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尽管 CF 具有一系列的优异性能，但它属于脆性材料，只有将它与基体材料有效地结合在一起才能发挥出优异的性能。因此，碳纤维主要用做复合材料中的增强相。根据使用要求，CF 增强复合材料的基体可以是树脂、金属及各种无机陶瓷，目前应用最广泛的是 CF 增强树脂基复合材料。在碳纤维增强树脂基复合材料中，复材的性能严格依赖于 CF 和基体树脂间的界面结构和性能。界面在纤维和基体间起到了一个至关重要的作用—承担及传递载荷的作用。由复合材料混合定律（式 1，式 2）可知，纤维增强树脂基复合材料（FRP）的性能主要有赖于 3 个因素：①纤维强度及模量；②树脂的强度及化学稳定性；③应力在界面间传递时树脂与纤维的粘结效能。
由式（1）、式（2）可以看出，碳纤维增强树脂基复合材料的性能不仅取决于树脂基体和纤维的性能，还取决于纤维与树脂间的界面强度。然而由于在碳纤维的生产过程中，原丝在经过高温惰性气体中的炭化处理时，随着非碳元素的逸走和碳的富集，其表面活性降低，表面张力下降，缺乏活性官能团，表面惰性大，不易被树脂浸润，也不易发生化学反应，与树脂基体间的结合性能差，从而导致纤维和基体间的粘结性能差，界面间存在较多缺陷，影响了复合材料的力学性能，限制了碳纤维增强复合材料高性能的发挥。因此对碳纤维进行改性处理从而提高其与树脂基体间的粘结性能，改善复合材料的界面性能具有重要意义。
近些年，人们除了在碳纤维的生产工艺、提高原丝质量等方面改善碳纤维的表面性能，同时对成品碳纤维表面改性的研究也十分活跃。由于 CF 表面的微晶大小、官能团的种类和数量以及粗糙度是决定碳纤维与树脂基体间结合性能的重要因素。石墨微晶越大,处于碳纤维边缘位置和表面棱角（缺陷棱角）的不饱和碳原子数目越少,表面活性越低,相反,微晶越小,活性碳原子的数目就越多,越有利于纤维与树脂的粘合;碳纤维表面的官能团如- NH2、- OH 等能与基体发生反应,形成化学键；增加表面粗糙度有利于碳纤维与基体树脂间的机械嵌合,增强锚锭效应。因此各种改性方法的主要目标有以下几点：
1） 对 CF 表面造成刻蚀，形成微孔或刻蚀沟槽
2） 在 CF 表面引入极性基团或活性反应官能团
3） 形成和基体树脂间粘附力强的中间层
4） 从类石墨结构改性为碳状结构以增加表面能
目前所采用的改性方法主要包括碳纤维表面干湿法（气相、液相）氧化处理、电化学沉积、等离子体处理、化学接枝、电聚合及纤维表面涂层等。最近 N. Tsubokawa 等利用 CF本身的芳环结构对 CF进行表面改性，Bo-Hye Kim等人对利用电子束辐射改性 CF 进行了研究。
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