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随着低成本大丝束碳纤维的快速发展,高强轻质的碳纤维增强不饱和聚酯(CF/UP)复合材料在汽车轻量化领域极具应用潜力。同环氧树脂相比,不饱和聚酯成本更低,可快速固化,制品具有“A”级表面,但不饱和聚酯体积收缩率过高导致其复合材料界面结合性能差,限制了CF/UP复合材料在汽车等领域的应用。本文以CF/UP复合材料为研究对象,分别通过上浆涂覆和化学接枝的方式将碳纳米管(CNTs)、含双键柔性链段等引入复合材料界面微区,在实现界面化学键合和构建纳米级粗糙表面的同时通过CNTs和柔性链段抑制界面区体积收缩,在保证界面结合的前提下改善复合材料冲击韧性。上浆涂覆部分首先进行上浆剂主体聚合物筛选,选取四种不同结构类型的树脂作为上浆剂主体聚合物,研究主体聚合物化学结构对浆料涂覆均匀性、纤维表面浸润性、纤维表面基团组成等性质的影响。结果表明,主体聚合物为乙烯基树脂和环氧树脂的上浆剂具有相对优异的涂覆均匀性,纤维表面能相比裸纤均有20%以上的提高,而主体聚合物为不饱和聚酯的上浆剂则无法在纤维表面均匀涂覆。乙烯基树脂和环氧树脂型上浆剂涂覆处理后,纤维表面出现大量可有效增强纤维表面浸润性的羟基。MR13006型上浆剂涂覆后,纤维表面氧元素含量最高,O-C=O基团较多,而羟基含量相对较少。界面结合强度和耐冲击性能测试结果表明,M7270和R806型上浆剂对CF/UP复合材料界面结合强度的改善效果较为理想。环氧树脂和MR13006型上浆剂对界面结合强度的改善并不明显,而以上四种上浆剂对CF/UP复合材料的冲击韧性均无明显改善。选择筛选出的R806和M7270型乙烯基树脂作为上浆剂主体聚合物,通过自由基聚合和逐步聚合机理设计界面化学反应,制备含功能化CNTs的乙烯基酯类上浆剂,探讨含CNTs界面相对CF/UP复合材料冲击韧性的影响。结果表明,功能化CNTs在纤维表面具有良好的分散性。经CNTs上浆剂涂覆后,纤维表面能及表面粗糙度同时增大,有利于提高基体树脂在纤维表面的铺展和增强纤维同基体树脂的机械啮合。界面结合强度和冲击性能测试结果表明,相比无CNTs的乙烯基酯类上浆剂,CNTs上浆剂在改善复合材料界面结合强度的前提下,有效提高复合材料冲击韧性,CNTs对冲击裂纹扩展的限制作用及对界面机械啮合的促进作用是冲击韧性改善的关键。以柔性聚丙烯酰氯作为“桥梁”,将CNTs和含有柔性链段的十一烯醇分别接枝在纤维表面,探讨多尺度增强体对复合材料界面性能影响。结果表明,多尺度增强体有效抑制界面区不饱和聚酯的体积收缩,提高复合材料冲击韧性。聚丙烯酰氯化学接枝十一烯醇所形成的柔性链一端通过化学键接枝纤维表面,另一端通过不饱和双键参与不饱和聚酯基体固化,在纤维和树脂之间引入具有化学键合的柔性链段,有利于提高界面结合强度。同时,多尺度增强体表面的极性基团使纤维表面氧元素含量提高,表面能增大,有利于不饱和聚酯以分子级的接触距离在纤维表面铺展,避免缺陷产生。CNTs构造的纳米级粗糙表面有助于锚定界面区树脂,限制其分子运动,提高纤维和树脂间的机械锁合作用,而柔性链段在冲击破坏过程中的运动能力可有效抑制树脂体积收缩,改善冲击韧性。CNTs可有效阻碍冲击裂纹传播,使其改变方向或引发更多微裂纹,使界面区开裂面积增大,吸收冲击能量。CNTs的引入和化学键合的形成提高了界面微区的相对模量,在增强体和基体间形成了相对模量梯度变化的过渡区域,过渡区域不但有助于外应力的传导和分散,也有助于消除由于纤维和树脂间热膨胀系数不同而引起的固化内应力。