采用原位聚合法制备了以三聚氰胺-脲甲醛为壁材，环氧E-51为芯材的微胶囊(MUF)，并将其应用到碳纤维(CF)增强不饱和聚酯(UP)复合材料中，详细探讨了CF质量分数和MUF质量分数对碳纤维/不饱和聚酯(CF/UP)复合材料和微胶囊/碳纤维/不饱和聚酯(MUF/CF/UP)复合材料热稳定性、力学性能和自修复性能的影响。通过OM和SEM观察MUF的表面形貌，FTIR对MUF、CF/UP复合材料和MUF/CF/UP复合材料的化学结构进行表征，TGA、悬臂梁冲击仪和万能拉力试验机对复合材料的热稳定性、冲击性能、拉伸性能和自修复性能进行测试。结果表明，CF和MUF质量分数均为1%时，MUF/CF/UP复合材料的热稳定性较佳，力学性能及自修复性能较优；其拉伸强度为3.99 MPa，弹性模量为229.58 MPa，断裂伸长率为2.12%，冲击强度为86.75 kJ/m2，自修复效率为62.02%。