水性环氧树脂涂料以其加工的便利性以及低VOC排放等优点被广泛应用于轨道交通领域的各个方面。但是,与溶剂型涂料相比,其在力学性能、耐磨性能、耐腐蚀性能等方面仍存在较大差距,导致其在复杂、苛刻环境下应用受限。水环境下乳液分散相对较差以及固化过程中水分蒸发缓慢使涂料基体缺陷增多、致密度下降,是导致上述问题的主要原因。近年来国内外科研工作者对水性环氧树脂的改性进行了深入研究。其中,高分子聚合物共混改性和填料改性成为近几年的研究热点,是改善其综合性能的有效方法。目前两种改性方式的关键均是选择合适的共混物,并通过特定官能化改性以提高他们与水性涂料基体的相容性与分散性。本论文通过乳液聚合法制备了内含环氧树脂的氟化聚丙烯酸酯复合乳胶粒。将其与环氧树脂共混制备了具有聚合物互穿网络结构（IPN）的氟化聚丙烯酸酯/环氧树脂复合涂料,并以此为基体进行后续研究。为进一步提高复合涂料的力学性能和耐磨性能,选择石墨（Gr）以及碳纳米管（CNTs）作为增强填料,并通过氟化处理以及聚多巴胺（PDA）包覆等方法进行表面改性,制备改性填料。选择氧化石墨烯（GO）填料提高复合涂料对腐蚀介质的阻隔作用,并引入聚吡咯（Ppy）和铈离子（Ce+）作为缓蚀剂,制备同时负载两者的GO改性填料来提高复合涂料的耐腐蚀性能。制得的复合涂料在力学性能、耐磨性能以及耐腐蚀性能上有显著提升,为制备应用于苛刻工况下的水性涂料提供了研究方向。本论文通过各种检测手段研究了复合乳胶粒和改性填料的微观形貌、化学成分及修饰机理,并对复合涂料进行了宏观性能测试。同时,运用分子动力学模拟（MD）研究了复合涂料性能改善的微观机理。论文研究得出的主要结论如下:（1）氟化聚丙烯酸酯乳胶颗粒中的环氧树脂在复合涂料制备过程中起到了桥接作用,解决了含氟组分与水性环氧树脂相容性较差的问题。引入的聚合物与树脂基体分子链强迫互溶,形成致密的IPN结构。复合涂料的储能模量和阻尼性能分别提高了33.2%和26.8%,磨损量下降了50.6%。复合涂料低频阻抗提高了3.4倍,分子动力学模拟得到O2和Cl-的扩散系数,两者分别下降了41.2%和48.2%,涂料的耐腐蚀性能得到明显提升。（2）改性后的Gr和CNTs填料,由于表面氨基化或氟化增强了与基体间的相互作用,团聚现象明显减弱。良好的分散性致使复合涂料力学性能和耐磨性能显著提升。PDA改性效果最佳,当Gr-PDA添加量为1 wt%,CNTs-PDA添加量为0.5 wt%时复合涂料储能模量提升最大,可达40%以上。Gr类填料会破坏复合涂料的耐磨性能,而CNTs类填料则能有效提高涂料的耐磨性能。分子动力学模拟结果表明,Gr填料在切向应力作用下层间发生相对滑移,导致基体中分子链迁移增多,耐磨性能欠佳。对于CNTs填料,其“铆钉作用”导致分子链不易脱落,耐磨性能显著提升。（3）聚吡咯和铈离子通过促进保护膜的形成共同发挥缓蚀作用。氧化石墨烯能够增加腐蚀介质扩散路径增强阻隔效应,并且由于其水溶性优异能够带动负载的缓蚀剂实现均匀分散,有利于基体表面生成均匀的钝化层。改性填料能够显著提高复合涂料腐蚀性能,复合涂料低频阻抗提高了一到两个数量级。