碳纤维通常作为增强材料添加到基体材料中发挥自身的优势来提升复合材料的整体性能。将碳纤维作为增强材料提升硬质聚氨酯(RPU)材料的力学性能成为热门的研究领域。由于表面的惰性缘故,需对碳纤维表面进行改性处理提高与基体材料的界面结合或者增大与基体的物理连锁等效果达到提升复合材料的某种性能。首先,采用简便易操作的高温空气氧化改性对碳纤维表面进行处理,刻蚀碳纤维表面弱的界面层,提高表面粗糙度和比表面积,同时能够引入活性含氧官能团羟基。其次,在氧化改性的基础上进行电沉积镍金属,经过工艺参数的调整,在电压为10.5V,6min条件下制备出了树枝状形貌金属镀层的碳纤维,电化学工作站测试结果显示晶核形成初期是按瞬时成核的方式。分别使用原始短碳纤维,氧化短碳纤维和树枝状短碳纤维制备硬质聚氨酯基复合材料,研究不同改性方法和纤维质量分数对短碳纤维/硬质聚氨酯复合材料性能的影响。结果表明:与原始短碳纤维复合材料相比,氧化短碳纤维表面羟基与聚氨酯产生化学反应生成共价键,复合材料力学性能得到一定的提升,而树枝状短碳纤维能够深入硬质聚氨酯基体内部,形成钉扎作用,产生了协同效应,使得复合材料的力学性能得到较大提升。通过复合材料的拉伸断面观察到,氧化短碳纤维与基体的界面结合性更好,树枝状短碳纤维在基体内部能够有效阻碍裂纹扩展以及强制改变裂纹的扩散路径。为了进一步提升碳纤维对聚氨酯材料的增强效果,将长碳纤维进行空气氧化改性并制备长碳纤维/硬质聚氨酯复合材料,研究碳纤维长度以及长碳纤维含量对硬质聚氨酯复合材料性能的影响。结果表明:长碳纤维复合材料的力学性能提升程度大于短碳纤维复合材料,长碳纤维的加入有利于降低复合材料中的应力集中点。