碳纤维增强树脂基复合材料具备比强度高、比模量高、耐腐蚀等优异的物理及化学性能,被广泛应用于航空航天、轨道交通、风力能源等各个领域。但是基体树脂自身韧性不足,其与碳纤维的界面结合性能较差等缺点,限制了复合材料的整体性能。本文选用新型热固性树脂苯并噁嗪作为碳纤维增强复合材料的树脂基体,其具有优异的力学性能、固化零收缩率、高耐热等优点。但是,其固化物的脆性大等问题限制了它在高性能要求的领域进一步发展。现阶段,苯并噁嗪增韧改性的工作往往会牺牲其模量或热性能。为了达到增韧苯并噁嗪而不牺牲其它性能的目的,选用一种具有高结晶度和高纵横比的有机纳米材料纤维素纳米晶（CNC）以及用聚多巴胺（PDA）表面改性后的P-CNC与苯并噁嗪树脂共混改性。随后进一步研究了CNC改性树脂和改性碳纤维对最终碳纤维增强复合材料性能的影响。本文具体研究内容如下:（1）通过溶液共混法将优异力学性能的绿色填料纤维素纳米晶（CNC）与双酚A苯胺型苯并噁嗪（BA-a）共混,达到了增韧聚苯并噁嗪（PBA-a）的目的。采用差示扫描量热仪（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、力学性能测试、扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）和动态机械性能（DMA）,对共混体系的固化反应、固化过程结构变化、力学性能、断裂表面形貌、热稳定性能和动态机械性能进行了研究。DSC和FTIR结果表明,CNC的加入对BA-a具有一定的催化开环作用。冲击强度和弯曲测试表明,当CNC的添加量为0.2 wt%时,共混体系固化物冲击强度达到19.34k J/m~2,相比纯PBA-a的8.14 k J/m~2提高了137.6%,同时,其弯曲强度较纯PBA-a提升了26.4%。基于SEM以及氢键结构分析发现CNC对PBA-a的协同增韧机制主要源于CNC在基体内部拔出产生塑性空腔导致有效的应力集中松弛和CNC与PBA-a之间氢键作用。此外,TGA结果显示,共混物的热稳定性能得到一定提升;DMA结果显示,共混物常温下储能模量明显增大且玻璃化转变温度Tg未发生明显变化。（2）通过多巴胺的自聚对CNC进行表面改性,制备了聚多巴胺包覆的CNC（P-CNC）。然后,利用P-CNC对BA-a进行共混改性。通过XRD、SEM、EDS、FTIR和TGA测试,证明了P-CNC上PDA的成功包覆,且P-CNC结晶度没有较大下降,耐热性有明显的提升。采用DSC和FTIR测试对P-CNC/BA-a的固化行为和化学结构进行表征,结果证明P-CNC中胺基的活泼氢对BA-a的开环具有一定的催化作用。冲击强度测试表明,0.1P-CNC/PBA-a和0.2P-CNC/PBA-a的冲击强度较纯PBA-a分别提高了111.8%和139.3%。SEM和氢键结构分析表明,共混体系的韧性提升与P-CNC的裂纹桥接和裂纹偏转,以及P-CNC与PBA-a之间的氢键作用有关。最后,TGA和DMA测试结果表明,P-CNC能提高共混体系的热性能以及残炭率,但是会降低共混物的Tg。（3）为了对比以上两种改性树脂体系和CNC改性纤维表面对最终碳纤维增强复合材料性能的影响,制备了CNC/PBA-a/CF、P-CNC/PBA-a/CF和CNC@CF/PBA-a三种复合材料。通过流变测试,确定了复合材料层压成型的相关工艺。随后对比了三种复合材料的弯曲性能,结果表明,与未改性CNC/PBA-a复合材料相比,CNC/PBA-a/CF复合材料弯曲强度和模量提高了74.12%和8.00%,而P-CNC/PBA-a/CF能够在较高应力下承受更长时间的载荷,而纤维浸渍不充分以及CNC的团聚会使PBA-a/CNC@CF复合材料性能明显下降。