随着汽车产业的蓬勃发展和人们环保意识的日益增强,碳纤维增强热塑性树脂复合材料因其优异的力学性能以及质轻、可回收再加工的优点,在替代部分汽车钢材部件上极具潜力。但是,碳纤维由于表面较为光滑且呈现化学惰性,与热塑性树脂的粘结性能较差,使碳纤维增强热塑性树脂复合材料的力学性能难以满足汽车较高的安全性能要求。因此,需要对碳纤维进行表面改性,以改善碳纤维与热塑性树脂的界面性能,拓展碳纤维增强热塑性树脂复合材料在汽车制造领域的应用范围。本课题采用环境友好的低压等离子体处理方法,对碳纤维进行表面改性,并制备碳纤维(CF)/聚丙烯(PP)微复合材料;通过微观形貌分析、表面化学成分分析、表面浸润性测试以及拉伸强度和界面剪切强度测试,研究低压等离子体处理对碳纤维性能和CF/PP微复合材料界面性能的影响;利用ABAQUS软件建立微球脱粘2D模型,分析CF/PP微复合材料的界面性能。具体研究内容和结论如下:第一部分,对碳纤维进行不同功率、不同时间的低压等离子体处理,并对比分析处理前后碳纤维的性能变化。结果表明,经低压等离子体处理后,碳纤维表面粗糙度明显增加,Ra(算数平均粗糙度)和Rq(均方根粗糙度)分别提高38%和40%;处理后碳纤维表面氧元素含量明显增加,氧/碳比由处理前的14%增加至21%;碳纤维表面接触角,由处理前的118.44°下降至40.78°;而处理后碳纤维单丝拉伸强度没有明显变化。以上研究表明,等离子体处理可以有效增加碳纤维表面的粗糙度、极性以及浸润性,且不损伤纤维的拉伸强度。第二部分,将等离子体处理前后的碳纤维与聚丙烯树脂制成CF/PP微复合材料,并进行微球脱粘实验,计算得到界面剪切强度(IFSS)以表征复合材料界面力学性能。结果表明,低压等离子体处理使CF/PP微复合材料的IFSS显著提高,在200W、180s处理条件下,IFSS相对于未处理组提高24%,增幅最大。通过扫描电子显微镜(SEM)分析CF/PP微复合材料测试前后脱粘形貌,发现200W、180s处理组样品脱粘后,纤维表面残留部分树脂,而未处理组样品脱粘后,纤维表面未有明显的树脂残留。IFSS测试与SEM分析的结果表明,等离子体处理能够增强碳纤维与聚丙烯树脂之间的界面剪切强度,对二者间界面粘结性能的提高具有积极作用。第三部分,利用ABAQUS软件建立CF/PP微球脱粘2D模型,设置CF和PP微球间摩擦系数以模拟界面性能的优劣,移动挡板对PP微球施加力得到相应的应力分布图,通过分析应力分布图,研究CF/PP微复合材料的界面性能。研究表明,随着摩擦系数的增加,CF/PP微复合材料的界面应力传递效果增强,施加在PP微球上的应力能够有效地传递到纤维上,且摩擦系数大的界面,其破坏所需挡板的位移量更大。这表明良好的界面性能有利于应力传递,CF与PP微球间不易脱粘。该模型的建立和对界面性能的研究,可以为实际工程中预测微复合材料界面性能的变化积累经验。