碳纤维增强热塑性树脂基复合材料（CFRTP）具有轻质高强、成型周期短、抗冲击性能良好以及可以回收再利用等优势,已逐渐成为新一代碳纤维复合材料的发展方向之一。在常见的热塑性树脂中,聚苯硫醚（PPS）凭借其极低的吸湿率、突出的热稳定性、良好的结晶性和优异的耐溶剂性能而被作为CFRTP优先选取的树脂基体之一。早在上世纪末碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）复合材料已应用于湾流G650高端商务机尾翼。近年来,随着航空工业的发展,CF/PPS复合材料更是被空客、波音等公司广泛应用于副翼翼肋、方向舵前缘和升降舵辅助翼肋等次承力结构。但是由于碳纤维（CF）含碳量极高,表面惰性大,导致其在制备复合材料时与PPS基体的浸润效果不佳,因此,需要通过界面优化来提高CF和PPS的浸润性,以进一步提升CF/PPS复合材料的界面粘结强度和力学性能。本论文首先系统地研究了等温结晶处理对CF/PPS复合材料性能和结构的影响,通过控制复合材料中PPS晶体结构来改善CF/PPS复合材料的力学性能。随后,使用硅烷偶联剂和酚酞型聚芳醚酮对碳纤维进行表面处理,在复合材料界面引入热塑性树脂过渡层,以改善CF/PPS复合材料界面结合能力。最后,在上述工作的基础上将氧化石墨烯（GO）引入复合材料界面,通过化学键合、机械锁合以及分子间缠结的共同作用,使CF/PPS复合材料的界面性能进一步提升。首先,使用碳纤维斜纹布与PPS薄膜通过热压成型制备了CF/PPS复合材料层压板,系统讨论了不同等温结晶温度下,PPS结晶度及晶粒尺寸对CF/PPS复合材料力学性能的影响。结果表明,等温结晶处理可以在提高CF/PPS复合材料中PPS结晶度的同时减小其平均晶粒尺寸。与未经等温结晶处理的CF/PPS复合材料相比,当等温结晶温度为230℃时,CF/PPS复合材料中PPS平均晶粒尺寸减小37.5%,结晶度则增加12.07%,此时CF/PPS复合材料具有良好的界面粘结强度和刚性,其弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度（ILSS）分别达到709 MPa、81.9 GPa和23.8 MPa、,与自然冷却的复合材料相比分别提升了47.8%、62.6%和11.4%。当等温结晶温度过高时,CF/PPS复合材料中的PPS因发生氧化交联反应而变硬变脆,此时复合材料中PPS的结晶度仅为30.56%,在该条件下制备的CF/PPS复合材料的力学性能较差。随后,在对CF/PPS复合材料等温结晶处理的基础上,探究了采用聚醚酰亚胺（PEI）、聚醚砜（PES）和酚酞型聚芳醚酮（PEK-C）三种热塑性树脂溶液（溶剂:N,N-二甲基乙酰胺）对碳纤维进行表面处理与CF/PPS复合材料结构和性能的关系。通过XPS分析可知,使用PEK-C溶液对CF进行表面处理后,可以大幅提升CF表面含氧官能团的数量。同时,对比PEI、PES和PEK-C三种溶液处理CF后碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的力学性能可以发现,酚酞型聚芳醚酮溶液处理后复合材料的ILSS、弯曲强度和弯曲模量均为最优,说明使用PEK-C溶液处理CF效果最好。进一步探究PEK-C溶液浓度对CF/PPS复合材料结构和性能的影响时发现,随着碳纤维表面PEK-C含量的增加,碳纤维增强聚苯硫醚复合材料的ILSS和弯曲性能呈现先增加后减小的趋势。当PEK-C溶液浓度为0.5 wt%时,碳纤维增强聚苯硫醚复合材料具有最好的力学性能和界面性能,其ILSS、弯曲强度和弯曲模量分别达到38.45 MPa、839 MPa和85.8 GPa。最后,分别采用不同浓度的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）溶液与0.5 wt%的PEK-C溶液对碳纤维进行表面处理,并制备相应的CF/PPS复合材料,系统研究了KH570/PEK-C处理CF后,CF/PPS复合材料的结构与性能。通过XPS分析可知,相较于仅使用0.5 wt%的PEK-C溶液处理的CF,经过2 wt%的KH570溶液与0.5 wt%的PEK-C溶液共同处理后,CF表面O/C比和C=O键含量分别提升137.5%和122.6%,说明KH570预先处理碳纤维后,可以有效地改善PEK-C与CF的结合能力。同时,通过力学测试发现,相较于仅使用PEK-C溶液处理CF后所制备的CF/PPS复合材料,使用2 wt%的KH570溶液与0.5 wt%的PEK-C溶液对CF进行共同处理后,CF/PPS复合材料的弯曲强度和ILSS分别提高了13.6%和38.4%。在上述工作的基础上将不同浓度的GO引入CF/PPS复合材料界面,结果表明,当GO浓度为0.05 wt%时,CF/PPS复合材料的界面粘结强度与力学性能最优,在该条件下,其ILSS和弯曲强度分别为56.2MPa和1107 MPa,较未引入GO的复合材料分别提升了5.4%和16.2%。