碳纤维增强树脂复合材料的机械性能高度依赖于纤维、树脂及纤维与树脂基质之间的界面相。对于一定的树脂体系,设计和优化界面相可以显著改善复合材料的性能及环境稳定性。然而,碳纤维表面光滑且呈现化学惰性这一固有属性通常会导致树脂基质相容性以及界面粘结性能较差。针对上述问题,本论文以环氧树脂为基底材料,以壳聚糖、聚甘油和碳纳米管为改性剂,通过化学接枝法、原位生长法对复合材料的界面进行设计和优化,从不同的角度分析界面相在复合材料中的作用,解决碳纤维增强树脂复合材料界面性能差的问题,提高碳纤维增强树脂复合材料的整体性能。阴极处理和原位生长二氧化硅改变碳纤维的表面形貌,改善单丝拉伸性能。利用SEM、FT-IR和拉曼光谱、环氧树脂吸附实验、电子万能试验机分别对碳纤维的表面形貌、化学成分变化、浸润性能以及碳纤维及其复合材料的力学性能。碳纤维表面引入活性物质可以提高碳纤维的表面积、粗糙度,改善碳纤维表面活性以及浸润性能,从而增强碳纤维与环氧树脂基质之间的机械啮合作用和摩擦力作用,形成可以转移和消除应力的过渡层。化学接枝壳聚糖可以弥补预处理对碳纤维本体强度的损伤,当接枝时间为24h,碳纤维复合材料的性能达到最优,层间剪切强度提高了 21.21%。原位生长聚甘油对碳纤维复合材料性能的提升好于化学接枝聚甘油,而且碳纳米管的引入会进一步提升性能。这主要归因于以下几个方面:首先,化学接枝的HPG的反应点会受结构和分子体积影响,相邻HPG分子之间容易相互影响;另外,原位生长采用的是单体,单体粘度低,与碳纤维活性点结合更为容易。阴极处理碳纤维可以去除环氧浆料,改善碳纤维的单丝拉伸强度。原位生长在碳纤维表面的二氧化硅可以弥补预处理对碳纤维造成的本体性能的损伤。