碳纤维复合材料的使用性能常受到纤维与基体的界面限制,本文采用电化学阳极氧化、碳纳米管沉积和米氏酸化学接枝三种不同的表面改性方法改善碳纤维表面活性,以提高纤维／环氧树脂的层间剪切强度(ILSS),最大程度地保留纤维本体强度。采用X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FTIR)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)等表征方法测试改性后碳纤维的物理和化学状态。采用单丝拉伸实验、三点短梁弯曲实验测试改性后纤维的机械性能。本文还研究了吉林石化碳纤维实际生产中各工序纤维的结构与性能,比较高温碳化纤维与日本样品结构与性能的差异,为吉林石化碳纤维成产技术的改进提高技术支撑。研究结果表明碳纤维表面活性基团数量受阳极氧化时间的影响；氧化初期碳纤维表面C-OH、C=O、COOH数量增加,氧化后期由于过度氧化官能团分解；氧化初期复合样条的ILSS提高幅度较大,氧化后期提高幅度较小。羧基碳纳米管(COOH-CNTs)均匀稳定沉积在碳纤维表面,纤维与环氧树脂之间浸润性增加,复合样条的ILSS增加了67%,碳纤维的拉伸强度增加6%。碳纤维表面C=O基团与米氏酸发生化学接枝反应后,使得纤维表面的COOH含量从1.41%升到7.84%,碳纤维纤维表面没有被刻蚀和涂层,纤维的单丝拉伸强度保留,复合样条的ILSS增加74%。