环氧树脂作为一种常用树脂基体,具有优良的物理机械和化学性能,在聚合物基复合材料中有着极为广泛的应用。由于存在交联密度高、大分子链间缺少滑动等缺陷,导致环氧树脂容易发生脆断而严重限制了其应用范围。但因其量大且使用面广,人们对改善环氧树脂强度和韧性的研究从未间断。采用纤维增强方式改善环氧树脂的性能是目前研究的主要方向和热点。碳纤维具有高强高模的优点,是增强环氧树脂的最佳材料。但将两者结合起来制备的复合材料得不到预期性能,因此可以改善基体环氧树脂的力学性能提高复合材料整体的力学性能。碳纳米管和石墨烯因其优异的物理机械性能成为碳纤维复合材料的二次增强相。它们作为纳米添加相,加入环氧树脂中可提高它的力学性能。本文主要运用一维的碳纳米管与二维的石墨烯制备具有三维结构的杂化材料,从结构与氢键方面改善环氧树脂的力学性能,以期得到力学性能优异的碳纤维／改性环氧树脂复合材料。本文通过不同方法制备出碳纳米管／石墨烯杂化材料,利用杂化材料的特殊结构及优异力学性能对环氧树脂进行改性,比较得出改性环氧树脂的最佳碳纳米材料并研究其改性机理。运用改性后的环氧树脂处理碳纤维,制备出性能优异的碳纤维／改性环氧树脂复合材料。具体内容如下：1.利用红外光谱(FT-IR)分析碳纳米材料的特征吸收峰,利用透射电镜(TEM)表征杂化材料的微观形貌,运用紫外光谱(UV)和沉淀实验研究杂化材料的分散性及分散稳定性。2.将物理法合成的杂化材料与石墨烯、碳纳米管分别按照不同的添加量改善环氧树脂的力学性能,分析得出物理法合成的碳纳米管／石墨烯杂化材料对树脂的力学性能有改善效果,且纳米材料的添加量为0.3 wt%时对树脂的增强增韧效果最佳。3.将不同方法合成的杂化材料改性环氧树脂,拉伸测试结果与断面扫描表明一步法合成的碳纳米管／石墨烯杂化材料对树脂的力学性能改善效果最大约达70.96MPa,比纯树脂的力学性能约提高258.02%。4.利用动态热机械性能(DMA)分析改性前后环氧树脂的动态力学性能,结果表明填料的添加使得纳米粒子与树脂基体间的界面摩擦增大,界面作用力提高。利用差示扫描法(DSC)分析不同杂化材料对环氧树脂固化行为的影响,结果显示填料的添加在一定程度上会阻碍固化反应的进行。5.结合测试结果分析杂化材料对树脂的增强增韧机理：杂化材料表面官能团与树脂本身形成的氢键作用增强了两者的界面结合力；三维结构的杂化材料可以在外力作用下将力从基体树脂转移到自身并传递到四周,有效抑制微裂纹的扩散并最大程度的吸收能量；杂化材料中的石墨烯与碳纳米管因结构的差异可以使它的性能达到最大优势互补,不仅在力学性能方面发挥协同效应,而且可以改善和提高碳纳米材料在聚合物中的分散性能。6.运用杂化材料改性后的环氧树脂处理碳纤维,结果表明改性后的环氧树脂可以有效提高碳纤维／改性环氧树脂复合材料的力学性能。