碳纤维增强树脂基复合材料是以聚合物为基体(连续相)碳纤维为增强材料(分散相)组成的复合材料。碳纤维材料的强度和模量一般比基体材料高得多，使它成为主要的承载体。但是必须有一种粘接性能好的基体材料把碳纤维牢固地粘接起来。同时基体材料又能起到使外加载荷均匀分布并传递给碳纤维的作用。

　　碳纤维复合材料的特点是在应力作用下使碳纤维的应变与基体树脂的应变归于相等，但由于基体树脂的弹性模量比碳纤维小得多且易塑性屈服因而当碳纤维和基体处在相同应变时，碳纤维中的应力要比基体中的应力大得多致使一些有裂口的碳纤维先断头然而由于断头部分受到粘着它的基体的塑性流动的阻碍，断碳纤维在稍离断头的未断部分仍然与其周围未断碳纤维一样承担相同的负荷。

　　复合增强的另一原因是基体抑制裂纹的效应，柔软基体依靠切变作用使裂纹不沿垂直方向发展而发生偏斜，导致断裂能有很大一部分用于抵抗基体对碳纤维的粘着力，从而使裂纹在碳纤维复合材料整个体积内得到一致而使抵抗裂纹产生、生长、断裂以及裂纹传播的能力都大为提高。因此碳纤维复合材料的力学性能得到很大的改善和提高。

　　对于复合材料，复合的目的是使材料具有最佳的强度、刚度和韧性等。为此对增强碳纤维与基体材料都有一定的基本要求。

　　1.碳纤维是复合材料的主要承载组分应具有高强度和高模量。碳纤维复合材料在使用中碳纤维承受载荷的能力越强就越能发挥其对基体材料的增强作用。高模量即高刚度是保证结构稳定性所必要的。另外还要求增强碳纤维的密度小热稳定性强等。

　　2.碳纤维与基体之间能够形成具有一定结合强度的界面。适当的界面结合强度不仅有利于提高材料的整体强度，更重要的是便于将基体所承受的载荷通过界面传递给碳纤维以充分发挥其增强作用。若结合强度太低界面很难传递载荷不能发挥碳纤维的增强作用，影响复合材料的整体强度；但结合强度太高也不利，它遏制复合材料在断裂时碳纤维由基体中拔出而发生的能量吸收过程，降低强度并容易诱发危险的脆性断裂。界面结合强度主要取决于基体与碳纤维表面结合的性质以及碳纤维表面状态。为了提高复合材料的界面强度可采用对碳纤维进行表面处理的方法。例如将碳纤维在60%的硝酸溶液浸泡24小时后碳纤维表面积可增大30-40倍碳纤维表面的羧基数量也增多使碳纤维与尼龙的复合性能得到改善界面结合强度提高。

　　3.基体中增强碳纤维的含量、尺寸及分布必须适宜。一般而言基体中碳纤维的体积含量越高其增强效果越显著。通常如果碳纤维直径越细，则缺陷越少碳纤维强度和比表面积也大对提高界面结合强度有利。碳纤维长度也是影响其增强效果的重要因素。连续碳纤维的增强效果比短碳纤维要好得多。理论计算的结果表明只有当碳纤维长度超过某一临界值时，它才能显示出明显的增强效果。

　　这一结论对碳纤维增强复合材料的设计具有指导意义。碳纤维在基体中的分布方式应满足制品的受力要求。由于碳纤维的纵向拉伸强度比横向高数十倍因此应尽量使碳纤维平行排列于载荷的作用方向。在受力比较复杂的情况下，可将碳纤维按不同方向交叉层叠排列以便在各个方向都能发挥增强作用。