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碳纤维和碳纳米管(CNT)都是复合材料有效的增强体,将两者有效的结合,改善纤维与基体的界面性能,形成复合增强体,从而充分发挥碳纤维性能,同时可利用CNT的优异力学、电学、热学等特殊性能。然而,较高长径比的纳米碳管具有很高的表面能,在基体中非常容易发生缠结、团聚,分散性较差；目前的在碳纤维表面生长碳纳米管的制备方法,虽然能解决CNT团聚等弊端,但是存在碳纳米管与纤维表面的结合力较弱,容易从碳纤维表面脱落的问题,实际应用效果不理想,这些严重阻碍了它们在复合材料领域中的应用。本文结合已有的利用固相碳源制备碳纳米管的基础,对碳纤维表面进行适当的处理,在助催化剂噻吩和水汽的作用下,在碳纤维表面牢固垂直生长碳纳米管成为一条可行的途径。通过强酸处理碳纤维表面,纤维表面负载催化剂,在助催化剂噻吩和水汽的作用下,在一定温度下在碳纤维表面牢固生长碳纳米管,借助SEM、TEM、XRD、Raman、FT-IR等测试手段研究碳纤维和碳管的形貌结构,观测纤维表面生长的碳纳米管直径为20～150nm,长度可达几微米。本实验通过控制变量,较为系统地研究了酸处理、催化剂、反应温度、反应时间以及水汽和噻吩通入量等因素对碳纤维表面牢固生长碳纳米管的影响,从而获得最佳实验条件：碳纤维酸处理时间为1～2h,催化剂浓度为1～1.5mol/L,反应温度为850℃,反应保温时间2-3h,氮气经过噻吩的流量为40～60ml/min,经过水的流量为100～120m1/L,最终在碳纤维生长出致密的、形貌较好的碳管。根据所得的实验结果,推测出本实验碳纤维表面生长碳纳米管机理,主要过程：首先混酸处理后的碳纤维表面带入大量含氧官能团以及大量活性高的碳原子,负载上催化剂。在反应升温的过程中通催化剂被还原。随着温度升高,催化剂吸附硫原子降低熔点,形成熔融状态,同时刻蚀纤维不断渗入纤维表层,吸收溶解纤维表面活性较高的碳原子,以及其他的碳源,最终形成过饱和的碳-金属熔融颗粒,在其表面析出按石墨层排列的碳原子,生长成碳纳米管。本实验制备的CNT/CF单丝拉伸强度为2.4-2.7GPa,保持原始纤维的67%～73%,电阻率约5.7×10-3～7.3×10-3Ω.cm,为原始碳纤维的2.75～3.5倍,且碳管越长,电阻率减小。石墨化后的长管碳纤维电阻率大幅度降低,约为原始碳纤维的50%。连续化生长碳纳米管的碳纤维的单丝拉伸强度比原始碳纤维只降低14.6%,电阻率只增加了11.5%左右。长管碳纤维能够有效提高其树脂基复合材料(CFRP)的性能,其层间剪切强度提高10.15%,而层间电阻率只有原始碳纤维树脂基复合材料的7.96%。