碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的界面性能主要由碳纤维（CF）表面的物理化学性质所决定。由于未经表面处理的CF惰性较大，难以与树脂基体形成良好的粘结，因而需要对其进行表面处理。除此之外，环境温度对复合材料界面粘结的影响起着重要的作用，复合材料在实际环境中的使用往往比测试环境温度更为复杂。因此，研究碳纤维的表面处理及其复合材料在不同环境温度下的界面性能对改善碳纤维增强复合材料的性能具有重要作用。本文的目的在于通过对CF进行表面处理，改善碳纤维的表面活性和对树脂的浸润性，并以环氧树脂（EP）为基体，制备CF/EP复合材料。通过对复合材料在室温和高温环境中的力学性能和界面破坏行为的研究，探索碳纤维增强复合材料在实际使用过程中的界面破坏规律，为改善碳纤维复合材料在实际使用中的界面性能提供基础数据和积累。采用溶胶-凝胶法制备得到一种硅溶胶表面改性剂，该改性剂在陈化过程中，硅醇的硅羟基之间互相脱水形成了Si-O-Si键，凝胶固化后的SiO2颗粒表面存在着-NH2。通过对表面处理后的CF进行形貌观察和性能测试，发现经过硅溶胶处理后，纤维表面出现分散均匀的纳米SiO2小颗粒，浸润性能得到了较大提升，平均单丝强度有所提高；硅溶胶改性处理对由于硝酸氧化刻蚀作用而使单丝强度下降的碳纤维，有明显的补强修复作用。将表面处理的CF单向排列与EP复合，研究其不同温度下的力学性能和热学性能，结果发现：复合材料在常温下进行纵向拉伸时，经过硅溶胶改性的复合材料强度有一定提高，但增长幅度不大；在横向拉伸的情况下，硅溶胶改性后的复合材料强度提高比较明显，2束经丙酮处理后再用硅溶胶改性处理的碳纤维所制备的复合材料（t-a-CF/EP），强度相比于只经丙酮处理碳纤维制备的复合材料（a-CF/EP）提高了62.74%，经硝酸处理后再用表面改性剂处理的复合材料（t-n-CF/EP）的强度也比只经硝酸处理的复合材料（n-CF/EP）提高了35.27%；当温度升高时，复合材料的性能保持率较低。但是经过硅溶胶表面处理后，复合材料的拉伸强度明显提高。尤其是CF含量9wt%的t-a-CF/EP，在60°C和80°C下相比于a-CF/EP分别提高了58.58%和63.03%。此外，改性处理后的CF所制备的复合材料分解温度和Tg也有不同程度的上升，显示硅溶胶改性剂对复合材料界面性能的改善明显。基于单纤维拉出试验方法，研究了以碳纤维织物为抽拔对象的复合材料界面性能，结果表明：织物经硅溶胶改性剂处理后，拉出最大载荷和界面性能都得到了提升，t-a-CF/EP的界面剪切强度相比于a-CF/EP提高了20.53%，而t-n-CF/EP的界面剪切强度比n-CF/EP也提高了24.04%，该方法为碳纤维增强树脂基复合材料界面性能的研究提供了新的思路。