碳纤维增强聚合物基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer:CFRP）因其高比强度,高比模量,材料可设计性等优良性能被广泛用于航空航天领域。热固性环氧树脂具有良好的机械性能和耐热性,因此常被用作CFRP复合材料的基体。然而,由于热固性树脂固化后具有高度交联的网格结构,使得热固性树脂基复合材料呈现较低的断裂韧性,易产生分层损伤。因此,在保证其他性能的条件下,实现对复合材料增韧改性具有重要的研究意义及广阔的应用前景。本文基于热压成型工艺,选用热塑性酚酞基聚醚酮（Polyaryletherketone with Cardo:PEK-C）薄膜层间增韧碳纤维/环氧树脂基复合材料（T700/6240）层合板。通过设定不同固化时间,结合I型层间断裂韧性(G_IC)测试和扫描电子显微镜（SEM）探究了PEK-C层间增韧复合材料层合板固化工艺-结构-性能之间的关系;并引入纳米相（纳米SiO₂,碳纳米管）,制备纳米相/PEK-C复合薄膜,层间改性复合材料,通过I型层间断裂韧性测试、三点弯曲实验和层间剪切实验表征其宏观韧性和面内力学性能。结果表明,PEK-C薄膜层间增韧可显著提高复合材料层合板的层间断裂韧性,固化0.5h,1h,2h和3h下,层间增韧后层合板的G_IC分别提高了61.77%,90.65%,50.58%和9.37%,但固化时间的延长会削弱PEK-C薄膜对复合材料层合板的增韧效果。通过SEM分析,发现PEK-C薄膜层间增韧复合材料层间区域形成了由“鳞片状”PEK-C均相,结节状双连续相和海岛双相结构组成的层状分布相结构,且三种特征相形貌均有助于提高材料的断裂韧性。结合I型层间断裂韧性、弯曲和层间剪切测试的结果,得到0.5wt%-纳米SiO₂/PEK-C复合薄膜和0.1wt%-CNTs/PEK-C复合薄膜对复合材料层合板改性效果最佳。通过SEM分析可得,纳米相使得“鳞片状”均相结构更加离散化,结节状双连续相结构和“海岛”结构没有明显区别。纳米SiO₂通过与PEK-C薄膜良好的界面结合使得PEK-C产生更多的塑性变形,同时提高了热塑/热固性树脂的粘结力。CNTs是通过其拔出和断裂抑制裂纹扩展,从而提高复合材料的层间断裂韧性。