环氧树脂基纳米复合材料因其兼具无机纳米粒子和环氧树脂二者优异的综合性能,在航空、汽车、电力电子、建材装饰等众多领域具有十分重要的应用发展前景,引起了人们的广泛关注。在这些纳米材料中又以碳纳米管性能最为突出,因而成为树脂基纳米复合材料填料的主流。制备环氧树脂纳米复合材料目前主要采用加热固化的方式,该方式存在生产周期长、能耗高、污染大、纳米粒子易团聚等一系列缺点。本文采用紫外光引发前线聚合这种快速固化方式来制备碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,以期弥补热固化的不足。另外由于碳纳米管表面能极高,极易团聚,使用时很难分散。因此针对以上情况,本文首先采用“水悬浮法”对碳纳米管进行共价改性,然后利用紫外光引发水平前线聚合法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料,研究了碳纳米管用量及表面接枝率对该复合体系前线聚合行为的影响,最后对碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的性能进行表征,主要研究内容及结论如下:(1)以水为溶剂,通过亚硝酸异戊酯与对氨基苯甲酸的重氮化反应对MWCNTs进行共价改性,在MWCNTs表面成功接枝上了苯甲酸基团。研究表明,对氨基苯甲酸用量不同,MWCNTs表面接枝的苯甲酸基团不同,对氨基苯甲酸相对MWCNTs的最佳用量为5:1;TG和XPS的测试表明苯甲酸基团在MWCNTs表面最高接枝率约为12%;改性后的MWCNTs在有机溶剂丙酮中具有良好的分散性,放置3个月后仍能在丙酮中均匀分散,并未发生沉降;SEM测试表明,改性后的碳纳米管团聚现象减弱,未出现同未改性碳纳米管一样缠结在一起的块状物。(2)利用紫外光引发前线聚合制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,研究了碳纳米管用量以及碳纳米管表面接枝率对前线聚行为的影响。研究结果表明:光引发剂只在引发阶段起作用;热引发剂的最佳用量为2wt%,预热时间不超过1.5min;加入改性碳纳米管后,前线定点温度升高,推动速率增大,推动角减小;随着碳纳米管含量的增加,前线定点最高温度降低,推动速率减慢,推动角随之增大;随着碳纳米管表面接枝率的降低,前线定点最高温度降低,推动角增大;FTIR和DSC测试表明,通过紫外光引发前线聚合的碳纳米管/环氧树脂复合体系的固化产物已经完全固化。(3)对碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的性能测试表明:随着碳纳米管含量的增加,其环氧树脂复合材料的耐热性逐渐增加;碳纳米管改性后对其环氧树脂复合材料的热稳定性有所提升,但提升效果不明显;碳纳米管表面接枝率越高,其复合材料热稳定性越好;随着碳纳米管含量的增加,其环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度呈现出先增大,后减小的趋势,当改性碳纳米管含量为0.4wt%时,玻璃化转变温度最高;加入碳纳米管可使环氧树脂的导热性得到提高,改性碳纳米管/环氧树脂复合材料较未改性碳纳米管/环氧树脂复合材料导热性也有所提升;随着碳纳米管含量的增加,复合材料的冲击强度呈现先增大后减小的趋势,最大冲击强度都出现在碳纳米管含量为0.4wt%,最大冲击强度比纯环氧提高了655.05%,比加入未改性碳纳米管/环氧树脂复合材料提高了34.23%;碳纳米管表面接枝率越高,其复合材料的冲击强度越高;SEM测试表明,纯环氧树脂固化物的冲击断面光滑平整,是典型的脆性断裂,加入碳纳米管后的环氧树脂复合材料断面粗糙,有大量鳞片状结构,表现为典型的韧性断裂,改性碳纳米管含量为0.4wt%和0.6wt%的环氧树脂复合材料断面处,观察到了表面包裹环氧树脂的纤维状结构,而其它含量和加入未改性碳纳米管的环氧树脂复合材料中并未观察到此现象;碳纳米管表面接枝率越高,其复合材料冲击断面形貌越粗糙,表明其力学性能越好。