为满足生产、生活及国防领域的发展需求,需要不断优化和调控先进复合材料的性能。复合材料中界面相的结构与界面相的厚度,会对复合材料的最终性能产生巨大影响,因此设计并控制复合材料的界面十分必要。碳纤维在复合材料领域的作用至关重要,但其相对平滑的惰性石墨片层和较低的表面能使其作为增强体与聚合物基体的浸润性能差,无法实现良好黏合。为了增加碳纤维表面的活性官能团含量,同时提高引入的官能团与聚合物基体的反应活性,研究者们通过酰胺反应将具备大量活性氨基基团的分子接枝到碳纤维表面。但发生酰胺反应所需要的肽缩合试剂通常具有强烈毒性,反应过程也较为复杂,因此本文利用枝化聚乙烯亚胺和氧化石墨烯,以更为环保、便捷和快速的方式对碳纤维进行表面改性,制备出枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维和氧化石墨烯接枝碳纤维跨尺度增强体,并研究相应的界面性能变化机理。本文的主要研究内容如下:通过静电作用制备了枝化聚乙烯亚胺接枝碳纤维跨尺度增强体;通过XPS验证枝化聚乙烯亚胺与碳纤维的连结方式为化学键合;测试其表面能得知枝化聚乙烯亚胺的引入使碳纤维表面能增加了90%以上,改善了碳纤维与聚合物基体的浸润性能;结合XPS分析结果、表面能的变化趋势以及微滴脱粘实验的结果,确定出当枝化聚乙烯亚胺溶液的反应浓度为0.1%wt时,对界面强度的贡献最大,与碳纤维原丝相比,界面剪切强度提升了46.34%。以枝化聚乙烯亚胺为媒介,将氧化石墨烯接枝到碳纤维表面,用以强化碳纤维与聚合物基体的机械绞合,提升碳纤维表面能,进而提高复合材料的界面结合强度。通过XPS对碳纤维增强体表面化学状态进行表征,证实了氧化石墨烯以枝化聚乙烯亚胺为媒介,通过化学键接枝到碳纤维表面;借助SEM观察碳纤维增强体的表观形貌,确定出接枝反应的最佳反应浓度、反应时间和反应方式;借助表面能的测试,验证了氧化石墨烯的引入使碳纤维与聚合物基体的浸润性能提高了47.08%;进行界面剪切强度测试,接枝氧化石墨烯后,碳纤维与基体的界面强度提升了18.44%。