本文通过在环氧树脂基体中加入碳纳米管或巴基纸(Buckypaper)插层与碳纤维形成多相增强体系,研究了表面活性剂、碳纳米管含量及表面化学官能团对碳纳米管在环氧树脂中分散性和环氧复合材料导电性能的影响,进一步研究了胺基改性碳纳米管的含量和Buckypaper插层对碳纤维/环氧复合材料导电性能和力学性能的影响规律。本文首先开展了多壁碳纳米管(MWCNTs)在环氧树脂中的分散性研究。采用高速剪切分散、超声乳化分散及添加表面活性剂等手段将不同基团表面化学改性的碳纳米管分散在环氧树脂中,通过光学显微镜观察碳纳米管在基体中的分散性。结果表明,在一定分散时间内,高速剪切分散和超声乳化分散提高了碳纳米管在树脂中的分散性;离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或非离子型表面活性剂Triton X-100的加入,使得碳纳米管在树脂中的分散性得到显著改善;相比不改性碳纳米管,—COOH、—OH及—NH2等表面化学官能团改性碳纳米管在树脂中更容易均匀分散,其中MWCNTs-NH2的分散性最好。本文制备了不同含量及表面化学官能团的碳纳米管增强环氧树脂复合材料,并开展了复合材料导电性能的研究。结果表明,相比不含表面活性剂或含聚氧乙醚辛炔二酸酯表面活性剂,十二烷基苯磺酸钠表面活性剂修饰的碳纳米管更加有效地提高了复合材料的导电性能;相比其他3种碳纳米管,胺基改性碳纳米管增强环氧树脂复合材料具有更加优异的导电性能;添加碳纳米管后,环氧树脂电导率显著增加,表明碳纳米管在树脂中形成有效的、连续的电子导通网络。在碳纳米管含量约为0.5 wt%至2 wt%时,随着碳纳米管含量的增加,复合材料电导率呈指数提高,但当含量超过2 wt%之后电导率增加趋势变缓,表明碳纳米管的团聚作用对导电性能的影响逐渐增强。本文进一步开展了碳纳米管-碳纤维/环氧树脂单向层合板力学性能和导电性能的研究。结果表明,添加碳纳米管有效改善了复合材料的弯曲性能、层间性能及导电性能。相比碳纤维/环氧复合材料,当MWCNTs-NH2添加量为2.0 wt%时,复合材料的弯曲强度提高了21.2%,弯曲模量提高了15.9%;当MWCNTs-NH2添加量为1.5 wt%时,复合材料的层间剪切强度提高了7.3%;当MWCNTs-NH2添加量为2.0 wt%时,复合材料纵向的电导率提高约5倍,横向的电导率提高约10倍。由于碳纳米管具有大的长径比和表面自由能,极易在树脂中形成团聚,难以均匀分散,从而限制了其在树脂中的添加量。Buckypaper是碳纳米管的宏观集合体,将其作为插层加入到纤维增强聚合物复合材料中,有望在提高碳纳米管添加量的同时保持良好的分散性。因此,本文还制备了Buckypaper-碳纤维/环氧树脂单向层合板,研究了Buckypaper插层对单向纤维复合材料力学性能和导电性能的影响。扫描电镜结果表明,复合材料弯曲断口处存在大量碳纳米管,碳纳米管分散均匀,保持了Buckypaper原有结构的完整性。力学性能和导电性能测试结果表明,相比碳纤维/环氧树脂复合材料,5层Buckypaper的加入,使得碳纤维/环氧树脂单向层合板复合材料的层间剪切强度提高了6.9%,复合材料纵向电导率提高了约2倍,横向电导率提高了约2个数量级。探讨了碳纳米管的加入对碳纤维/环氧单向层合板导电性能的影响机制,主要为复合材料体系中存在两种导电网络,一是碳纤维之间相互搭接形成导电网络,二是碳纳米管之间相互搭接形成导电网络。碳纳米管的加入不仅自身形成了导电网络,而且通过碳纳米管在碳纤维之间的桥联作用提高了复合材料中碳纤维之间的搭接点数目,形成更多的电子导通网络,从而提高了复合材料的导电性能。