碳纤维因其具有优异的力学性能，电学性能及热力学性能，在航空航天，交通运输，体育休闲，建筑补强等领域得到广泛应用。碳纤维复合材料更是近几年研究热点，其中碳纤维树脂基复合材料由于机械性能、耐热性能好等特点，市场需求量较大。碳纤维主要作为增强体，其表面性能及其与基体树脂间的界面结合强度是影响复合材料性能的主要因素。由于碳纤维自身的表面惰性，未经过改性的碳纤维与树脂的结合强度低，使碳纤维在碳纤维树脂基复合材料中无法起到增强作用。因此，本文针对这一问题，主要分析了碳纤维表面处理及上浆对纤维结构与复合材料力学性能的影响，并且，通过引入作为连接结构的聚乙烯亚胺，将氧化石墨烯接枝于碳纤维表面形成三元体系多尺度增强体，并研究了氧化石墨烯对碳纤维表面结构和复合材料界面剪切性能的影响。　　本文用电化学阳极氧化法对碳纤维进行表面处理，并研究了该方法对碳纤维力学性能、表面结构和表面能等的影响。结果表明，随着电流密度增加，碳纤维力学性能降低;碳纤维表面沟槽会逐渐清晰，但电流密度增大到一定值后，电流的尖端刻蚀效应会导致沟槽结构不明显，纤维表面无序度也会不断增大，这主要是由于电流密度增大后使纤维表面石墨碳发生氧化反应，导致纤维碳元素含量降低，氧、氮元素含量增多。经表面处理后的碳纤维表面能明显增加，水洗过程使表面能稍微降低，进一步的干燥过程会使纤维表面能明显降低，这可能影响浆料对纤维的浸润性。　　然后研究了浆料对纤维表面结构和性能的影响。结果发现，使用上浆剂后，碳纤维表面能增大，亲水性增加，在后续处理中更易被浸润;纤维拉伸强度和层间剪切强度均有提高，纤维吸湿率增加。经上浆后，纤维表面由于上浆剂的覆盖，表面轴向沟槽结构变得不明显，表面化学结构受浆料影响较大。由于上浆剂化学成分的影响，较之表面处理样品，经上浆处理后的复合材料ILSS强度有所降低。　　最后，使表面处理后的纤维表面吸附聚乙烯亚胺(PEI)，制备出胺化碳纤维。相比经表面处理的碳纤维，pH9.5 PEI胺化纤维表面粗糙度增加，pH6.5 PEI胺化纤维表面粗糙度降低。胺化后碳纤维表面氮含量均有不同程度的增加，纤维与水的接触角也因PEI的吸附而增加。采用氧化石墨烯修饰胺化碳纤维，制备了氧化石墨烯/碳纤维增强体，研究表明，碳纤维表面的胺化结构、氧化石墨烯尺寸和浓度对增强体的结构与界面性能均有影响。当GO尺寸为2μm时，随着GO浓度增加，GO在纤维表面吸附量增加，表面粗糙度增加;在相同浓度下，PEI溶液pH较大时，胺化纤维更易获得粗糙表面;随着GO浓度增加，IFSS增加。当GO尺寸为0.5μm时，GO更易吸附于纤维表面，且无明显的褶皱。结果表明，复合材料界面性能随GO浓度增加而降低，虽然纤维表面浸润性增加，但纤维表面粗糙度降低、胺化基底与基体间化学作用减弱，削弱了增强体与基体间的作用力。