综述：碳纤维增强聚合物复合材料理论、改性与界面性能交叉领域的最新进展

本综述系统梳理了碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料在界面理论、表面改性技术及性能优化方面的最新突破，重点分析了近3年界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）的研究数据，为高性能复合材料设计提供了关键参考，并展望了多技术协同改性与结构-功能一体化的发展趋势。

　　

ABSTRACT

碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料凭借轻质、高强度和耐腐蚀等优势，广泛应用于航空航天、汽车、船舶及体育器材等领域。为应对日益严苛的应用环境，研究者通过多种表面改性技术对光滑且化学惰性的碳纤维（CF）表面进行处理，以提升其反应活性与表面形貌，从而改善复合材料中较弱的界面结合问题，形成高性能界面相以增强力学性能。本文系统综述了近年来复合材料界面理论、CF表面改性方法及其研究层级，并对近3年相关文献中报道的界面剪切强度（IFSS）和层间剪切强度（ILSS）值进行了统计分析，为未来CFRP复合材料的界面设计与改性提供了权威依据。最后，总结了当前改性技术的进展与未来研究方向，探讨了多技术协同改性及结构-功能一体化复合材料的发展趋势。

界面理论与改性机制

CFRP复合材料的性能高度依赖于纤维与基体之间的界面结合质量。界面理论主要包括机械互锁、化学键合和物理吸附三种机制。近年来，研究者通过分子动力学模拟和实验验证，进一步揭示了界面应力传递与失效行为的微观机制。表面改性技术如氧化处理、等离子体处理、纳米粒子修饰等，能有效增加CF表面的粗糙度和活性官能团密度，从而提升界面粘结强度。

表面改性方法研究进展

CF表面改性方法可分为物理法、化学法及生物法三大类。物理法包括等离子体、γ射线和紫外线辐射处理，主要通过刻蚀和活化表面实现改性；化学法如酸氧化、电化学沉积和聚合物涂层，可引入羧基、羟基等活性基团；生物法则利用酶或微生物进行环境友好型表面修饰。研究表明，多技术联合使用（如等离子体-硅烷偶联剂协同处理）可显著提高IFSS和ILSS值，部分研究报道IFSS提升幅度达50%以上。

界面性能表征与统计分析

IFSS和ILSS是评价CFRP界面性能的关键指标。通过对近3年发表数据的统计发现，经改性后的CFRP复合材料IFSS值多分布在40–80 MPa之间，ILSS值则集中于60–100 MPa范围。其中，纳米碳管（CNT）修饰和共价键接枝改性效果最为显著，但技术成本与工艺复杂度仍是实际应用的挑战。

发展趋势与挑战

未来研究将聚焦于绿色改性技术、多尺度界面设计及智能响应型复合材料的开发。结构-功能一体化复合材料（如自修复、传感集成型CFRP）成为新兴方向。然而，改性工艺的规模化应用、长期环境稳定性及成本效益平衡仍是亟待解决的关键问题。

Conflicts of Interest

作者声明无利益冲突。