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碳纤维增强环氧树脂基复合材料(CFRP)由于质量轻、耐酸碱腐蚀、力学性能优异的特点,已经被广泛应用于航空、航天和汽车等诸多领域。但是,作为一种各向异性材料,其横向力学性能较低、层间剥离现象严重,当受到强大载荷作用时,基体极易被破坏,无法很好地起到传递载荷的作用。目前,使用官能化碳纳米管(CNTs)对其进行层间改性的方法是解决此类问题的有效途径之一,CNTs通过自身特殊的官能团可以很好地参与体系的固化交联反应,显著地提高了其模量和强度。然而,CNTs聚集严重、分散性差、与基体间界面结合效果不佳等现象的出现又会极大地影响其材料制品的综合性能。针对以上问题,本课题进行了一系列的基础探究实验。(1)将羧基化碳纳米管(MWCNT-COOH)表面进行酰胺化和环氧化处理,制备得到MWCNT-NH2和MWCNT-BGE,实验探究表面官能化对其分散性的影响,而后,与环氧树脂TDE-85进行预反应得到两种新型产品:MWCNT-NH2/环氧树脂预分散体和MWCNT-BGE/环氧树脂预分散体,观察其微观形貌。分析结果表明,MWCNT-NH2和MWCNT-BGE很好地提高了其与基体间的浸润性,改善了其在乙醇中的分散效果。透射电镜图中能够看出,新型MWCNT-NH2/环氧树脂预分散体表现出一种被“包裹”状的紧密球体结构,MWCNT-BGE/环氧树脂预分散体则表现为一种蓬松的空间网状结构,其周围布满了向外伸展的“触须”。将上述不同种类的官能化CNTs添加到各类溶剂和液体固化剂中,分析探究影响其分散稳定性的因素,结果表明,溶剂的极性、液体固化剂的黏度、颗粒的粒径大小以及外界环境温度的高低都会直接或间接地影响其悬浮液的分散稳定性。(2)将MWCNT-NH2和MWCNT-BGE均匀地分散到EP/酸酐(TDE-85/MTHPA/MNA)体系中制备得到相应浇注体,探究不同官能化CNTs的添加对其固化行为、力学性能、热学性能和介电性能的影响。结果显示,MWCNT-NH2和MWCNT-BGE很好地参与了TDE-85/MTHPA/MNA体系空间固化交联网络的形成,0.5 wt%的添加量,可以使体系的反应热分别提高44.9 J/g和59.3 J/g,浇筑体的玻璃化转变温度(Tg)最高分别提升11.8 ℃和14.1 ℃,热分解温度(Td)最高分别提升11 ℃和10.25 ℃,CNTs的添加很好地起到了填充补强的作用,浇注体的介电性能和力学性能也都有不同程度地改善。(3)将具有特殊空间网状结构的MWCNT-BGE/环氧树脂预分散体通过喷涂的工艺手段转移到CFRP的层间部分,热压成型制得相应层合板制品,探究MWCNT-BGE/环氧树脂预分散体的加入对其制品性能的影响。结果表明,借助CNTs和碳纤维(CF)自身优越的导电性能,改性后的CFRP内部形成了一个3D立体空间导电通路网,0.5 wt%预分散体/CF材料制品的Z轴电导率值可以高达2.87 S/cm,同时,由于拔出、桥连和阻止裂纹增长作用明显,使得其力学性能良好,层间剪切强度(ILSS)值始终保持在标准值以上,充分满足了航空航天领域的使用要求。