由于碳纤维的低密度、高比强度、高耐磨等优异性能,所以在新型传动/制动系统材料中以碳纤维增强树脂基复合材料已成为其目前最优选择。但碳纤维的乱层石墨结构决定了其表面几乎不含有活性官能团,表现出化学惰性,导致碳纤维与树脂基体界面结合性能较差,这已成为阻碍碳纤维发展的瓶颈。界面不能有效将载荷从基体转移到增强体,限制了纤维优异性能发挥。如何高效、无损地对碳纤维表面进行接枝改性,改善纤维表面惰性环境,提高其表面活性,增强纤维与树脂之间界面结合性能,系统提升复合材料力学及摩擦学性能成为亟待解决的关键问题。为有效的解决上述问题,本研究课题采用双烯合成反应(Diels-Alder reaction)、重氮化反应、水热生长等无损接枝改性的方法,基于碳纤维结构对其表面进行化学接枝改性,制备改性碳纤维增强体。通过制备预制体、浸渍树脂和热压成型等工艺得到复合材料。系统研究复合材料界面结合强度,力学及摩擦学性能,探索出不同湿化学改性方法中最佳接枝改性工艺参数条件,为进一步优化复合材料界面结构,充分发挥其优异性能提供技术指导。(1)基于双烯合成反应,将甲基丙烯酸单体成功接枝至碳纤维表面,有效地形成了羧基功能化碳纤维表面。系统分析不同改性温度对碳纤维表面形貌、结构及活性状态的影响。结果表明,在不损伤纤维结构基础上,最佳接枝温度为80℃,纤维表面羧基官能团含量从原始的5.16%上升到19.30%。以其为增强体制备的复合材料剪切强度和拉伸强度分别提高了90.3%和78.7%,磨损率下降幅度为52.7%。(2)基于重氮化反应产生苯胺层,采用亲核取代反应在碳纤维表面引入苯基酸官能团,有效解决纤维表面化学活性低的问题。此接枝改性反应实现机械啮合与化学接枝的协同增强,有效地避免因应力集中而导致界面脱粘及纤维断裂现象,显著提升纤维与树脂之间界面结合强度。复合材料拉伸强度及三点弯曲强度分别提高了45.9%和106.8%,摩擦系数更高、更稳定且耐磨性显著提高,磨损率下降约为53.8%。(3)采用水热生长、化学接枝的方法设计并制备了MOF-5/碳纤维增强体。MOFs在经硝酸处理后的含有成核位点上的碳纤维表面原位生长,形成一层相对均匀的片状结构MOF-5,通过一种新的化学键合方式C-O-Zn键与碳纤维有效连接,MOF-5成功接枝有利于碳纤维表面活性和表面能的提升。MOF-5作为纤维和聚合物基体之间的界面连接体,有效避免应力集中,获得界面强度较高的复合材料。测试结果进一步验证改性效果,复合材料拉伸强度为43.2 MPa,提高了约130.1%,弯曲强度为75.2 MPa,提升74.1%左右,磨损率降低了约59.2%,且连续制动过程中稳定性明显提升。