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相较于其他传统材料,碳纤维增强树脂基复合材料由于具有质轻、高比强度、高比模量、优异的抗疲劳性能以及可设计性强等优点,使得其被广泛应用于航空航天、汽车工业和体育休闲等领域。随着时代更迭,技术革新,人们对碳纤维复合材料制品性能的要求也越来越高。然而,复合材料的界面结构及性能直接影响碳纤维复合材料的力学性能,因此,对界面结构设计和优化是促使复合材料发展的关键。众所周知,界面是连接碳纤维树脂基复合材料的基体与增强纤维的“纽带”,良好的界面可有效提高载荷的传递效率。碳纤维树脂基复合材料界面的形成依赖于树脂基体在碳纤维表面的润湿效果和结合能力,因此改善树脂基体在纤维表面的浸润性显得尤为重要。近年来,随着富勒烯、碳纳米管和石墨烯片等碳纳米材料研究的不断深入,其优异的力学性能和较大的比表面积使得其常被用作复合材料的次级增强体。本文基于多尺度增强的构思,选用比表面积最大的石墨烯纳米片作为次级增强体对树脂基体和碳纤维表面进行修饰和改性,以改善树脂在纤维表面的润湿效果,并通过调控复合材料界面层结构和化学相容性,以提高碳纤维复合材料的界面和力学性能。基于此,本文的研究内容主要如下:(1)利用KH560和NH3H20对GNS进行官能化处理,制备出氨基与环氧基官能化的石墨烯片,结果表明:GNS经官能化处理后,改善其在溶剂和环氧树脂中的分散性,且GNS经氨水处理后,其表面引入了 N元素,且0/C由23.90增加至27.87。利用KH560接枝石墨烯片,可在其表面引入了长链烷基和环氧基团,改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性。(2)采用官能化的石墨烯片修饰环氧树脂,而后采用连续碳纤维增强,得到碳纤维增强官能化石墨烯修饰的环氧树脂复合材料。结果发现,引入环氧官能化的石墨烯,使环氧树脂基体在50℃时的表面张力由48.05 mN/m降低39.48 mN/m。同时,采用0.3 wt%的环氧石墨烯修饰环氧树脂,使得碳纤维增强环氧官能化石墨烯修饰环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量达到最大值1665 MPa与140.17 GPa,相较于未引入环氧化石墨烯时分别提高了 22.49和12.29%;采用0.2 wt%的氧化石墨烯片修饰环氧树脂基体,可使碳纤维增强氧化石墨烯修饰环氧树脂复合材料的ILSS达到最大值92.20 MPa,相较于未经氧化石墨烯修饰时提高了 18.08%。(3)通过含氨基化石墨烯的上浆剂处理碳纤维,在碳纤维表面引入GNS,以增加碳纤维表面的表面能和粗糙度,增强界面的机械嵌合和界面粘结。同时,氨基化石墨烯的引入,有利于修复碳纤维表面的结构缺陷,提高碳纤维的单丝拉伸强度。当上浆剂中氨基化石墨烯的浓度为0.5 wt%时,可使碳纤维增强纯环氧树脂复合材料的弯曲强度、弯曲模量和ILSS分别增加至1584.57 MPa、148.79 GPa和88.47 MPa,相较于未在上浆剂中添加氨基化石墨烯片时分别提高了 15.64%、17.07%和 10.27%。