碳纳米管纤维是碳纳米管的一维有序组装结构，实现了碳纳米管从微观到宏观的有效转化。碳纳米管具有优异的力学和电学性能，而在组装成纤维后这些性能并没有得到良好的转化，因此，研究人员一直在寻找可以提高碳纳米管纤维力学和电学性能的有效方法。碳纳米管纤维复合材料是碳纳米管纤维未来应用的主要方向之一，在结构材料和功能材料方面都有重要的潜在应用，因此研究碳纳米管纤维的动态力学性能及纤维与树脂的界面性能也非常有意义。本文以碳纳米管纤维为基础材料，重点围绕其力学性能展开了一系列研究，首先采用低功率超声振动、酸碱氧化、高温碳化、石墨化的后处理方式对有捻的碳纳米管纤维进行了后处理，然后针对碳纳米管特有的组装性能，对其宏观一维组装结构进行了取向化结构设计，进而研究了碳纳米管纤维与树脂的界面结合性能，不同组装结构的碳纳米管纤维的动态力学性能，并初步研究了碳纳米管纤维复合材料的力学性能。本文的主要研究内容和结论如下：　　1）后处理对碳纳米管纤维力学和电学性能的影响。采用低功率超声振动、酸碱氧化、高温碳化、石墨化等方式，对有捻的碳纳米管纤维进行后处理，可以在一定程度上提高纤维的力学、电学、热学性能。低功率超声可以促使小分子进入碳纳米管纤维内部形成更好的结合，将尺寸在1 nm左右的含有一个苯环的小分子通过超声方式与碳纳米管纤维结合可以提高纤维的力学性能；将尺寸为0.3-0.5 nm左右的氯金酸和氯铂酸与碳纳米管纤维结合，可以在维持纤维力学性能的同时，提高其电学性能；氧化处理对纤维的形貌和结构均有较大影响，酸氧化效果较好，碱处理容易对纤维造成破坏，酸氧化对纤维的影响主要表现在降低纤维空隙、提高管间结合程度、增加表面官能团等三个方面，这三个方面直接影响到纤维的力学和电学性能，王水处理后纤维的导电性最好，硝酸处理后纤维的力学性能最好；高温碳化和石墨化可以大大提高纤维的石墨化程度，尤其在2500 ℃处理后纤维的G/D比达到22.1，高温处理后纤维的力学性能有所上升，同时也表现出较明显的不均匀性，由于石墨化容易破坏碳管间无定型碳的原位连接，影响到电子传输，纤维的电学性能下降，同时热分解温度提高和热分解速率下降。　　2）碳纳米管纤维的取向化结构设计及力学性能研究。通过凹槽型集束和拉丝模集束的方式可以得到碳纳米管的取向化结构，实现碳纳米管沿纤维轴向的取向排列；纤维截面形状和密度由集束口形状和尺寸决定，取向结构的扁丝和无捻纤维力学性能优于有捻纤维，由于在成型时已经达到较高的密度，溶剂和集束压力角对扁丝和无捻纤维的进一步致密化效果不明显；将取向化的碳管与UHMWPE纤维复合，再经过热牵伸处理，得到的纤维力学性能优于UHMWPE纤维自身的力学性能，同时还赋予纤维一定的导电性。　　3）碳纳米管纤维的动态力学性能研究。根据碳纳米管的特殊结构在原有Kelvin弹簧和黏壶理论的基础上，引入了滑动摩擦?，并在此模型的基础上进行了公式拟合，经过数据换算得到了适用于碳纳米管纤维损耗因子的计算公式，并通过实验数据对其进行了初步验证；设计了具有不同结构的碳纳米管纤维，通过调整加捻程度、碳管的网络程度、设计复合结构等方式得到了具有不同损耗因子的碳纳米管纤维，也就是说通过结构控制可以实现对损耗因子的调控；碳纳米管纤维束随着并股根数的增加，损耗因子呈上升趋势，与碳纤维、棉纱、尼龙丝等纤维相比，体现出比较明显的应用优势。　　4）碳纳米管纤维与树脂的界面结合特性研究。以提高纤维与树脂之间的界面剪切强度(IFSS)为出发点，采用微滴包埋的方法对碳纳米管纤维和环氧树脂的界面性能进行了研究。通过改变纤维表面结构、表面粗糙度、提高树脂对纤维的浸润性以及在纤维与树脂之间引入中间层和“分子桥”的方法，使碳纳米管纤维与树脂间的界面剪切强度得到了逐步提高；在纤维表面用硅烷偶联剂做“分子桥”，既能与碳纳米管纤维形成良好结合，又能与树脂形成共价结合，使两者的界面剪切强度从原本的45.4 MPa提高到64.4 MPa；进一步将提高界面剪切强度的方法应用于多股纤维，发现随着并股数量的增加，有捻单根纤维的平均承载能力有下降趋势，并合到100股时可以维持60％左右，而100根扁丝的并股后，单根纤维的承载能力基本可以维持单根纤维的承载能力，甚至还有所提高，更进一步体现了扁丝的结构优势。　　5）碳纳米管纤维/环氧树脂复合材料力学性能研究。碳纳米管纤维复合结构中扁丝的扁平结构更有利于碳纳米管与树脂之间的结合，与有捻圆形纤维相比，扁丝/环氧复合结构中扁丝之间的相互作用更明显，除了相邻层间作用外，还有部分扁丝在多个层间进行穿插，使复合结构的层间作用得到增强；热压处理有利于进一步提高扁丝之间以及扁丝/树脂之间的相互作用，扁丝/树脂复合结构经过热压处理后，表面平整光滑，力拉伸强度比没有热压的提高了15%-35%；偶联剂的分子架桥作用可以进一步提高扁丝与树脂之间的结合作用，可将复合材料的拉伸强度提高到200MPa以上。　　之间以及扁丝/树脂之间的相互作用，扁丝/树脂复合结构经过热压处理后，表面平整光滑，力拉伸强度比没有热压的提高了15%-35%；偶联剂的分子架桥作用可以进一步提高扁丝与树脂之间的结合作用，可将复合材料的拉伸强度提高到200MPa以上。