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碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）因其强度高、刚度高及密度低在航空航天、汽车、体育用品、航海等领域有广泛的应用。层压复合材料厚度方向没有纤维承载纵向载荷，使得层间易发生分层破坏。如何提高复合材料的层间断裂韧性成为了该领域的技术瓶颈。随着纳米复合材料技术的发展，纳米粒子用于增韧CFRP树脂基体获得了广泛关注。本论文选择自然界分布广泛的天然纳米管-埃洛石纳米管(HNTs)为研究对象，研究其增韧环氧树脂的可能性。从HNTs表面硅烷改性和HNTs/橡胶复配两种途径探讨环氧树脂力学性能变化。在HNTs/环氧树脂韧性获得显著改善的前提下，研究了HNTs/环氧树脂二元和HNTs/碳纤维/环氧树脂三元复合材料的断裂机理。主要取得如下研究结果: 1.HNTs的表面修饰。采用“食人鱼”溶液对HNTs羟基化处理，氨基硅烷(APS)可在HNTs外表面、缺陷、边缘以及内腔接枝。接枝量随时间延长而增大，随APS浓度增加而增大。高温下更利于接枝量提高。物理吸附水能增加APS在HNTs表面接枝量。APS接枝率随甲苯溶剂量增加而增大。固体核磁证明APS低聚物形成，硅以三齿和二齿结构同时存在。元素分析发现接枝物表面存在一定数量质子化胺，影响接枝物氨基的活性。 2.改性HNTS增韧环氧树脂研究。HNTs经氨基硅烷、环氧基硅烷和烷基硅烷改性后，主要以单根及多根纳米管捆束形式分散在环氧树脂中。氨基改性HNTs(A-HNTs)能更好的提高环氧树脂的抗冲击性能、拉伸强度和模量。当加入5wt％的A-HNTs，环氧树脂的冲击强度增加56％，拉伸强度增加21％，韧性增加80％。纳米管的桥联、拔出、断裂及拔出引起的塑性空穴增长、裂纹偏折和裂纹的钉扎作用，都是改性HNTs引入后增韧机理。对比了改性剂、固化剂、分散溶剂对含HNTs环氧树脂的性能的影响。 3.HNTs/橡胶复配增韧环氧树脂的研究。柔性液体橡胶(LR)的加入改善了HNTs的分散，提高了基体的塑性变形能力。同时HNTs的引入降低了LR的聚集，使更多的LR与环氧树脂反应，以致基体交联度和Tg稍有降低。HNTs可以对环氧树脂/橡胶体系进行补强，取得强度、刚度和韧性的平衡。HNTs可以提高环氧树脂的无缺口冲击强度，对慢速单边缺口弯曲(SENB)测试韧性提高较多，对快速缺口冲击强度提高不多。LR对无缺口冲击性能没有明显改善，但可以更好的改善环氧树脂的缺口冲击性能。我们发现LR和HNTs的刚柔复配体系能够更好的提高环氧树脂的断裂韧性。橡胶相成孔脱粘及随之产生的塑性空穴增长，单根或捆束HNTs对裂纹的钉扎和偏折作用，以及HNTs的桥联作用、断裂、拔出/脱粘是复合材料的主要增韧机理。 4.改性HNTs和HNTs/纳米橡胶复配对碳纤维环氧树脂的增韧研究。采用真空袋压辅助手糊成型的方法，制备填充有HNTs、A-P-HNTs以及HNTs/纳米橡胶的环氧树脂/碳纤维复合材料。A-P-HNTs比HNTs能更好提高EP/CF复合材料的弯曲强度。复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性(GⅠC)随着纳米管含量的增加而增大，并且A-P-HNTs比HNTs更能提高复合材料的GⅠC值。纳米橡胶引入后，可在一定程度上抑制HNTs的团聚，GⅠC值提高近100％。Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)随着HNTs含量的增加而增大，改性HNTs对Ⅱ型层间断裂韧性提高更加有效。纳米橡胶加入碳纤维复合材料后，对GⅡC提高不明显。GⅡC值的大小同基体树脂断面中的“hackle”结构含量成正比。HNTs和A-P-HNTs均可以在一定程度上提高碳纤维复合材料的层间剪切强度。