酞菁树脂(PN)作为新型高性能树脂基体,具有诸多优点:400℃以上的Tg,优异的力学性能,高温下优良的热稳定性,较低的吸水率等。凭借其自身突出的优点酞菁树脂在航空航天材料方面受到了大力推广。酞菁树脂上述的优点源自于其自身固化后固化产物中的大的刚性环如酞菁环等,酞菁环带来优异性能的同时也会导致固化产物脆性大、刚度大,所以需要加入其它树脂形成共混树脂体系来降低酞菁树脂固化产物的刚度。在本文中共混树脂选取的原则是在一定程度降低酞菁树脂高耐热性能的基础上降低其刚度,所以本文选择了氰酸酯(CE)和聚醚酮(PEK)作为改性共混树脂。在制备酞菁树脂复合材料时考虑到碳纤维表面与酞菁树脂浸润性能较差,制备出的复合材料容易出现层间破坏,所以需要对碳纤维表面进行酸化处理。本文应用分子模拟软件Materials Studio就共混树脂体系的相容性、Tg、弹性模量以及自由体积分数展开了模拟,确定了氰酸酯与聚醚酮最佳的添加质量分数。模拟之前确定了模拟单元中聚醚酮的聚合度,主要考虑密度、溶解度参数以及计算三方面,经模拟当聚合度大于等于10时聚醚酮晶胞的密度和溶解度参数就趋于稳定,考虑到计算能力所以采用聚合度为10的聚醚酮作为本次模拟的结构。用PN单体、CE单体以及聚合度为10的聚醚酮链段分别构建了晶胞并计算了溶解度参数,模拟得到的结果为:酞菁单体21.17、氰酸酯单体21.06以及聚醚酮20.95,氰酸酯、聚醚酮与酞菁树脂溶解度参数都相差在0.5以内,说明氰酸酯、聚醚酮分别都可以与酞菁树脂在热力学上可以相容。将氰酸酯固化产物、聚醚酮分别与酞菁树脂固化产物构建成5 wt%、10 wt%、15 wt%以及20 wt%的共混晶胞并模拟F-H参数、玻璃化转变温度以及弹性模量,模拟结果显示所有体系都具有良好的相容性;随着CE和PEK含量的增加共混树脂体系的玻璃化转变温度降低;20 wt%氰酸酯共混树脂体系的弹性模量最低为3.0261GPa;10 wt%聚醚酮共混树脂体系的弹性模量最低为2.96 GPa。从自由体积分数可以看出20 wt%氰酸酯、10 wt%聚醚酮在各自共混树脂体系中自由体积分数达到最低值。综合考虑确定氰酸酯、聚醚酮最佳的添加质量分数为20%和10%。通过熔融共混法将氰酸酯、聚醚酮分别与酞菁树脂进行共混,通过红外谱图研究了共混树脂固化前后基团的变化,结果表明CE、PEK的加入未给酞菁树脂带来太大的变化。旋转流变仪测试结果显示CE、PEK的加入后体系的粘度基本上没有变化。DSC结果显示CE的加入会使体系的固化温度升高;PEK的加入基本上没有改变体系的固化温度。TG结果显示CE和PEK的加入使得体系的热稳定性下降。三点弯曲结果显示PN、20 wt%CE、10 wt%PEK体系的模量分别为4.01、3.19以及2.58 GPa,结果说明CE和PEK的加入有效降低了PN体系的刚度。碳纤维经过酸化处理后表面无序程度、含氧官能团以及表面粗糙度都在一定程度上增加。层间剪切结果表明碳纤维改性后与树脂的结合性能增加,ILSS由25 MPa提高至34 MPa。应用Materials Studio软件模拟了碳纤维改性前后与树脂的结合能结果表明碳纤维经过酸化处理后与树脂的结合能由6609.85 kcal/mol提高至12805.96 kcal/mol。