为了满足于新一代可重复使用航天器(RLV)推进系统燃料贮箱(液氧)的减重设计要求,液氧贮箱用材料逐步采用树脂基碳纤维复合材料(CFRP)取代原有的金属材料,而CFRP中树脂基体与液氧相容性是CFRP能否应用在液氧环境中的关键因素,要求树脂基体具有良好的低温力学强度,热稳定性、优阻燃性和优异的液氧相容性。现今通用的环氧树脂因其结构缺陷,液氧相容性较差,无法满足液氧环境使用要求。近年来出现的双酚A型氰酸酯树脂(CE)由于固化物具有独特的三嗪结构,因而具有优异的耐温性、较好的抗氧化性,并且其工艺性优异,具备用于制备CFRP液氧贮箱材料的潜质,但是其低温韧性差、阻燃性不足,需要改性应用。目前关于改性后的氰酸酯树脂在低温液氧环境下应用的研究工作尚未深入开展。针对上述问题,本文采用了氰酸酯树脂为主体,通过引入不同改性组分的方式,制备了两种改性氰酸酯树脂体系及其CFRP,研究了其树脂结构组成与力学性能、液氧相容性、阻燃性等性能的关系,并分析CFRP界面失效机理。本文采用低粘度环氧树脂(EP)和高性能耐温塑料(PES-C)共增韧改性双酚A型氰酸酯树脂(CE),合成了改性CYEP氰酸酯树脂。研究结果表明,EP和PES-C能促进CE自聚反应,提高CE树脂的低温(-196℃)韧性,但是对CE树脂的热稳定性有一定影响。18wt%的EP和6wt%的PES-C共混合加入到CE中制备得到的CYEP matrix(CYEP6)兼具良好的低温韧性、工艺性、耐热性和粘接稳定性等综合性能。-196℃下,CYEP matrix的冲击韧性比纯CE树脂提高了近200%,而模量下降仅为约6%,其经过15次冷热循环交变(-196℃~50℃)后表面无裂纹。CYEP matrix经177℃/4h+200℃/2h固化后,单体转化率>95%,80℃树脂黏度仅为734 cp,并维持4h工艺黏度无明显变化。CYEP matrix粘接双马树脂基CFRP剪切试样,在空气中经200℃/1000h老化后,剪切强度保持率大于80%,然而CYEP matrix阻燃测试为V1级,需进一步改进阻燃性。本文自制了含苯醚键双马树脂(BMPB)和耐高温活性稀释剂(DABDGE)加入到CYEP matrix树脂,制备了具有阻燃性的改性氰酸酯树脂(CEBM)。实验结果表明,BMPB中加入5wt%的DABDGE后,体系的黏度明显降低,而IDT温度下降不足10%。7wt%的BMPB改性CYEP matrix,得到了阻燃性提和低温韧性均较优异的CEBM7(CEBM matrix)基体,但过多的BMPB加入体系的冲击韧性和工艺黏性变差。在-196℃下,CEBM matrix冲击韧性CYEP matrix树脂的提高了20%,30次冷热循环后冲击强度保持率大于85%。CEBM matrix的阻燃性达到V0级别,具有自熄性,其工艺黏性和贮存稳定性与CYEP matrix树脂相当。本文对合成的CYEP树脂和CEBM树脂的(液)氧相容性及失效机理进行分析。研究结果表明,BMPB的含量和环氧基团的含量是影响基体树脂与液氧相容性的关键因素,尤其是BMPB与CE共聚形成的氮双杂环结构对基体的(液)氧相容性提升有明显效果。BMPB的含量超过5wt%时,其氧增重的起始温度提高近40℃,IRS值下降到4%以下,相反,当环氧树脂含量超过15wt%,其IRS值急速增加;不同的基体树脂中,分散相粒子的微观形貌和氧增重量不受热氧老化过程影响,但是在液氧冲击过程中,相界面明显展示出氧不相容。CEBM matrix液氧连续浸泡30天后,基体力学强度保持率>80%。采用动态接触角测试和微滴脱粘法测试等方法对不同基体与碳纤维界面性能进行了评价。结果表明,基体树脂的低黏度和增大极性在有利于提高其与碳纤维浸润性。提高基体自身强度、增加纤维表面粗糙程度和浸润性,能提高基体与纤维的界面剪切强度(IFSS)和断裂韧性Gdc。在Tg±50℃成形温度范围内,成形温度温度每升高10℃,IFSS值提高约3%。基体树脂中DABDGE稀释剂的加入有利于基体和纤维的界面过渡层的形成,分散应力并阻止裂纹扩展,其中CEBM基体与纤维表面形成约200nm的界面过渡层。考察了两种基体碳纤维复合材料的宏观力学性能和液氧相容性。研究结果表明,CEBM matrix基复材具有优异的低温力学强度,层间剪切强度(ILSS)为102.5MPa(-196℃),轴向拉伸强度可达2602MPa(-196℃)。树脂中增韧材料的过多加入对复合材料的整体性能提高不明显。CEBM matrix基层合板试样经过40次冷热循环后,复材表面无明显的微裂纹产生。复合材料试样表面缺陷是影响其液氧浸泡失效的关键因素,其浸泡后的IRS值比无缺陷试样的IRS值大5倍。