碳纤维/环氧树脂基复合材料长期以来以其比强度高、比模量大、热膨胀系数低、可设计性强、抗疲劳性好、耐腐蚀和结构尺寸稳定等特点被广泛应用于卫星飞行器的本体结构、太阳能电池板和天线等多功能结构件以及无人机和微电子设备等领域。碳纤维复合材料已成为衡量一个国家科技发展水平的重要指标之一。然而由于其导热和耐高温性能较差等缺点,越来越难以适应电子信息时代高频率和高集成化发展的要求。另外,纤维增强环氧树脂基复合材料在低速冲击下容易出现基体开裂和分层,使其应用领域受到限制,因此如何协同提高树脂基复合材料的导热性能和层间韧性就成为亟需解决的瓶颈问题。本课题从环氧树脂基预浸料的固化动力学出发,对环氧树脂基复合材料的力学、动态力学性能、导热性能和层间韧性进行研究,获得了高导热和高韧性环氧树脂基复合材料,实现了“结构功能一体化”的构想。对层合板的导热和层间增韧机理进行分析,为高附加值复合材料产品的研究与应用提供了重要理论基础。利用n级反应固化动力学方程和T-β外推法得出了E-玻纤和碳纤维/环氧树脂预浸料的最佳固化工艺。采用模压工艺分别制得[0]10、[+45/-45]5s和[0/90]5s复合材料层合板,并对其弯曲强度、冲击强度和动态力学性能进行研究。结果表明E-玻纤和碳纤维/环氧树脂预浸料的固化工艺分别为120℃/60 min+160℃/30 min和130℃/60 min+160℃/30 min。[0]10、[+45/-45]5s和[0/90]5s碳纤维/环氧树脂层合板的弯曲强度分别为1378 MPa、97 MPa和689 MPa,比E-玻纤/环氧树脂层合板高出254%、34.5%和229%。碳纤维的高强度和高模量以及0°方向纤维数量使得[0]10碳纤维/环氧树脂层合板综合性能最佳。因此,以[0]10碳纤维/环氧树脂层合板为研究对象,对其导热和层间韧性展开研究。为获得高导热树脂基复合材料,采用层间涂层-模压工艺制备了不同含量六方氮化硼（h-BN）涂层[0]10碳纤维/环氧树脂层合板,并对其力学、动态力学性能、导热性能和导热机理进行研究。结果表明BN涂层的加入可以提高碳纤维/环氧树脂基复合材料的热稳定性和导热性能。当BN含量为7%时,25和100℃下层合板的导热系数分别达到0.89和0.99 W·m-1·K-1,与未改性层合板相比分别提高98%和102%;当BN含量为10 wt%时,碳纤维/环氧树脂预浸料的热降解起始温度Tinitial达到370℃,比未改性预浸料提高10℃。均匀分散在层间树脂中的BN颗粒,构筑成致密的“导热通路网”使层合板导热性能提高。然而,BN导热填料的加入会降低层合板的弯曲强度和层间断裂韧性,因此有必要在提高导热性能的同时提高层合板的层间韧性。为协同提高碳纤维/环氧树脂基复合材料的导热性能和层间韧性,采用层间涂层-模压工艺制备了羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs）、聚醚醚酮（PEEK）及其协同增韧填料改性[0]10碳纤维/环氧树脂复合材料层合板,并对其力学性能、导热性能和动态力学性能进行研究,分析了层合板的层间增韧和导热机理。结果表明协同填料可以明显地提升复合材料的力学和导热性能。0.5 wt%MWCNTs+2 wt%PEEK/层合板的Ⅱ型层间断裂韧性、弯曲强度和冲击强度分别达到1404 J/m2、1513 MPa和277 k J/m2,与未改性层合板相比分别提高81%、9.8%和42%;25和75℃下,0.5 wt%MWCNTs+2 wt%PEEK+3 wt%BN/层合板的导热系数分别达到0.96和1.07 W·m-1·K-1,与未改性层合板相比分别提高113%和118%。均匀分散在树脂中的MWCNTs和PEEK可以起到增韧树脂、提高纤维和树脂粘结强度以及阻碍和偏转裂纹的作用,使得层合板的力学性能得到提升。另外,填料间可以构筑致密的“导热通路网”,提高复合材料的导热性能。