碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强度、高模量等优异性能被广泛用于交通、体育、航空航天、能源等领域。但原始碳纤维表面能低,缺乏活性官能团,导致纤维与树脂间界面结合较弱。此外,碳纤维是脆性材料,在机械制造过程中出现起毛和单丝断裂等情况,降低碳纤维的强度,因此,在制备过程中会在碳纤维表面涂覆一层上浆剂,一方面可以保护碳纤维提高其加工能力,另一方面,可以增加纤维表面的活性官能团,改善复合材料的界面性能。尽管上浆剂在碳纤维表面改性方面取得了一定进展,但是在界面形成过程中,上浆剂的作用原理及规律,特别是上浆剂与纤维和树脂间的竞争反应机制尚未清楚。因此,本文选取树脂固化过程中的典型温度对碳纤维进行处理,研究上浆剂与碳纤维的化学反应程度及其对上浆剂和树脂间化学反应的影响,揭示了上浆剂与碳纤维和树脂间的化学反应的竞争协同机制,并进一步研究了竞争反应对复合材料界面粘结强度的影响。主要内容和结果如下:(1)参考环氧树脂的固化工艺,选取典型的温度对碳纤维进行处理,另外,根据树脂的固化温度对上浆剂和树脂混合物进行处理。结果表明,上浆剂与纤维间的化学反应程度随着处理温度的提高而增加,而上浆剂与碳纤维间高的化学反应程度会限制了上浆剂向环氧树脂间的扩散,降低上浆剂与树脂间的化学反应。(2)在第一部分的基础上,分别以环氧树脂和双马来酰亚胺树脂作为基体树脂,制备单丝复合材料和复合材料层板。对于环氧树脂体系,与未处理纤维相比,CF1经过150℃处理后,界面剪切强度(IFSS)和层间剪切强度(ILSS)分别提高了 57.4%和7.0%,而处理温度为200℃,IFSS和ILSS有所降低。对于双马来酰亚胺树脂体系,与未处理纤维相比,CF2在150℃处理后,IFSS和ILSS分别提高了 12.8%和6.1%,处理温度为200℃,IFSS和ILSS呈现出降低的趋势,表明碳纤维与上浆剂之间高的化学反应程度,降低了上浆剂与树脂间的化学相互作用,不利于提高复合材料的界面粘结强度。此外,对于双马来酰亚胺树脂,在较高的固化温度,双马来酰亚胺单体会发生自聚反应以及酰亚胺发生开环反应,降低了上浆剂与树脂间的化学反应,使上浆剂与纤维和树脂间的竞争反应对双马来酰亚胺树脂的影响较小。(3)通过向上浆剂中添加不同含量固化剂(环氧上浆剂化学计量比的15%、30%、60%)并在150℃进行温度处理,以研究固化剂含量对上浆剂反应性的影响,结果表明,固化剂含量分别为15%、30%和60%时,上浆剂的反应程度分别为4%、37%和47%,固化剂含量从15%到30%的反应程度增幅明显高于固化剂含量从30%到60%的,150℃处理后,上浆剂中过多的固化剂不会显著增加上浆剂的反应程度。之后,对碳纤维进行上浆处理,当固化剂含量为15%,复合材料的IFSS为122.4 MPa,与不含固化剂的带浆纤维相比,提高了 26.7%,这归因于上浆剂的存在,提高了纤维的极性分量,增加了纤维与树脂间的润湿性,同时,纤维与树脂间形成一种具有交联密度梯度的界面,改善了复合材料的界面粘结性能。另外,对含固化剂的带浆纤维在150℃处理后,固化剂含量为30%,复合材料的IFSS为116.4MPa,与未处理体系相比,提高了 1 1.9%,归因于温度处理后,纤维表面层状结构的出现有利于提高纤维表面粗糙度,此外,纤维/上浆剂和上浆剂/树脂的界面形成适量的化学键,有利于改善纤维与基体树脂间的界面粘结强度。