作为胶粘剂、涂料、复合材料用基体树脂,环氧树脂在航空航天、汽车、船舶、建筑、电子电气等领域扮演着不可或缺的角色。目前,高性能环氧树脂的需求量稳步上升。随着科学技术的发展,现有的环氧树脂体系已不能够完全满足人们关于高性能、高工艺性的要求,尤其是在复合材料大型制件领域,广泛采用的真空辅助灌注工艺,除了对基体树脂本身的机械性能提出了越来越高的要求外,还对环氧树脂粘度具有严苛的要求。因此,设计一种同时具有高强度、高模量、高韧性、高工艺性的环氧树脂体系是目前亟需解决的一个难题。本论文设计了一系列刚性粒子增强环氧树脂。通过选取高韧性的自组装环氧树脂来保证改性后的体系具有足够的韧性。而后,在不损失环氧树脂韧性的条件下,使用刚性粒子与环氧自组装所形成的微区分散相进行复配,来实现体系的增强。论文的主要工作如下:首先,我们设计制备了硫酸钙晶须、硼酸铝晶须、氧化锌晶须和碳纳米管四种刚性粒子对选定的自组装环氧树脂体系进行增强。采用万能拉力机对固化后体系的机械性能进行表征,在硫酸钙晶须添加量为7.5%和10%以及碳纳米管添加量为1%的EPcaSO4-7.5、EPcasO4-1。和EPcNT.1体系中,拉伸模量分别达到了 4.0GPa、4.0GPa和4.1GPa;在碳纳米管添加量为0.5%的EPCNT-0.5中,具有拉伸模量3.6 GPa、拉伸强度88.35MPa、断裂伸长率4.81%的优异性能,体系高强度、高模量和高韧性得到实现。而后,通过分段密度测试以及液氮脆断断面SEM测试来对刚性粒子在环氧树脂中的分散效果进行表征。发现碳纳米管粒子具有良好的分散性而晶须粒子沿重力方向的分散性随着添加量的增加而降低,体系中晶须甚至有团聚现象发生。固化后的环氧树脂体系中,碳纳米管与环氧树脂实现了良好的界面结合,而晶须表面与环氧树脂的结合力则较差。通过拉伸断面SEM测试,表征了在最佳综合性能的体系EPCNT-1中,具有优异的断裂韧性。通过粘度测试,表征了体系EPcNT-1的固化前混合物粘度仅为618 mP·s。上述结果表明,刚性粒子的加入可以有效的提升体系的拉伸模量。刚性粒子的分散效果以及刚性粒子与树脂基体间的界面强度,对体系的拉伸强度起至关重要的作用。在CNT的添加量为0.5%时,体系实现了高模量、高强度、高韧性的改性目标。同时,低的固化前混合物粘度,保证了体系的低黏度工艺性要求。其次针对晶须粒子的加入带来的体系拉伸强度降低等一系列问题,我们设计了纳米二氧化硅增强环氧树脂体系。通过在环氧树脂体系中加入纳米二氧化硅粒子,实现了在环氧树脂固化交联网络中以二氧化硅为主要构成的硬相分散相和以丁基缩水甘油醚(BGE)中脂肪族碳链为主要构成的软相分散相两相并存、复配增强环氧树脂的效果。通过拉伸测试,发现在添加量BGE:SiO2=2:2的EPc:Si-2:2中,实现拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率分别达到了 3.4GPa、87.31MPa、3.71%的刚性韧性同时较高的优异性能。通过AFM对体系微相分离形貌进行表征,环氧树脂中BGE与二氧化硅总添加量对于BGE软相分散相的形成具有重要影响。当总添加量过大时,固化交联网络结构不具有足够的自由体积来容纳所形成的分散相,从而抑制了 BGE分散相的形成。当控制总添加量为一定值时,两相复配的结构得以实现。此时,不同比例的BGE/二氧化硅复合添加剂对于分散相的形成与形貌具有显著影响。之后通过纳米红外和广角XRD对体系中的分散相组分与分散相结构进行表征,揭示结构中所出现的有机分散相是由侧链自组装形成的非晶状团聚相。通过液氮脆断断面对二氧化硅分散相进行表征,表明体系中BGE的存在同样会对二氧化硅粒子的分散产生影响。本文分别通过拉伸断面SEM测试、DMTA测试、粘度测试对体系的断裂韧性、热力学性能、工艺性能进行了表征。结果表明,环氧树脂中以BGE为主要组分的软分相和由SiO2为组成的硬分散相的相互作用对环氧树脂热力学性能的提高有显著的作用,在EPc:Si-2:2中体系同时具有高强度、高模量和高韧性的机械性能。而体系中自组装分散相的存在,使得SiO2的添加量控制在极低水平,从而保证了低黏度的工艺性要求。本文设计的体系满足了现如今真空辅助成型环氧树脂基复合材料领域关于环氧树脂固化物高强度、高模量、高韧性、固化前树脂基体低粘度等一系列亟待解决的技术难点,在环氧树脂基复合材料制件,特别是大型制件领域具有重要的应用价值与应用前景。