碳纤维是含碳量高于90%的无机高性能纤维,它由有机纤维经热处理转化而成,其力学性能优异,既有碳材料的特征,又具备纺织纤维的柔软可加工性,是性能优异的增强纤维材料,并被常常用于树脂基增强复合材料的制备,制备的树脂基复合材料具有刚性好、质轻等优良特性。但是由于碳纤维含碳量超过90%,表面能低,几乎没有可反应官能团,与树脂润湿性差,因此,碳纤维作为增强材料时,与树脂基材界面之间的界面相容性较差,导致两者之间结合力低,从而影响复合材料的力学性能。因此,提高碳纤维与树脂材料之间的界面作用力是有效改善复合材料力学性能的途径之一。其中,对碳纤维表面进行改性是碳纤维材料研究的热点之一。在现有报道的众多碳纤维表面改性方法中,表面接枝法与电化学聚合改性法,因其改性效果较好且对碳纤维基材的损伤较小而得到广泛的关注与研究。其中,电化学聚合改性要求改性体系具有一定的导电性能,为了获得导电性能,使用导电聚合物或在体系中加入大量的溶剂和电解质分别来稀释和增加溶液的导电性是目前通常采用的两种方法。阳离子光聚合体系是由阳离子光引发剂、单体和树脂组成,其中单体可以作为具有反应活性的稀释剂对树脂和引发剂进行溶解稀释,同时参与聚合反应;而阳离子光引发剂本身就是离子型化合物,可以电离出阴阳离子,使得聚合体系自身就具有导电性,因此,该体系不需要加入任何溶剂与电解质。体系中的单体既作为反应物又作为溶剂,而阳离子光聚合引发剂既作为引发剂又作为电解质,不仅减少了整个聚合改性过程中的浪费,而且没有废弃物、VOC排放,聚合工艺绿色环保。因此,本研究将前期研究结果引入碳纤维的表面改性,结合碳纤维自身的导电性,在碳纤维表面由内到外生长高分子,同时引入可反应的官能团,且通过聚合条件以及工艺的改变来控制高分子层的厚度,从而达到改善碳纤维作为增强材料时与基体树脂的界面作用力的目的,提高复合材料的力学性能。能参与阳离子聚合的单体树脂一般是具有环氧官能团或乙烯基醚官能团的化合物。本研究分别选取两类单体中的一种化合物作为聚合改性所用的单体进行研究,分别是1,4-丁二醇二缩水甘油醚(环氧单体)与三乙二醇二乙烯基醚(乙烯基醚单体)。聚合时将碳纤维作为阳极,金属电极管作为阴极,发生电聚合反应,聚合物从碳纤维表面生长,在碳纤维表面形成聚合物层。本研究中首先对电化学聚合改性碳纤维反应中可能影响电聚合条件因素如碳纤维的前处理、体系中光引发剂的加入量、电极之间间距、电化学聚合反应时间与电压等参数进行了探究,得出了这两种单体在聚合反应中的最佳条件。接着对最佳条件下得到的聚合物层使用傅里叶红外光谱(FTIR),热失重分析(TGA),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM)等表征手段进行了分析表征。此后将改性后的碳纤维与未改性的碳纤维按相同条件加入到树脂基体中制备成碳纤维树脂基复合材料,分别对其力学性能进行测试,发现使用改性后碳纤维制备出的复合材料较之未改性的碳纤维制备出的复合材料力学性能均有较大提升,其中环氧单体改性的碳纤维树脂基复合材料 Interlaminar Shear Strength(ILSS)提升了 46.9%,抗拉强度提升了 11.4%,乙烯基醚单体改性的碳纤维树脂基复合材料ILSS提升了 62.1%,抗拉强度提升了 16.6%。在此基础上,利用电化学聚合改性的方法,在聚合体系中加入色浆,成功制备出了颜色鲜艳且持久力好的彩色碳纤维样品。最后,碳纤维是一维结构,有适合连续化生产的特性;结合本研究结果,以及电聚合快速的特点,本研究还设计了一套连续电聚合改性碳纤维表面性能的装置,为工业化生产提供基础。