碳纤维短切的增强效果很大程度上取决于其与基体树脂的界面结合质量。未经处理的碳纤维表面呈化学惰性，与大多数聚合物的浸润性有限。为此，工业界开发了多种表面处理技术来活化碳纤维短切表面，以增强纤维与基体之间的应力传递效率。
氧化处理是应用较为广泛的方法之一。通过气相氧化或液相氧化，可以在碳纤维短切表面引入羟基、羧基等含氧官能团。这些极性基团能够与树脂分子形成化学键或氢键，从而提高界面剪切强度。气相氧化采用空气或氧气在高温下处理碳纤维短切，工艺可控但设备投入较高。液相氧化则使用硝酸或过硫酸铵溶液，处理温度较低，但需要后续的水洗和干燥步骤，且废液处理需要妥善安排。
上浆处理是另一种常见技术。上浆剂是一种涂覆在碳纤维短切表面的薄层物质，通常由成膜物质、偶联剂和润滑剂组成。上浆剂的功能是多方面的：一方面保护碳纤维表面免受损伤和污染，另一方面作为中间层改善与基体树脂的相容性。针对不同的树脂体系，工业上开发了环氧型、聚氨酯型、聚酰胺型等多种上浆剂。选择与基体匹配的上浆剂是确保碳纤维短切发挥增强作用的前提。
等离子体处理近年来受到关注。在真空或常压条件下，等离子体中的活性粒子能够对碳纤维短切表面进行刻蚀和化学改性。这种处理方法具有快速、无污染的优点，且不改变纤维本体的力学性能。经过等离子体处理的碳纤维短切，其表面粗糙度增加，浸润性得到改善。然而，等离子体处理的时效性问题仍需注意，处理后的纤维应尽快使用，否则表面活性会随时间衰减。
除了以上方法，偶联剂涂层也是一种简便有效的界面改进手段。硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂可以溶解在有机溶剂中，然后涂覆在碳纤维短切表面。偶联剂分子一端的基团与碳纤维表面作用，另一端与树脂基体反应，起到桥梁作用。这种方法操作灵活，适合小批量生产或实验室研究。
评估表面处理效果的最直接手段是测量复合材料的层间剪切强度或弯曲强度。通过对比处理前后的力学数据，可以判断所选表面处理技术是否有效。界面结合良好的碳纤维短切复合材料在断口处应看到纤维表面粘附有树脂，而非光滑的纤维拔出痕迹。
