复合材料中增强材料和聚合物树脂之间的界面对复合材料力学性能有着十分重要的影响。界面是增强材料和聚合物树脂之间连接的关键部分,也是应力传递及其他信息传递的“桥梁”。在复合材料的界面相中,化学组分、分子排列、热性能、力学性能都会出现梯度性渐变或者突变。为了充分发挥增强材料的承载作用,减少增强材料和树脂基体差异对复合材料界面的影响,以及降低增强材料表面缺陷所导致的与树脂基体不良粘合,因此有必要对增强材料表面进行处理,使其能够很好的与树脂粘合,形成性能优异的界面层,从而提高复合材料的综合性能。本文中将分别研究玻璃纤维和碳纳米管增强聚合物复合材料,讨论增强材料表面处理对复合材料力学性能的影响。论文主要分为以下五个部分。(1)本论文采用传统接触角测量方法和原子力显微镜(AFM)方法,根据Young氏方程、Fowkes-wan Oss -Chaudhury -Good表面能计算法(FOCG方法)以及Owens等发展的Owens表面能计算法(Owens方法)研究不同硅烷偶联剂改性后玻璃纤维的表面能及其与环氧树脂复合后界面能的变化。研究发现传统接触角测量方法受到很多因素的制约,比如测量时的湿度、温度、以及Young氏方程的适用范围等问题,因此传统界面能计算方法比较繁琐,数据重现性不是很好。AFM方法则可以在一定程度上克服上述缺点,同时可以测量一些微观尺度材料比如纳米球,纳米纤维材料表面的接触角,并且这种方法能考虑到增强材料和树脂界面处的反应对界面能的影响。对复合材料力学性能进行测定,以此验证在测定固体/液体的表/界面能方面传统接触角测量方法和AFM方法各自的准确性。(2)研究发现单独硅烷偶联剂改性的玻璃纤维对玻璃纤维与环氧树脂之间的润湿性提高不是很多。因此将偶联剂和甲基丙烯酸缩水甘油醚酯结合对玻璃表面进行改性,用AFM研究环氧树脂在改性玻璃表面的润湿情况。KH-570改性玻璃表面由于含有不饱和双键,可以作为甲基丙烯酸缩水甘油醚酯(GMA)接枝到玻璃表面的活性点。研究发现PGMA改性的玻璃与环氧树脂之间具有很好的润湿性。(3)利用聚丙烯酸(PAA)与胺化碳纳米管表面胺基的反应制备出PAA改性碳纳米管(MWNT-PAA),与氧化碳纳米管(MWNT-COOH)相比MWNT-PAA表面具有更多的羧基,因此MWNT-PAA在水中具有很高的溶解度和稳定性。同时由于碳纳米管表面的羧基可以和环氧基团中的环氧基发生反应,因此MWNT-PAA在环氧树脂中能获得均一的分散,并提高了碳纳米管和环氧树脂之间的界面作用力。实验发现,当MWNT-PAA含量为1wt%时,与环氧树脂相比,MWNT-PAA/环氧树脂的力学性能可以得到较大的提高。(4)利用SOC12将水溶性碳纳米管(MWNT-PAA)表面的羧基转化为酰氯后,与十八胺反应制备出改性碳纳米管(MWNT-ODA).反应后由于MWNT-PAA表面的极性基团羧基基本被弱极性的直链烷基所代替,因此碳纳米管的溶解性能发生很大改变,MWNT-ODA在多种有机溶剂中具有很好的溶解性,而在水中已完全不能分散。将水溶性碳纳米管经过简单修饰制备出油溶性碳纳米管的报道未见。将MWNT-ODA与弹性体SBS复合后,发现复合材料的力学性能比SBS有一定提高,从SEM照片中可以看出,SBS很好的包覆在碳纳米管表面,说明MWNT-ODA与SBS具有很好的界面相容性。(5)为了研究MWNT-ODA在SBS中的具体分散状态,将不同碳纳米管含量的MWNT-ODA/SBS三氯甲烷溶液旋转涂覆于酸处理硅基板上,用AFM研究碳纳米管在SBS中的分散状态。研究发现,在低MWNT-ODA浓度下碳纳米管在SBS中分散较好,当MWNT-ODA浓度>1wt%时,发现碳纳米管在SBS中聚集成球,球的大小与碳纳米管的浓度、MWNT-ODA/SBS三氯甲烷溶液浓度及MWNT-ODA/SBS复合材料膜厚有关。研究发现,这种球形结构为MWNT-ODA和SBS的混合体。MWNT-ODA在SBS中的相分离说明MWNT-ODA与SBS的相互作用并不是太高,当MWNT-ODA浓度过高时,由于MWNT-ODA的内聚力大于MWNT-ODA和SBS的相互作用,MWNT-ODA逐渐聚集。