前碳纤维短切主要直接引用化学纤维短切技术,存在产品质量差、刀具磨损严重和生产效率低等问题。本文针对径向切割短切技术,通过数学建模和丝束切割实验,从切断力和断口形貌入手,结合碳纤维结构特点、物理特性和断裂特性,对碳纤维丝束短切断裂过程进行了研究,并将其研究结果应用于碳纤维短切设备的优化。本文对碳纤维短切的切割过程进行了分析,并将其简化为弹性支撑垂直切割模型,通过对弹性支撑垂直切割模型的受力分析发现:在碳纤维丝束切割过程中,碳纤维单丝产生弯曲,从而轴向外侧拉伸内侧压缩,同时支撑体的摩擦力也使碳纤维单丝轴向产生拉伸形变。通过对碳纤维结构特点、物理特性和断裂特性的分析发现:碳纤维为脆性材料,其断裂符合格里菲斯微裂纹理论,外侧拉伸形变和内侧压缩形变均可能成为其脆性断裂起源,同时刀具的切割作用也可能成为内层单丝的脆性断裂起源。基于弹性支撑垂直切割模型,设计了无张力弹性支撑切割实验。为研究轴向压缩形变和拉伸形变对碳纤维丝束切割断裂的影响,设计了有张力弹性支撑切割实验。为研究支撑体在碳纤维丝束切割过程中的作用,设计了有张力无支撑切割实验。通过分析这三种丝束切割实验中切深、支撑体的硬度、预张力、刀具钝圆、刀具进给速度和物理特性对切断力和断口形貌的影响,研究了碳纤维丝束短切断裂过程,结果发现:碳纤维丝束的断裂是由内侧(与刀具接触侧)向外侧发展的;当刀具刃口钝圆半径较小时,碳纤维丝束中部分单丝为刀具切割断裂起源,部分单丝为内侧压缩断裂起源,随着刀具刃口钝圆半径的增大,碳纤维单丝逐步转变为内侧压缩断裂起源。基于碳纤维丝束短切断裂过程的研究结果,优化设计了径向切割式短切机。