随着工程技术的快速发展,纯聚醚醚酮材料已难以满足对工程材料的耐热性能和热机械强度等性能要求,聚醚醚酮复合材料是未来工程材料重要的发展方向之一。由于聚醚醚酮具有较高的耐热性,采用其他聚合物作为增强材料对其耐热性能的提高有限;而采用无机纳米粒子作为增强材料,加工过程中纳米粒子与聚醚醚酮基体之间易产生缺陷,复合材料易高温老化导致强度快速降低。因此,如何提高聚醚醚酮复合材料的耐热性和热机械性能,仍然是聚醚醚酮复合材料领域当前面临的重要难题之一。本文首先研究了氮化硅、氮化铝、氧化铝和氧化亚铜等无机颗粒改性磷酸盐,通过超声分散法将改性后的磷酸盐与聚醚醚酮混合获得复合材料预制体。采用模压-固化方法,在350℃条件下进行成型,提高固化交联产生的粘结力,制备了改性磷酸盐/聚醚醚酮复合材料。XRD和FTIR分析磷酸盐/复合材料结构的结果表明,无机颗粒改性磷酸盐的加入未对聚醚醚酮的分子结构产生明显影响。利用DSC和TG分析了复合材料的固化行为及耐热性,结果表明改性磷酸盐未对聚醚醚酮的固化过程产生明显影响,但使聚醚醚酮的耐热性得到增强。其中,Al2O3改性的磷酸盐作为增强材料时,复合材料T20(热失重为20%的温度)较纯聚醚醚酮提高了近50℃。利用SEM观察了复合材料微观形貌的结果表明,Al2O3改性的磷酸盐与聚醚醚酮形成了良好的界面和相容性。通过不同无机颗粒改性磷酸盐/聚醚醚酮复合材料的力学性能分析表明,Al2O3改性磷酸盐的增强效果最佳,其压缩强度从156.31MPa增强到321.39MPa,提高了105.6%,同时仍保持了较高的弯曲强度。另外,磷酸盐的加入还增强了聚醚醚酮的耐热老化性能。为了研究磷酸盐与聚醚醚酮之间的界面结构,选用Al2O3改性磷酸盐作为增强材料,分析了不同磷酸盐含量复合材料的结构与性能。采用XRD和FT-IR研究复合材料结构的结果表明,磷酸盐含量不会影响Al2O3和磷酸盐在聚醚醚酮基体中的固化反应机理。利用DSC研究了复合材料的固化行为,结果表明Al2O3和磷酸盐发生固化反应的温度随磷酸盐含量的增加而升高。进一步,将复合材料在800℃条件下热处理去除聚醚醚酮基体,使用SEM观察热处理产物的微观形貌。结果显示,Al2O3改性磷酸盐与聚醚醚酮形成了互穿交联网络(IPN)结构,且IPN结构与磷酸盐含量有关。结合性能分析,结果表明IPN结构的形成提高了复合材料的热机械强度和耐热性。当Al2O3改性磷酸盐质量分数为40%时,复合材料的IPN结构最完整,常温下复合材料的拉伸强度和抗压强度比纯聚醚醚酮分别提高了15.9%和74.5%,达到110.47MPa和314.33MPa。为了进一步提高磷酸盐/聚醚醚酮复合材料的性能,采用直接磺化法对聚醚醚酮进行改性。通过FTIR和EDS分析了不同H2SO4浓度和处理时间对聚醚醚酮磺化程度的影响。结果显示,使用80wt%的H2SO4作为磺化剂,处理60min得到的S-PEEK磺化程度较高且无大面积交联,更适合作为高性能磷酸盐/S-PEEK复合材料基体。进一步研究了磺化改性对磷酸盐/磺化聚醚醚酮(S-PEEK)复合材料力学性能的影响,结果表明磷酸盐/S-PEEK复合材料的弯曲强度和压缩强度比未磺化的聚醚醚酮复合材料分别提高了13.76MPa和4.2MPa。