碳纳米管(CNTs)由于其独特的结构和传递特性,而具有优异的力学、电学、热学、光学和电磁学等特殊性能,用作为聚合物基体特种功能增强材料已经受到了各界研究者的广泛关注。纳米复合材料能够很大程度上增强聚合物材料的性能,使其应用更加广泛。然而,CNTs在聚合物基体中缠结团聚严重及分散性和界面结合力差,从而严重制约了CNTs在聚合物基体领域应用。环氧树脂(EP)是一种常用的热固性树脂,在工业中广泛应用。用CNTs增强EP,可以制备高性能的CNTs/EP复合材料,使环氧树脂的应用更加广阔。　　为了解决 CNTs/EP复合过程中存在的基本问题,从而制备高性能复合材料,本工作研究内容分为三个部分,主要从CNTs在EP基体中的分散和界面结合的角度出发,研究了CNTs与EP复合材料的制备与表征,通过对复合材料的微观结构、热性能、和力学性能的表征,分析了改性后的CNTs在EP中的作用机理。　　在第一部分研究内容中,主要研究了在Fenton试剂作用下聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)修饰CNTs。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、热失重(TGA)、接触角等方法进行表征。结果表明,利用Fenton试剂分解出的具有强氧化性的HO·,可以使PVP对CNTs的传统的物理包覆改性变为具有共价键作用的化学改性,同时可以实现羟基化改性,同时也使PVP的接枝率显著提高;改性后的CNTs在乙醇和丙酮溶剂中具有良好的溶解性;当H2O2/FeCl2摩尔比为10/1时对应的接枝率要高于H2O2/FeCl2摩尔比为5/1的,随着PVP用量的增加,接枝率有增加的趋势,但增幅较小,说明在此用量范围内,PVP用量不是决定接枝率的主要因素;只经过PVP表面包覆的CNTs和Fenton试剂和PVP同时处理的CNTs都比原始CNTs的亲水性好,而且Fenton试剂和PVP同时处理的CNTs的亲水性更好,说明两者同时处理能更大程度地提高CNTs的亲水性。　　在第二部分研究内容中,采用水热法PVP表面包覆改性CNTs,利用水热法提供的高温高压环境,加速传质过程,从而可以提高处理效率和效果。具体研究考察PVP浓度、温度、保温时间以及PVP类型等影响因素,采用SEM、FTIR、TGA、接触角等手段对其进行了表征与分析讨论。研究结果表明,水热法较常用的常压法相比,可以显著提高CNTs的PVP包覆率,且使PVP同CNTs之间具有更强的作用力,同时使处理效率有较大提高;PVP用量、保温时间和PVP种类是影响PVP包覆率的主要因素,包覆率随着PVP用量和保温时间及PVP分子量的提高而提高,但在PVP用量达到一定量后该影响变弱,随保温时间延长出现最大值后又会下降;较原始CNTs相比,改性后的CNTs与水的亲和性大大改善,表现为接触角显著降低,同时在水中的分散性极大改善,几乎可以实现单分散;同时改性后的CNTs在乙醇和丙酮中的分散性也大大改善。　　在第三部分研究内容中,利用水热PVP修饰后的CNTs分别在NaOH和HCl溶液作用下,先后发生PVP的水解反应和聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸钠的置换反应从而制备出改性的CNTs,采用SEM、FTIR、TGA、DSC等方法进行表征。研究结果表明改性后的CNTs较原始CNTs在丙酮溶剂中的分散性更好;经过水解和置换反应后的CNTs在水中的分散性明显提高,在光学显微镜下已经看不到像原始CNTs那样很明显的团聚现象了,亲水性能得到很大地提高。　　在第四部分研究内容中,利用第一和第三部分中制备的PVP修饰的CNTs,制备CNTs/EP复合材料,采用SEM、FTIR、TGA、DSC、力学性能测试等方法进行表征。Fenton试剂和PVP同时修饰的CNTs与EP的界面作用显著改善,与未改性CNTs相比对EP纳米复合材料的综合性能更有利;在0.25wt％含量下,显著提高了EP纳米复合材料的冲击强度和玻璃化转变温度,弯曲强度略有提高,弯曲模量略有降低,热稳定性基本不发生改变;聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸修饰的CNTs与EP的界面作用显著改善,与原始CNTs相比对EP纳米复合材料的综合性能更有利。在0.25wt%含量下,虽然弯曲模量降低了,但使EP纳米复合材料的冲击强度提高了50.1%,弯曲强度提高了6.05%,同时玻璃化转变温度也略有提高,热稳定性基本不发生改变。