环氧树脂具有力学强度高、工艺性能好等优势,以其作为基体的碳纤维/环氧树脂复合材料广泛应用于航空器结构部件。目前,环氧树脂服役温度通常在60℃以下,导致碳纤维/环氧树脂复合材料服役温度较低,限制其在热端部件的应用。因此,研究提升环氧树脂耐热性能和力学性能的改性方法,提高其服役温度并研究耐高温复合材料层合板制备工艺,对先进树脂基复合材料的研发与应用具有重要意义。本文选用四官能团环氧树脂E-1762和双马树脂BMI与环氧树脂E-51混合,制备不同共混比例E-51/E-1762体系和E-51/BMI体系的改性树脂,采用差示扫描量热法(DSC)、流变实验研究玻璃态转变温度T_g、黏度等热性能,基于纳米压痕实验研究20-140℃下纳米硬度、纳米模量的变化趋势,结合扫描电镜表征树脂体系相结构,利用固化动力学理论推算反应级数,分析改性机理并优化改性配方。在此基础上,基于“半浸渍法”制备碳纤维/改性树脂复合材料层合板,通过层合板断口形貌分析高温损伤机理,结合20-180℃弯曲性能和层间剪切性能实验结果提出最优改性方案。结果表明,最优改性树脂配方为:E-51:E-1762=1:1、固化剂DDS、稀释剂AGE含量14%、促进剂DMP-30含量10%,最佳层合板成型方法为“半浸渍法”。在此最优改性配方下,DSC实验结果表明,T_g较改性前提升65.7%,可达207℃;纳米力学结果表明,当测试温度为140℃时,纳米硬度和模量分别为380 MPa和1000 MPa,提升幅度分别为383%和67%;高温宏观力学实验结果表明,层合板服役温度可提升至140℃,140℃时弯曲强度和层间剪切强度分别保持在600 MPa和40 MPa,增幅分别为43%和289%。结合固化动力学理论,得到E-51:E-1762=1:1体系固化反应级数为0.9,与改性前保持一致,其固化过程推断为环氧基与氨基断链成环,形成致密的网状结构。树脂断口形貌显示,E-51/E-1762体系改性机理为化学共聚,E-51/BMI体系为物理共混,E-51/E-1762改性体系相容性好且反应活化能低,提升服役温度的改性效果显著。层合板断口形貌表明,改性前后层合板高温损伤机理存在差异,高温环境下原样树脂体系表现为韧性断裂,而改性树脂体系表现为脆性断裂。改性树脂在高温下保持玻璃态且与纤维结合程度高,从而实现以其为基体的层合板服役温度提升。