聚醚醚酮树脂作为一种特种工程塑料,因其优异的综合力学性能、耐热性、耐化学腐蚀性及生物相容性,广泛应用于航空航天、电子、汽车、核工业、医疗器械等高技术领域。同时,良好的自润滑性使其成为一种重要的减摩和耐磨材料,广泛应用于各种转动和传动装置。随着对装备的应用环境、寿命等要求的不断提高,纯聚醚醚酮树脂难以满足复杂的工况需求,利用各种填料对其改性是改善聚醚醚酮树脂摩擦性能、降低成本的重要途径。石墨、碳纳米管等碳材料是改善聚醚醚酮树脂摩擦性能的重要填料,其中碳纳米管因其巨大的长径比、优异的力学性能、良好的导热、导电性,被认为是制备高性能纳米复合材料的理想填料。因此,本论文选择了上述碳材料作为主要填料,制备出一系列微米石墨/聚醚醚酮及纳米石墨/聚醚醚酮、多壁碳纳米管/聚醚醚酮复合材料,研究了不同粒径的石墨及不同长径比的多壁碳纳米管对复合材料摩擦性能的影响,同时研究了复合材料的力学性能和热学性能,为进一步设计制备具有低摩擦系数和低磨损率的复合材料提供了理论基础。又从改善填料分散及增强与树脂间界面相互作用的角度出发,分别采用非共价键修饰和共价键修饰方法修饰多壁碳纳米管,设计制备出一系列非共价键修饰多壁碳纳米管/聚醚醚酮、共价键修饰多壁碳纳米管/聚醚醚酮复合材料及非共价键修饰多壁碳纳米管/石墨/聚醚醚酮多元复合材料,并通过优化设计条件使得多元复合材料具有优异的力学性能、较低的摩擦系数、优异的耐磨性等特点,有望应用于制备各种高端装备中的减摩和耐磨部件。实验研究发现,纳米石墨和微米石墨都可以有效降低聚醚醚酮复合材料的摩擦系数,然而石墨独特的层状结构,会对复合材料的耐磨性及力学性能造成负面影响。纳米粒子具有的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等特点,使其在低含量时就能在聚合物基体中构建非常大的界面,提高填料与基体树脂的界面相互作用。因此相比于微米石墨,相同含量的纳米石墨的加入可以提高复合材料的耐磨性。同为碳系填料,多壁碳纳米管具有高长径比、高强度、自润滑、高耐磨等特性,是一种高效的增强改性填料。然而由于碳纳米管之间存在的较强的范德华力,直接熔融共混方式很难实现多壁碳纳米管在基体树脂的良好分散,因此材料的性能并不理想。复合材料的性能很大程度上取决于填料在基体树脂中的分散以及填料与基体树脂之间的界面相互作用。如何解决上述问题成为制备高性能摩擦材料的关键。共价键修饰和非共价键修饰方法可用来改善碳纳米管在基体树脂中的分散性,同时增强与基体树脂间的界面相互作用,实现碳纳米管增强效果的最大化。因此本论文采用共价键修饰和非共价键修饰两种方法修饰多壁碳纳米管。非共价键修饰方法是基于π-π相互作用的表面修饰方法。因此,我们设计合成出一系列含芴聚芳醚酮,利用聚芳醚酮链段中的芴共轭基团与多壁碳纳米管之间较强的π-π堆积作用,实现对多壁碳纳米管的表面修饰,改善多壁碳纳米管在基体中分散的同时增强与基体树脂间的界面相互作用。我们利用非共价键修饰多壁碳纳米管为填料,制备出非共价键修饰多壁碳纳米管/聚醚醚酮复合材料。所制备的复合材料的强度、模量以及耐磨性都得到了改善,然而复合材料表面出较高的摩擦系数。为了进一步改善复合材料的摩擦性能,利用石墨与多壁碳纳米管之间的协同效应,制备出非共价键修饰多壁碳纳米管/石墨/聚醚醚酮多元复合材料,所制备的复合材料达到较好的效果,表现出良好的摩擦性能及优异的力学性能。采用非共价键修饰多壁碳纳米管制备的聚醚醚酮复合材料的力学性能和耐磨性得到了改善。因此,我们又选用共价键修饰对多壁碳纳米管表面进行处理,对比两种修饰方法对聚醚醚酮复合材料摩擦性能和机械性能的影响。我们采用4,4’-二氟二苯甲酮和氢氧化钠对多壁碳纳米管表面进行修饰,成功制备出表面含有氟酮基团的多壁碳纳米管,经聚合反应接枝到聚醚醚酮链段中,从而提高了多壁碳纳米管在基体树脂中的分散性,并增强了与基体树脂间的界面结合力。所制备的聚醚醚酮复合材料的力学性能和摩擦性能得到了极大改善。相比于非共价键修饰多壁碳纳米管的引入,低含量共价键修饰多壁碳纳米管的引入可大幅度改善复合材料的强度、模量以及耐磨性的同时还可以有效降低复合材料的摩擦系数。