碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)由于其本身优异的物理力学、电学和热学性能一直被认为是复合材料理想的增强材料。近年来，CNTs增强聚合物复合材料的研究已成为CNTs应用研究的一个新热点。本文在CNTs及碳纤维表面改性处理的基础上，在传统的碳纤维增强树脂基复合材料中引入CNTs，制备了CNTs/碳纤维增强环氧树脂复合材料。并对复合材料的力学性能进行了研究。　　首先，针对现有的强酸氧化处理过程对CNTs损伤较大的问题，研究了CNTs的羧基化处理工艺，即利用傅克酰化法将1，3，5-苯三甲酸接枝到MWCNTs表面。研究了混酸体系对MWCNTs处理效果的影响，并对酰化反应机理进行了探讨。结果表明，采用傅克酰化法对MWCNTs表面进行改性处理，实现了MWCNTs表面化学改性的同时保持了MWCNTs结构的完整性。反应体系中多聚磷酸/五氧化二磷/磷酸(PPA/P2O5/PA)质量比为20/5/1～20/5/2时，MWCNTs微观结构特性达到最优。傅克酰化反应主要使MWCNTs缺陷位的sp2C-H基团发生质子化，与PPA/P2O5/PA体系中苯三甲酸的(C=O+)基团发生亲电反应。反应后MWCNTs表面无定形碳原子数量减少，热稳定性提高。同时，羧基化处理提高了MWCNTs在有机溶剂中的分散性和与聚合物的相容性。改性后MWCNTs表面的功能基团可以与环氧树脂中的环氧基团之间发生开环聚合反应，从而提高了MWCNTs增强环氧树脂复合材料的力学性能。　　其次，采用氨水/硝酸复合处理方法对碳纤维表面进行改性处理，并与单一氨水刻蚀处理和硝酸氧化处理相比较。结果表明:氨水刻蚀处理后碳纤维表面粗糙度增大，但是元素含量和化学组分并未发生变化;硝酸氧化处理后碳纤维表面粗糙度增大，含氧官能团数量增加;氨水刻蚀/硝酸氧化复合处理后，碳纤维获得表面含氧官能团活性表面的同时，表面粗糙度达到最大。表面处理改善了碳纤维与蒸馏水的浸润性，浸润接触角增大。氨水刻蚀/硝酸氧化复合处理后碳纤维与蒸馏水的浸润性最好。与碳纤维原丝相比，处理后碳纤维单丝拉伸强度略有降低，氨水刻蚀/硝酸氧化复合处理后碳纤维单丝拉伸强度降低了约5％，然而，界面剪切强度提高了46％。　　再次，利用MWCNTs的纳米级尺寸带来的大比表面积和长径比的特点，制备了含MWCNTs上浆剂，采用上浆剂涂覆方法将其引入碳纤维表面，制备了MWCNTs/碳纤维增强体。改性处理提高了MWCNTs在上浆剂中的分散性，直接影响纤维表面MWCNTs分布的均匀性;采用短臂梁剪切测试方法研究了含MWCNTs上浆剂对碳纤维/环氧树脂复合材料层间剪切强度(ILSS)的影响。结果表明，与未浸渍的碳纤维相比，含MWCNTs上浆剂浸渍后碳纤维/环氧树脂复合材料ILSS提高了34％。通过上浆剂红外光谱表征、纤维束表面浸润性测试及ILSS试样断口形貌的观察，分析了层间增韧机理。研究表明，碳纤维束表面浸润性的提高以及碳纤维/环氧树脂界面处化学键合作用增强，是ILSS提高的主要原因。　　最后，采用MWCNTs/碳纤维增强体为增强材料，MWCNTs改性环氧树脂为基体树脂，制备了MWCNTs/碳纤维增强环氧树脂复合材料，并对其物理力学性能进行测试和分析。研究表明:与碳纤维增强环氧树脂复合材料相比，MWCNTs/碳纤维增强环氧树脂复合材料的拉伸强度降低了17％，模量略有降低;ILSS提高了37％;压缩强度和压缩模量分别提高了14％和21％;耐冲击性能略有增强;不同冲击能量下的冲后压缩模量提高了25～42％，冲后压缩强度提高了9～18％。除了拉伸性能，引入MWCNTs的增强体系带来了复合材料整体性能的改善，MWCNTs的引入还在一定程度上降低了复合材料物理力学性能的离散性。