碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀等一系列优良的性能,在航空航天、交通运输等多个领域都有十分广泛的应用。但是碳纤维的表面惰性大,使得其与基体的界面结合强度较低,容易与基体发生脱粘,严重限制了碳纤维性能的发挥。因此,需要对碳纤维或基体材料进行适当的改性处理,并对复合材料的界面结构进行优化与设计,以改善复合材料的界面粘结性能和整体力学性能。近年来,将碳纳米管引入碳纤维表面构成多尺度增强结构来改善碳纤维和树脂基体界面结合的方法已经成为研究的热点。为了研究此种多尺度纤维的界面增强效果以及其界面增强机理。本文从界面设计角度出发,结合电化学氧化和电泳沉积技术,通过自制的连续化处理装置制备得到碳纳米管/碳纤维多尺度纤维,并对其表面形貌、浸润性能、拉伸强度进行了表征。着重研究了多尺度增强复合材料的界面结晶行为和界面剪切性能,从微观的角度分析并探讨了碳纳米管/碳纤维多尺度纤维的界面增强机理。本文的主要研究内容如下:结合电化学氧化和电泳沉积的方法制得碳纳米管/碳纤维多尺度增强体,并对其性能进行表征。研究结果表明,电化学氧化和电泳沉积处理后,碳纤维上均匀地附着了一层碳纳米管,这不仅改变了碳纤维的表面形貌,还显著提升了纤维的粗糙度和浸润性能;电化学氧化处理后碳纤维的平均直径下降了4.88%,单根碳纤维的拉伸强度降低了6.8%,电泳沉积处理后碳纤维的平均直径下降了2.61%,单纤拉伸强度回升了3.0%。这是由于氧化处理使碳纤维表面发生刻蚀,而在电泳沉积处理后,纤维表面覆盖了一层碳纳米管,这对纤维表面的缺陷起到了一定的愈合作用,使得拉伸性能得到提升。通过偏光显微镜研究表面处理前后碳纤维和聚丙烯基体间的界面结晶形态和界面结晶行为。偏光实验表明,电泳沉积处理后复合材料的界面结晶行为有很大变化,多尺度增强纤维诱导聚丙烯基体在界面处生成了横晶结构,形成了明显的界面层。等温结晶条件下,结晶温度对多尺度增强复合材料的结晶行为有很大影响,结晶温度越高,纤维表面的成核密度越小,晶体成长得越慢,开始结晶的时间越晚;非等温结晶条件下,降温速率对多尺度复合材料的结晶行为有很大影响,降温速率越慢,晶核开始生产的温度越高,横晶的尺寸越宽。通过单纤断裂试验表征复合材料的界面剪切性能,并分析多尺度增强材料的界面增强机理。实验结果表明,与未处理的碳纤维相比,多尺度纤维与基体的界面强度有明显的提升,多尺度纤维与环氧树脂基体、聚丙烯基体之间都呈现较强的界面作用。与未处理的碳纤维相比,碳纳米管/碳纤维多尺度纤维与环氧树脂的界面剪切强度提升了51.5%,多尺度纤维与聚丙烯的界面结合也得到明显的改善。多尺度增强体和基体良好的界面结合,使得复合材料的拉伸性能也有一定程度的提升。