在过去的几十年中,碳纤维增强聚合物复合材料因兼具质量轻、高比刚度和模量等优异特性而在提高燃油效率以及减少排放等重要领域中具有巨大的应用潜力。然而碳纤维表面因表面能及比表面积较小导致复合材料界面粘结较差,不利于复合材料综合性能的发挥。因此,如何有效地改性碳纤维表面以提高复合材料的界面性能一直是复合材料领域的研究热点。在此背景下,本论文从复合材料界面结构设计的角度出发,利用氧化石墨烯(GO)比表面积大、表面具备丰富的含氧官能团以及易修饰等特性,采用化学接枝法和上浆浸渍法在碳纤维表面构筑GO和聚醚胺(D400)交替层状结构以实现复合材料界面性能的提高;在此基础上,研究了界面不同相互作用对复合材料界面性能的影响。具体的研究内容和重要结论如下:(1)采用化学接枝法将不同D400/GO交替层状结构接枝在碳纤维表面以制备碳纤维/D400/GO多尺度增强体。对比研究了 D400/GO的不同接枝层数对碳纤维增强体表面形貌及结构、表面润湿性、表面化学活性以及环氧树脂基复合材料的界面微观结构以及界面剪切强度(IFSS)的影响。研究结果表明:将一层、两层和四层的D400/GO交替层状结构分别接枝在碳纤维表面后,GO在纤维表面的致密性和均匀性随D400/GO层的增加而增加,并且分布在纤维表面的D400/GO层增加了纤维表面的缺陷程度以及与树脂基体的浸润性,进而使得碳纤维复合材料的IFSS相比于未处理的碳纤维复合材料分别增加了 7.7%、18.8%和60%。在复合材料的界面增强效果中可以发现4层D400/GO的效果最为显著,其原因是当纤维表面D400/GO为四层时,纤维表面附着D400/GO层中丰富的极性官能团有助于纤维与树脂基体具备最优异的浸润性。(2)采用上浆浸渍法在碳纤维表面逐层浸渍聚醚胺和氧化石墨烯以制备碳纤维/D400/GO多尺度增强体,研究了不同D400/GO修饰层对碳纤维增强体表面特性以及纤维增强环氧树脂基复合材料界面性能的影响。研究结果表明:将两层和四层D400/GO结构构筑在纤维表面时,与之对应的复合材料的界面性能分别提升了 38.3%和8.3%。其原因是纤维表面分布的GO增加了与树脂基体之间的机械啮合作用,纤维表面缺陷度的增加也为界面性能的改善提供了更多的活性位点。更重要的是,在纤维表面浸渍2层D400/GO后,其复合材料展现了优异的力学性能。其原因是当纤维表面D400/GO浸渍层数为两层时,GO不仅以倒伏状均匀平铺在碳纤维表面,并且少量GO直立在纤维表面,这种分布更有利于改善纤维与树脂基体之间的应力传递作用和润湿性。(3)对比界面中不同相互作用对复合材料界面性能的影响,以两层聚醚胺/GO为例,研究发现:离子键与离子键(CF-dG2)、共价键与共价键(CF-PGC12)的IFSS为96.5 MPa和97.25 MPa,相比于离子键和共价键(CF-(D400-GO)2)分别提高了 16.4%和17.3%。离子键与离子键和共价键与共价键这两种键合方式对复合材料界面增强效果最佳,原因是以离子键与离子键和共价键与共价键形式键合的碳纤维表面均具有较高的表面能(分别为32.70 mJ/m2和32.94 mJ/m2),表面能的升高进一步使纤维与树脂基体之间的界面粘结力得到了提高。