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碳纤维增强热塑性复合材料在航空航天、医疗器械、机器人等领域的应用越来越多,相应地对其性能要求越来越高,也越来越重视对其界面性能的研究。根据相似相容原理,针对不同的树脂基体应该开发出与之分子结构相似的碳纤维用上浆剂。目前,适用于热塑性树脂基体的水性上浆剂的研究较少,因此制备水性热塑性上浆剂对改善碳纤维增强热塑性复合材料界面性能具有重要的意义。制备了 Fe3O4/还原氧化石墨烯(RGO)改性聚酰亚胺水性上浆剂,并研究了上浆剂对碳纤维以及碳纤维增强聚酰亚胺(CF/PI)、碳纤维增强聚醚砜(CF/PES)复合材料界面性能的影响。首先,采用逐步聚合的方法制备了聚酰胺酸(PAA)前驱体,与二甲基乙醇胺(DMEA)反应使其羧基离子化,制备PAA水分散体。激光粒度仪测试结果表明PAA水分散体的平均粒径为158 nm。热重表征了 PAA热亚胺化后的PI薄膜的耐热性能,分子量为3.61×106 g/mol的PI薄膜失重5%的温度相较于分子量为2.20×105 g/mol时提高了 41.3℃。另外,采用共沉淀法在磁场中制备了Fe3O4/RGO纳米复合物,并通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析了产物的晶型、形貌和成分。制备了不同PAA水分散体和Fe3O4/RGO浓度的水性上浆剂,并在磁场下涂覆在碳纤维表面。采用扫描电子显微镜(SEM)、XPS、万能材料试验机、傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别测试了碳纤维表面形貌、元素、单丝拉伸强度和官能团。上浆剂中PAA浓度为1.0%、Fe304/RGO浓度为1.5 mg/mL时,碳纤维的单丝拉伸强度最高。在磁场中涂覆PAA-Fe304/RGO上浆剂后,碳纤维表面形成均匀有序的凹凸结构,粗糙度增加至48.7 nm。采用热压成型法制备了 CF/PI和CF/PES复合材料。利用万能材料试验机、SEM、动态力学热分析(DMTA)测试了两种复合材料的层间剪切强度(ILSS)、断面形貌以及不同温度、载荷下的动态力学性能,确定了上浆剂的最佳浓度配比。上浆剂中PAA浓度为1.0%、Fe304/RGO浓度为1.5 mg/mL时,CF/PI和CF/PES复合材料的ILSS最高,分别相较于未上浆时提高了 147.7%和91.6%。研究了纯PAA上浆剂、磁场涂覆PAA-Fe304/RGO和单纯涂覆PAA-Fe304/RGO上浆剂对碳纤维和CF/PI、CF/PES复合材料性能的影响,并探究了磁场涂层增强复合材料机械性能的机理。结果显示,含有磁场涂层的CF/PI和CF/PES复合材料ILSS分别相较于未加磁场时提高了 27.9%和33.9%。其原因在于磁场调控实现了Fe304/RGO片层在碳纤维表面的定向排列,避免了石墨烯片层的聚集,从而改善了复合材料的界面性能。