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碳纤维复合材料具有高比强度、优异的弹性模量以及良好的热稳定性能,已被广泛用作航空航天应用的结构材料。然而,碳纤维复合材料层间存在着明显缺陷,导致材料的层间韧性下降,容易发生分层损伤。研究人员经过大量研究发现,造成这样的问题的原因主要和基体环氧树脂的脆性有关。因此,通过简单、经济、有效的方法对环氧树脂进行增韧改性,可以有效地改善碳纤维复合材料易分层以及脆性断裂的问题,对于提高碳纤维复合材料在多种载荷作用下的机械性能和稳定性等具有非常重要的意义。本文选取了高性能的热塑性树脂——双酚A型聚砜（PSF）来对环氧树脂（EP）进行增韧改性。首先,采用热熔法制备了PSF/EP共混体系,研究了PSF在EP中的溶解性能及其共混体系的固化反应动力学。结果表明,PSF和EP具有良好的相容性,PSF加入到EP中可以促进EP的固化,但没有影响其固化机理。在此基础上,制备了PSF/EP浇注体,系统地研究了不同PSF含量对PSF/EP浇注体性能的影响。实验结果表明,PSF的加入使得EP的弯曲强度,断裂韧性和冲击强度得到了明显改善,分别提高了18.5%,89%和65.3%,但浇注体的拉伸性能有所下降;在环氧树脂固化过程中,基于反应诱导相分离的机理,PSF从共混体系发生相分离形成聚砜相;PSF/EP浇注体的微观形貌随着PSF含量的增加,依次呈现海岛结构、双连续结构和部分相反转结构;与此同时,PSF的加入提高了环氧树脂的热稳定性。以上研究表明,PSF的加入能改善EP的韧性,但是PSF的加入导致EP的拉伸性能有所下降。为了提高EP的拉伸性能,本文提出了在PSF/EP共混体系中加入少量氧化石墨烯（GO）,以弥补PSF的加入导致EP拉伸性能下降的缺陷。本论文通过将石墨烯进行氧化处理,然后研究不同GO含量对PSF/EP结构与性能的影响。实验结果表明,石墨烯经氧化改性后在环氧树脂中的分散性得到显著提高;GO也促进EP的固化,但也没改变其固化机理;当GO的含量为0.5wt%时,GO/PSF/EP三元复合材料的机械性能达到最佳,复合材料的拉伸强度、弯曲强度、断裂韧性和冲击强度分别为83.65MPa、121.38 MPa、1.95MPa·m1/2和59.7J/m,相对于PSF/EP共混体系分别提高了37.0%、12.7%、27.4%和56.2%;在PSF/EP中添加GO时不仅仅可以进一步改善复合材料的韧性,同时也保证EP的强度不下降,这可能和复合材料在受到外力时,内部的氧化石墨烯片层的可以进行裂缝偏转和层间分离有关;随着GO含量的增加,复合材料的耐热性能发生下降,但相对于纯EP仍有所提高。通过对PSF/EP体系的研究,可以通过用PSF增韧改性EP来改善碳纤维复合材料的层间韧性。然而,PSF本身分子量比较大,导致了PSF/EP体系的粘度的增加,这和真空辅助灌注成型（VARI）成型工艺要求的树脂的低粘度相冲突。因此,很难用PSF/EP共混树脂直接作为灌注树脂,通过VARI成型来制备碳纤维复合材料。本文利用静电纺丝法的方法制备了聚砜纳米纤维膜,在不增加树脂体系粘度的情况下,通过层间均匀铺放PSF纳米纤维膜的方式引入聚砜,既没有影响VARI的工艺性能,又实现了复合材料的层间增韧。研究结果表明,PSF纳米纤维膜和EP有着良好的溶解性,在环氧树脂固化过程中会发生反应诱导相分离,从而形成聚砜增韧相。通过Ⅰ型层间韧性研究发现,当碳纤维复合材料层间的聚砜纳米纤维膜含量低于15g/m2时,其对碳纤维复合材料的层间增韧效果不明显;当聚砜纳米纤维膜含量为15、20 g/m2时,相对于未增韧的复合材料,复合材料的GⅠC-Prop分别提高了27.5%、37.3%;其中,当PSF纳米纤维膜添加量为20 g/m2样时,碳纤维复合材料的GⅠC-Prop可达到最大值613.84 J/m2。因此,本文通过对环氧树脂进行增韧改性,提出的复合材料的层间增韧的方法,在不增加液体成型时体系粘度的前提下,可以显著改善碳纤维复合材料层间韧性,为液体成型在碳纤维复合材料的工业化大规模应用提供了有效的技术路线。