碳纤维短切与树脂基体之间的界面结合质量，直接决定了复合材料能否将碳纤维的高强度高模量特性转化为制品的实际性能。理解界面结合机理，有助于选用合适的纤维表面处理方式及树脂体系，从而提高复合材料的整体表现。
界面结合主要依靠三种作用机制：机械互锁、物理吸附和化学键合。机械互锁源于树脂渗入碳纤维表面的沟槽或微孔中，固化后形成锚固点。碳纤维经过表面处理后会产生一定程度的刻蚀，增加表面粗糙度，有利于机械互锁。物理吸附包括范德华力和氢键作用，这类作用力较弱，但在距离足够近时仍能贡献一定的结合强度。化学键合是最理想的结合方式，通过碳纤维表面的活性基团与树脂分子中的官能团发生化学反应，形成共价键连接，界面强度较高。
碳纤维原料本身表面活性较低，缺乏足够的官能团。为改善这一状况，碳纤维生产过程中会进行阳极氧化或等离子体处理，在表面引入羟基、羧基等含氧基团。之后涂覆的上浆剂中含有可与这些基团反应的组分，同时上浆剂的另一部分应与目标树脂相容或可反应。因此，上浆剂充当了纤维与树脂之间的“桥接层”。
对于热塑性树脂基体，界面结合机理略有不同。由于热塑性树脂在冷却过程中不发生交联，化学键合的机会较少，主要依靠上浆剂与树脂的相容性以及树脂的结晶行为对纤维表面的浸润。在碳纤维短切增强聚丙烯体系中，常通过在上浆剂中添加改性聚丙烯或马来酸酐接枝物来增强界面结合。
界面结合质量可通过微观观察和力学测试进行评估。扫描电镜下，良好结合的断口表面应能看到树脂牢固附着在纤维表面；而界面差的断口则表现为纤维表面光滑、无树脂残留。宏观上，短梁剪切强度是评价层间剪切强度的常用指标。通过优化碳纤维短切的界面设计，可使复合材料的横向强度和疲劳寿命得到提升。
