碳纤维（Carbon fiber,缩写为CF）具有高强度、高模量等特点,是制备高强度复合材料通用的增强纤维之一。CF为了便于运输,在出厂时会在表面涂覆一层环氧上浆剂,其不利于CF表面的氧化和接枝;与树脂基基体相容性差,界面不牢固。因此,CF的表面改性具有十分重要的意义。本文探讨了在超临界CO₂下对CF表面浆料的清洗;CF表面硝酸氧化;氧化后CF接枝乙二胺,通过重量损失、单丝强度和界面剪切强度等测试,扫描电镜、拉曼光谱分析、光电子能谱分析和原子力显微镜等表征手段,得出了以下结论:1、超临界CO₂流体对CF表面环氧树脂上浆剂清洗的影响:通过CF的重量损失率和扫描电镜CF表面形貌的分析,超临界CO₂流体清洗CF表面浆料的最佳工艺条件是45℃14MPa40min。纤维强度仪测定CF单丝强度,利用Weibull函数拟合分析,在最佳清洗工艺条件下,处理的CF平均单丝强度为4.71GPa与原CF单丝拉伸强度4.85GPa相比,下降2.89%,表明超临界清洗方式对CF强度损失较小,使其基本维持在原丝强度附近;原子力显微镜测试CF表面平均粗糙度为9.23nm,与未清洗处理CF表面粗糙度26.5nm相比,降低了65.17%;通过拉曼光谱拟合以及积分强度分析:超临界CO₂最佳清洗工艺处理CF积分强度比为2.52,与未处理CF强度比增加了2.02%,表明无序碳结构有增加;光电子能谱分析超临界CO₂最佳清洗工艺处理的CF表面,羧基和酯基含量几乎为零,表明CF表面浆料已经清洗干净。所以利用超临界CO₂最佳清洗工艺条件下,处理的CF能够有效的清洗CF表面浆料,而且CF强度损失较小,是一种对CF本体强度结构影响较小的清洗方式。2、硝酸溶液氧化对CF表面及其强度的影响:通过扫描电镜对CF表面形貌分析,设定CF的较佳氧化条件为70℃4h。通过纤维单丝强度测试,CF单丝强度是4.52GPa,与清洗后CF单丝强度4.71GPa降低了4.03%,硝酸氧化CF影响CF强度,强度降低;通过原子力显微镜纤维表面粗糙度分析,CF算术平均粗糙度为35.6nm与清洗后CF算术平均粗糙度9.23nm相比提高了285.70%,说明硝酸溶液能够刻蚀纤维表面,增加纤维表面粗糙度;通过对CF表面拉曼光谱拟合及计算积分强度比分析,CF拉曼R（I_D/I_G）值为2.83比清洗后CFR值2.52增加了12.3%,表明处理后纤维无序碳结构增加,表面刻蚀的作用使晶粒边界的活性增加;通过XPS分峰拟合得出,纤维表面含氧官能团增加,羧基和酯基分别增加至14.08%和7.08%,纤维表面已经形成一定量的羧基或者羟基等含氧官能团。所以利用硝酸溶液刻蚀CF表面,提高表面粗糙度,增加表面含氧活性官能团。3、乙二胺接枝对纤维强度及CF/环氧复合材料界面的影响:通过扫描电镜图谱分析纤维表面形貌,CF表面接枝乙二胺较佳实验条件是70℃5h。通过对接枝CF进行单丝强度分析,接枝乙二胺CF的单丝强度为4.92GPa,比氧化后CF单丝强度4.52GPa提高了8.85%,接枝物乙二胺可以修复纤维表面因氧化造成缺陷,并提高单丝拉伸性能;通过拉曼光谱分析,CF拉曼R（I_D/I_G）值为2.41与氧化后CF的拉曼R值2.83减少了17.43%,表明接枝CF无序碳结构减少,有序单晶石墨峰增加,CF单丝强度增加;通过光电子能谱得出,CF表面羧基含量由氧化CF的14.08%下降至2.09%,表明乙二胺接枝在CF表面。通过复合材料断裂面的扫描电镜和层间剪切强度分析,接枝CF/环氧复合材料断裂面均匀,CF与基体间隙小,界面性能增强,接枝CF/环氧复合材料层间剪切强度为56.32GPa,比未接枝处理CF层间剪切强度增加了36.5%,接枝乙二胺有利于接枝CF/环氧复合材料界面性能增加。