高分子材料具有轻质、高强、防水及耐腐蚀等优异性能，在航空航天、汽车制造以及电子工业等领域得到了广泛应用。传统的高分子材料均以不可再生的石油为原料制备，在自然界中很难降解，其大量使用引发了严重的环境及能源危机。因此，开发性能优异的可生物降解聚合物一直是高分子材料领域研究的热点。聚乳酸(PLA)是目前最具开发应用价值的可生物降解聚合物，但其线性分子链结构导致其韧性较差，而现有的增韧改性技术存在增强增韧的矛盾。此外，PLA基体材料的力学强度及刚度较低，限制了其广泛的工程应用。因此，本文采用刚/柔混合改性剂改善PLA基体及其玄武岩纤维增强PLA基复合材料的强度及韧度，研究了PLA基复合材料在静力学及低速冲击加载作用下的力学性能及相关的增韧机理。主要内容包含以下几个方面：
　　合成了以刚性纳米二氧化硅(SiO2)为核，柔性聚丙烯酸丁酯(PBA)为壳的刚柔两相核壳纳米颗粒，采用共混颗粒的方式改性PLA。研究了刚性SiO2颗粒及核壳纳米颗粒对PLA基体以及天然黄麻纤维增强PLA基复合材料的强度及韧度的影响。结果得出相比于刚性颗粒，核壳颗粒能够对PLA基复合材料产生更显著的增强增韧作用。
　　建立了刚性颗粒和核壳颗粒增强聚合物基复合材料的细观力学模型，采用内聚力区域模型和连续损伤模型分别模拟了颗粒的界面脱粘及基体的损伤扩展，研究了两种增强材料在单轴拉伸载荷作用下的失效过程。结果发现在刚性颗粒表面接枝橡胶外壳会明显改变材料的失效机理。此外，探究了核壳颗粒外层橡胶壳的厚度对核壳颗粒增强复合材料失效过程的影响，得出基体的损伤起始位置会随橡胶壳厚度增加由颗粒两极处转向赤道处。
　　通过实验方法进一步研究了核壳颗粒中橡胶壳厚度对PLA拉伸行为的影响及相关的增韧机制。采用开环聚合方法制备了刚性SiO2内核粒径为300nm，可降解柔性聚(己内酯-co-丙交酯)(PCLLA)橡胶壳厚度分别为0、6、10、18、25及31nm的环保核壳纳米颗粒。通过采用溶液浇铸方法制备了核壳纳米颗粒改性的PLA复合材料，通过拉伸测试、小角X射线散射(SAXS)、广角X射线衍射(WAXD)以及表面形貌表征等手段研究了PLA拉伸性能及增韧机制随橡胶壳厚度的变化规律。实验发现通过调控橡胶壳厚度不仅能够实现PLA增强增韧的平衡，还能使PLA发生脆韧转变。
　　针对上述PLA基体材料强度及刚度较低的问题，为进一步拓宽可降解材料的应用范围，以高比强和高比刚的天然连续玄武岩纤维(BF)作为增强相，用本文提出的改进的真空袋辅助预浸料工艺制备玄武岩纤维增强聚乳酸基(BF/PLA)环境友好复合材料。为了改善这种环境材料的界面性能，以纳米SiO2和柔性聚己内酯(PCL)组成的刚性-柔性纳米混合涂层改性纤维表面，研究了混合涂层中刚性相与柔性相的比例以及混合涂层的质量分数对BF/PLA复合材料拉伸、弯曲及I型层间断裂韧性的影响。得到了能使BF/PLA复合材料强度及断裂韧性都得到显著提升的最佳涂层类型及含量。同时，基于材料断裂表面形貌特征及数字图像相关技术分析了纤维表面混合涂层改性产生的增强机理。
　　对BF/PLA层合板复合材料的抗低速冲击性能进行了研究。分析了经各种涂层改性BF表面后，层合板材料分别在低(20 J)、中(60 J)及高(90 J)冲击能量下的动态响应过程。采用X射线(X-ray)计算机断层扫描(CT)无损检测方法探测了试件内部的损伤情况，分析了不同冲击能量下材料的失效模式，给出了纤维表面改性对材料吸能机制的影响。