安全、节能、环保已是汽车工业发展的必然趋势,而对目前普遍采用的金属车体进行轻量化是实现该目标的重要途径。使用环氧树脂基复合材料对其进行取代或部分取代是目前实现汽车轻量化最有效的技术方案之一。纳米碳材料(碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等)以其极低的密度和极卓越的力学性能,成为环氧树脂一种最有应用前景的强化填料。然而,一直以来,纳米碳材料在环氧树脂中较差的分散以及与环氧树脂之间所缺乏的有效联系,限制了其强化潜力的发挥。目前报道的解决方案以对纳米碳材料进行表面氧官能化或继而氮官能化为主,官能化过程中不可避免或较严重污染环境、或较复杂操作、或较小规模限制、或较高生产成本,极大限制了其工业化应用的前景。为促进车体用高性能纳米碳/环氧树脂复合材料的产业化发展,本论文从产业化角度出发,对几种常见纳米碳材料进行了高效、经济、环保的修饰或掺杂,并从车体材料所关心的主要性能指标考察了其对环氧树脂的强化效果,同时深入研究了修饰和强化的机理。最后,从安全性角度出发,本文用纳米碳材料配合阻燃剂对构建阻燃增强型环氧树脂复合材料进行了初步的探索。具体内容包括:(1)开发了一种优化的H2O2/H2O/O3氧化法。用该方法氧化的碳纳米管强化环氧树脂,表现出比H2O/O3氧化的碳纳米管和最为常见的浓强酸氧化的碳纳米管显著提升的优势。强化机理被归结于H2O2/H2O/O3氧化的碳纳米管与环氧树脂基体间所构建的强的物理,化学相互作用。该氧化方法环保、易操作、易于实现大批量生产,表现出极大的取代目前氧化碳纳米管最常用的浓强酸氧化法的潜力。(2)应用水热氧化法处理碳纳米管,并用处理后的碳纳米管强化环氧树脂。经水热法处理后的碳纳米管较浓硝酸氧化的碳纳米管而言,表面氧含量提升有限,然而缺陷程度增加较多。利用处理得到的碳纳米管强化环氧树脂,较未添加填料、添加碳纳米管和添加浓硝酸氧化的碳纳米管,样品的拉伸强度和断裂韧性都得到提升。(3)开发了一种针对富氧纳米碳材料的简单、经济、高效、环保的修饰含氮基团的方法。本论文工作仅用氨水即实现在纳米金刚石表面成功修饰含氮基团,且修饰过程中氨水得到有效循环使用。用修饰后的纳米金刚石强化环氧树脂基体,在不损失拉伸性能、断裂韧性、硬度等的条件下,储能模量得到大幅提升。强化机理被归结于引入的含氮基团与环氧树脂的环氧基发生反应而在基体与填料间构建出强相互作用。氧化石墨烯与活性炭应用该方法在强化环氧树脂上的表现也在文中得到了考察。(4)制备得到多种分别具高含氮量(高达16.3 at%)与不同杯叠结构的掺氮碳纳米管,并对制备条件进行了系统研究。本论文工作采用自身富氮的掺氮碳纳米管替代后修饰氮基团的碳纳米管来强化环氧树脂,并对强化效果及强化机理进行了探讨。研究发现,掺氮碳纳米管的氮基团可以极好的与环氧树脂的环氧基发生反应,达到连接环氧树脂与掺氮碳纳米管的目的,从而使掺氮碳纳米管在环氧树脂中均匀分散,并使复合材料表现出优异力学性能。同时,较浓硝酸氧化的碳纳米管,掺氮碳纳米管与环氧树脂混合物的粘度大为降低,为工业操作提供了极大的便利。掺氮碳纳米管表现出极大的取代各种修饰的碳纳米管来强化环氧树脂的潜力。(5)使用修饰的纳米金刚石强化阻燃的聚磷酸铵/环氧树脂复合材料。在阻燃性能更加优越的同时,复合材料的力学性能得到明显提升。修饰的纳米金刚石在阻燃以及力学方面的作用机理得到了研究。