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随着碳纤维增强树脂基复合材料在国民经济各个领域的广泛应用,人们对复合材料的界面及抗疲劳性能提出了更高的要求。然而,由于树脂对纤维的不良浸润及碳纤维与树脂基体性能失配等因素,复合材料在动静态载荷作用下容易发生界面脱粘并提前破坏。为此,本课题以界面过渡层理论为基础,将碳纳米管引入到界面相中并构筑一种模量处于碳纤维和环氧树脂间的界面过渡层,并探讨了该界面过渡层对复合材料界面及抗疲劳性能的强化机制,为多尺度复合材料的制备及改进提供新的思路。为了提高碳纳米管在水中的分散性,本文首先是通过混酸氧化法制备了氧化碳纳米管(OCNTs).然后采用一种连续电泳沉积的方法将OCNTs沉积到碳纤维表面,通过调控电泳沉积时间控制OCNTs的含量。采用树脂传递模塑成型技术制备多尺度增强复合材料。测试后发现,多尺度复合材料的剪切及弯曲性能在很大程度上依赖于碳纳米管在界面中的分布情况。当电泳沉积时间为5min时,碳纳米管在纤维表面的分布较为均匀,复合材料的界面剪切强度、层间剪切强度、弯曲强度及弯曲模量相比OCNTs引入前分别提高了33.0%,10.5%,9.46%和15.4%,而当电泳沉积时间延长至7min时,过多的碳纳米管在纤维表面团聚,复合材料的剪切及弯曲性能有所下降。此外,经30,000次弯-弯模式下的疲劳损伤后,多尺度复合材料的剩余弯曲强度保留率还提高了3.3%。这说明引入OCNTs后复合材料的界面及抗疲劳性能都有了一定程度的提高。为了明确OCNTs对复合材料的增强机理,论文分别采用扫描电镜的元素分析功能以及力调制原子力显微镜的对含有OCNTs的复合材料的界面结构进行了分析。结果发现,实验采用的工艺能在纤维和增强体间成功构筑界面过渡层,过渡层的碳元素含量和模量介于环氧树脂和碳纤维之间。模量中等的界面过渡层能在复合材料动静态加载过程中有效地传递载荷,从而提高复合材料的整体力学性能。