随着节能减排和保护环境的需求日益迫切,轻量化设计方面的研究越来越多。交通运输领域,尤其是航空空运和新能源汽车已经开始采用一些新材料实现减重目标,其中碳纤维增强复合材料以其高比强度、高比模量等优异的性能受到广泛青睐。目前,碳纤维复合材料的整体成型很难实现,因此部件之间的连接不可避免。如何在保证结构完整性的基础上尽可能降低结构性能的损失给轻量化设计带来了很大挑战。胶接连接方式很好地解决了以上问题,但胶粘剂的性能优化仍然需要进一步研究。本文选择东邦STS40碳纤维增强的复合材料层合板,并对0°、90°和±45°三种碳纤维铺层方式的层合板进行力学性能测试,最终选用0°铺层的碳纤维增强复合材料作为胶接基板。然后,选择石墨烯和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种纳米材料,分别单独和按照质量比例(1:1)混合改性环氧胶粘剂。制备了碳纤维增强复合材料层合板的单搭接剪切试样,通过拉伸实验测试了改性前后环氧胶粘剂的剪切强度和断裂延伸率;运用SEM分析了改性前后的环氧胶粘剂胶层断裂机理;结合热失重分析(TGA)和差示扫描量热实验(DSC)研究了纳米材料改性对于环氧胶粘剂热学性能的影响。剪切实验结果表明,石墨烯和MWCNTs改性提高了环氧胶粘剂的界面粘附力,提高了单搭接试样的剪切强度和断裂延伸率;对比单独改性和混合改性的结果表明,石墨烯和MWCNTs改性具有协同作用,当添加0.5wt%石墨烯和MWCNTs为混合改性时,改性效果最好,剪切强度提高34.52%,断裂延伸率提高43.16%。TGA测试结果表明,石墨烯和MWCNTs改性对环氧胶粘剂热学性能同样具有协同作用,混合改性添加量为0.75wt%时,胶粘剂的分解温度最高,因此热稳定性最好;DSC实验结果表明,纳米材料改性对环氧胶粘剂的玻璃转化温度的影响较小。当纳米材料含量过高时,改性效果受到团聚的影响,胶粘剂力学性能和热学性能的增强效果都受到影响。