碳纤维/聚芳基乙炔(CF/PAA)复合材料是未来耐热材料的首选。但PAA树脂属于非极性结构化合物，与纤维浸润性差，基体固化后呈现脆性，导致界面粘接性能差，从而影响到其广泛的应用。本论文从分子水平设计复合材料界面的角度出发，对CF/PAA复合材料界面进行涂层改性处理，实现纤维和树脂间的良好粘接，从而有效发挥碳纤维和PAA树脂的优异性能。　　倍半硅氧烷（SSO）是分子水平上的有机/无机杂化材料，有机官能团具有可设计性，其中多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）为笼型结构的SSO。根据PAA单体及其预聚物的结构特点，设计了五种含不同官能团、不同结构的SSO涂层，分别为多形态结构的MES-SSO、VMS-SSO、MPMS-SSO和单一笼型多面体结构的MethacrylIsobutyl-POSS、TriSilanolPhenyl-POSS。以甲基三乙氧基硅烷（MES）、乙烯基三甲氧基硅烷（VMS）和γ-(甲基丙稀酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPMS）为前驱体，通过溶胶-凝胶水解缩聚法合成了相应的SSO，即MES-SSO、VMS-SSO和MPMS-SSO。通过正交试验确定了合成该类SSO的工艺条件。利用傅立叶红外光谱、核磁共振谱（包括1H、13C、29Si)和基质辅助激光解析/电离飞行时间质谱对合成的SSO的结构进行了表征。结果表明合成的SSO中含无规、梯形、半笼型和笼型等多种结构。热失重分析结果表明SSO均具有良好的耐热性能。通过傅立叶红外光谱、差示扫描量热分析研究了含活性官能团的SSO和PAA树脂的反应性。　　通过短梁弯曲法和微脱粘法分别测试了CF/PAA复合材料的层间剪切强度（ILSS）和界面剪切强度（IFSS），结合复合材料剪切断口表面的扫描电子显微镜（SEM）形貌特征来表征SSO涂层处理CF表面对CF/PAA复合材料界面粘接性能的影响。结果表明SSO涂层处理改善了复合材料的界面性能，涂层溶液浓度对复合材料界面粘接性能影响显著，2mass％的涂层溶液浓度可获得最佳的复合材料界面粘接性能；相同浓度下，不同结构的SSO涂层改性效果不同，单一笼型结构的POSS涂层对CF/PAA界面的改性效果好于含多种结构的SSO涂层。CF/PAA复合材料的剪切断口SEM形貌直观地说明这一改性效果的差别。而同类SSO中，活性官能团对CF/PAA界面性能的影响在复合材料的ILSS和IFSS中几乎得不到体现。灵敏的、无损动态力学分析测试却能够表征这一活性官能团对界面粘接强度影响效果的不同。PAA树脂在SSO涂层处理的CF表面的浸润性能被提高。SSO纳米结构引起的纳米效应是SSO涂层处理时复合材料的界面粘接性能提高的主要因素。　　CF经空气等离子活化后SSO涂层处理可更好实现纤维和树脂之间的良好粘接。处理前后的CF/PAA复合材料ILSS和IFSS的变化表明，等离子活化后含有活性官能团的SSO涂层改性的效果好于含非活性官能团的SSO涂层。等离子活化后SSO涂层处理的CF表面SEM和原子力显微镜（AFM）形貌表面处理后纤维粗糙度增大，CF/PAA复合材料的剪切断口SEM形貌直观的说明了纤维和涂层间的化学键结合。处理前后的CF表面X射线光电子能谱测试结果表明，等离子活化后纤维表面的自由基引发了SSO涂层在CF表面的反应。等离子活化后SSO涂层处理使得CF/PAA复合材料界面粘接性能提高的主要因素是化学键和机械啮合作用。　　采用力调制模式下的AFM观察了CF/PAA复合材料横截面的形貌并对纤维、界面和树脂的相对硬度进行了表征，笼型多面体结构的POSS涂层硬度大于多形态结构的SSO涂层。该方法可以清楚地观察复合材料界面层的厚度。　　SSO涂层在改善复合材料界面粘接性能的同时可提高复合材料的其他性能。热氧老化试验表明改性后的复合材料耐热性能得到改善，SSO涂层适合高温条件下使用，笼型多面体POSS涂层改性的复合材料的耐热性能好于多形态SSO改性的复合材料，耐热性能的提高来自于SSO涂层中的无机Si-O-Si纳米骨架结构。示波冲击测试实验表明，等离子活化前后SSO涂层处理的复合材料的抗冲击性能得到提高，笼型结构的POSS涂层对复合材料抗冲击性能的改性效果好于多形态结构的SSO涂层，抗冲击性能的提高来自于SSO涂层的纳米结构引起的裂纹偏移。