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聚醚醚酮(PEEK)具有优异的综合力学性能,良好的耐热性能以及出色的密封与耐磨性能,是一类很有发展潜力的高性能结构与摩擦材料。但是,纯PEEK玻璃化转变温度较低,导热性差,高温下蠕变与磨损率高,力学保持性差,不能满足日益苛刻的高温高压环境下的使用要求。液晶聚苯酯(POB)具有优异的耐热与减摩耐磨性能,是PEEK理想的高温摩擦填料。碳纳米管(CNTs)具有优异的力学、热学和电学性能,被广泛用于聚合物的增强材料。然而,由于碳纳米管易团聚且表面呈现化学惰性,与聚合物复合时,在基体中的分散性差且与基体难以形成高效的界面粘结,极大地制约了碳纳米管性能的发挥。针对碳纳米管的分散性及与基体的界面性能是决定其增强效果的关键因素,本论文首先对碳纳米管进行聚醚砜改性处理,以提高其在PEEK中的分散性及与基体的结合性能,然后与聚苯酯协同填充PEEK,从而有效地提高了PEEK复合材料的力学、热学及摩擦学性能。第一,对碳纳米管分别进行混酸氧化、聚醚砜改性处理,通过透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)和热重分析(TGA)等研究了两种表面改性方法对CNTs的分散性、结构、表面官能团(或改性剂)种类及含量的影响。结果表明:聚醚砜改性CNTs比混酸氧化CNTs分散性更好;聚醚砜改性不会进一步破坏CNTs的有序石墨化结构;聚醚砜改性在CNTs表面共价接枝了一层聚醚砜树脂,降低了CNTs彼此间的吸引,大大提高了分散性。第二,将经过不同表面处理的CNTs填充PEEK树脂,并制得复合材料,通过拉伸、蠕变、冲击性能测试及断口形貌分析,对比研究了CNTs改性方法对复合材料力学性能的提升效果。在此基础上,进一步考察了聚醚砜改性CNTs与POB协同增强PEEK的力学性能。结果表明:聚醚砜改性比混酸氧化更有效地改善了CNTs在基体中的分散性及与基体的界面粘附力,因而常温与高温下的力学性能更好;POB加入后,聚醚砜改性CNTs/POB/PEEK多尺度复合材料力学性能进一步提高,主要原因是,CNTs在相邻POB之间架桥并在基体中形成三维网状结构。第三,对混酸氧化、聚醚砜改性CNTs填充PEEK以及聚醚砜改性CNTs/POB/PEEK多尺度复合材料进行热重分析、差示扫描量热分析、动态热力学测试与导热率测试。结果表明;聚醚砜改性比混酸氧化CNTs更好地提高了CNTs/PEEK复合材料的热稳定性、熔融温度、结晶度以及储能模量,且多尺度复合材料的热学性能最高。这是由于聚醚砜改性使CNTs在基体中的分散性更高,与基体的结合力更强,从而有效约束了基体分子链段受热时的运动,同时分散性更好的CNTs有利于发挥异相成核剂的作用;POB的加入进一步发挥了耐热和异相成核剂作用,提高了热学性能。特别是热导率,相比于纯PEEK提高了3.5倍,这主要归因于CNTs与POB在基体中三维导热通道的建立。第四,系统研究了PEEK基复合材料在载荷、速度、温度影响下的摩擦学性能与PV极限性。结果表明:复合材料的摩擦系数随载荷、速度和温度的增加而下降;其磨损率随载荷的增加而下降,随速度与温度的增加而上升;POB显著提高了POB/PEEK复合材料的耐磨性;聚醚砜改性CNTs/PEEK复合材料摩擦学性能优于混酸氧化CNTs/PEEK复合材料;多尺度复合材料获得了最佳的摩擦磨损性能与最高的PV极限值。第五,探讨了聚醚砜改性提高CNTs/PEEK复合材料摩擦学性能的作用机理,分析了POB与聚醚砜改性CNTs增强提高PEEK摩擦学性能的协同机制。聚醚砜改性CNTs明显增加了基体的强度与刚度,抑制了磨损表面PEEK大片晶体的滑移与剥落,提高了复合材料的耐磨性。POB与聚醚砜改性CNTs的协同作用表现在四个方面:(1)伸出磨损表面的CNTs与磨断的CNTs在摩擦副间形成了微型“滚针轴承”;(2)基体中的POB与CNTs形成的三维网状结构进一步提高了基体的刚度,减少了基体摩擦过程中的塑性变形;(3)聚醚砜改性CNTs降低了POB与基体界面的应力集中,提高了磨损表面的承载能力;(4)POB与CNTs形成的三维网状导热通道,大大提高了基体的热传导率,降低了摩擦表面的温度,从而显著提高了复合材料的减摩抗磨性能。本文对碳纳米管进行聚醚砜改性,表征了改性效果;研究了聚醚砜改性CNTs增强PEEK复合材料以及多尺度复合材料的力学、热学及摩擦学性能,并阐明其作用机理;获得了力学与摩擦学性能优异的多功能复合材料,发展了碳纳米管改性新方法,为开发高温高压工况下的结构与摩擦复合材料提供了理论依据。