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压拉平衡是第三代复合材料的重要发展方向,然而现阶段的碳纤维树脂基复合材料压缩性能偏低制约了其作为航天航空领域主/次结构件的应用,因此如何提升碳纤维树脂基复合材料纵向压缩强度已成为学术界和工业界的热门研究。复合材料压缩失效过程中,随外部载荷增加,碳纤维失去树脂的侧向支撑而发生弹性屈曲,并逐渐演变为塑性扭结直至纤维断裂,当界面结合较差时将直接发生分层破坏导致提前失效,因此复合材料压缩失效行为与纤维、树脂和界面三要素密切相关。而增加纤维弹性模量和直径可以提高其抗屈曲能力,提高树脂基体弹性和剪切模量可以增加对纤维的横向支撑作用,增强树脂与纤维界面结合则可以避免塑性扭结阶段的分层破坏失效。为此本论文设计了无机纳米增刚树脂体系,开展了纳米粒子-树脂的刚/柔界面相与增刚树脂体系模量的关联性研究;开发了“有机无机协同”增刚的树脂体系,建立了树脂模量与碳纤维复合材料界面性能和纵向压缩强度的关联机制;设计了碳纳米管膜层间增强增刚的复合材料,探究了层间界面和刚度与复合材料压缩性能的关联,实现了复合材料纵向压缩强度的多层次提高。1.设计制备了柔性聚乙二醇二缩水甘油醚（PE）、刚性脂环族环氧（CE）和半刚性双酚A型环氧树脂（DE）接枝纳米二氧化硅（SiO2）,研究了不同接枝链结构对环氧接枝SiO2表面构象和特性的影响,评价了环氧接枝SiO2与环氧树脂的浸润性,及其在乙醇和环氧树脂中的分散状态。根据分子动态（MD）模拟和表面形貌分析,PE接枝链在SiO2表面卷曲,接枝链层厚度较薄且紧密,CE接枝链在SiO2表面呈现伸展构象,接枝链层厚度较宽且疏松,DE接枝链则为半伸展、半卷曲状态,接枝链层厚度与致密程度介于二者之间;与未接枝SiO2相比,SiO2-PE、SiO2-CE、SiO2-DE表面自由能提高,在乙醇与环氧树脂中的分散状态和稳定性均得到改善。分别以上述四种SiO2设计制备了无机纳米增刚树脂体系（TDS,TDSP,TDSC,TDSD）,研究了接枝链构象特性与界面相结构和性能的关联,并考察了无机纳米增刚树脂的弹性模量对碳纤维复合材料纵向压缩强度的影响。与TDS增刚树脂相比,TDSP、TDSC和TDSD增刚树脂中SiO2表面的环氧接枝链与树脂分子间发生相互渗透及界面化学反应,使界面相厚度分别扩大为44±5、70±12和53±4 nm,界面相模量分别增加至25.55、37.65和33.59 GPa;纳米粒子-树脂界面相厚度与模量的提升导致TDSP、TDSC和TDSD增刚树脂的弹性模量提高为4126±51、4277±51和4220±37 MPa;相比于CF/TDS复合材料,CF/TDSP、CF/TDSC和CF/TDSD复合材料的纵向压缩强度分别提升了14.7%、19.3%和19.1%,这是由于高模量树脂增强了对碳纤维的侧向支撑作用,减小了复合材料压缩失效时的纤维屈曲程度。2.分别制备了未增刚、有机酰胺酸（AA）增刚、AA与环氧接枝SiO2（SiO2-DE）协同增刚环氧树脂体系（TD,TDA,TDAS）,分析了“有机无机协同”增刚机理,研究了树脂模量对碳纤维复合材料（CF/TD,CF/TDA和CF/TDAS）界面性能的影响;基于模型计算和实验验证,分析了树脂模量、界面性能对复合材料纵向压缩强度的影响,建立了碳纤维复合材料弹-塑性压缩失效模型。相比于未增刚的TD树脂（3529±125 MPa）,有机AA增刚的TDA树脂模量提升了18.9%,而AA和SiO2-DE的协同作用使TDAS树脂模量提高34.4%;树脂模量的提升改善了CF/TDA和CF/TDAS复合材料的界面结合和失效形式,横向纤维束拉伸强度（TFBT）分别提升27.1%和63.5%,层间剪切强度（ILSS）分别提高了36.4%和61.8%;根据Jumahat预测模型,相比于CF/TD复合材料,CF/TDA和CF/TDAS复合材料理论纵向压缩强度提升了10.9%和21.0%,与实际测试结果具有较好的吻合性;树脂模量的提高延迟了弹性阶段纤维微屈曲的发生,界面性能的改善减少了纤维与树脂脱粘而导致的局部失效,从而使复合材料压缩的弹性和塑性应力同步提升。3.基于化学气相沉积（CVD）得到的碳纳米管薄膜（p-CNT-f）,以热熔预浸方式制得碳纳米管/环氧树脂复合膜（c-CNT-f）,分别用于层间增强增刚碳纤维复合材料,探究了碳纳米管（CNT）和复合膜对复合材料层间界面和刚度的影响,建立了层间增强增刚与复合材料压缩失效的关联机制。相比于p-CNT-f,c-CNT-f改善了CNT膜表面的化学特性,增强了树脂基体对CNT膜的渗透与浸润,并提高了CNT膜拉伸性能;与CF/TDA复合材料相比,CF/TDA/p-CNT-f的ILSS未发生变化,而CF/TDA/c-CNT-f复合材料提高了18.5%;CF/TDA/p-CNT-f和CF/TDA/c-CNT-f复合材料面内剪切模量分别提升了12.4%和16.0%,纵向压缩强度分别提升了16.3%和22.3%。层间区域c-CNT-f的桥接作用提高了层间界面结合,缓解了压缩过程中的分层破坏;同时CNT膜的引入提高了层间富树脂区域的刚度,增加了对纤维的横向支撑作用,实现复合材料纵向压缩强度的提高。