竹纤维（BF）是一种高性能纯天然的植物木质纤维素纤维,具有来源广、易获得、成本低及轻质高强的突出特点,近年来在成功增强高分子复合材料中得到大量研究。基于聚四亚甲基醚二醇/甲苯二异氰酸酯（PTMG/TDI）浇注型聚氨酯（PU）弹性体低生热、高耐磨、耐溶剂、动态力学性能优异、与金属粘接性能优良、综合性能出众,赋予其在滑轮、管道输送等多种领域的应用。然而,PTMG2000型PU弹性体有限的力学强度限制了其在大型沙水输送管道内衬等高负载领域中的使用。因此,本论文将绿色环保的BF引入PTMG/TDI型PU弹性体中,对纤维的表面处理及其复合材料性能进行了系列研究,并探究复合材料的耐沙水冲蚀磨损性能及其在沙水输送管道内衬中的应用,同时建立聚氨酯复合材料管道沙水冲蚀磨损数值预测方法,为聚氨酯管道在复杂工况下的沙水冲蚀磨损预测分析提供一定参考意义。（1）为充分发挥BF对PU弹性体的增强效果,采用15wt%的Na OH水溶液,研究了不同温度,不同时间下的碱处理对BF的影响。通过红外（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、接触角等测试,分析了碱处理对BF处理效果,得出了竹束纤维的最优碱处理工艺条件及机理。随着碱处理温度的升高,束纤维中的木质素,半纤维素等非纤维素成分不断溶解,微原纤维随之从束纤维中分离出来,纤维表面纤维素不断暴露,到100℃,2小时实现了竹束纤维的最优碱处理。微原纤维直径更小,表面纤维素羟基反应活性更高,其纤维素含量比原始BF提高11.25%,结晶度与原始BF接近,非晶区纤维素含量获得提高,增加了竹纤维表面纤维素羟基的反应活性,与PU预聚体的接触角由原始的68°减小到55°,有利于改善BF与PU基体的界面化学结合力,实现对PU基体的充分增强。（2）利用最佳碱处理的竹纤维（NBF）为增强相,通过原位聚合制备NBF/PU复合材料。NBF/PU复合材料的拉伸和撕裂强度均随纤维含量的增加而先增后减,其中3wt%纤维下,NBF/PU的拉伸和撕裂强度依次为44.0 MPa和87.3 k N/m,分别比纯PU提高75.3%和32.2%。同纤维含量下,NBF表面纤维素羟基的反应活性高于BF,使得NBF与PU基体的界面结合更优异,实现了对PU的更优增强。同时NBF/PU-3仍保持500%以上的断裂伸长率,是一种高强高韧的复合材料。NBF/PU-3的微相分离结构优良,硬段相最大分解速率温度Tmax1和软段相最大分解速率温度Tmax2分别为307.4℃和412.5℃,高于纯PU,热稳定性得到提高。此外,NBF/PU-3动态力学性能优异,耐低温性保持良好,玻璃化温度（Tg）约-39.6℃,损耗因子为0.259,略低于纯PU。不足之处在于3wt%的纤维时,NBF/PU复合材料的加工黏度较大,高达4.57 Pa.s。（3）为突破BF增强PTMG/TDI浇注型PU弹性体复合材料加工黏度大的瓶颈,本论文自制了-NCO%含量为14.5%的高活性PU包覆剂,并对BF进行包覆改性。FTIR、SEM和XRD表明,经包覆剂处理后,BF表面化学包覆了PU包覆剂薄层,包覆层分子末端以氨基（-NH2）封端。黏度测试证明,PU包覆型竹纤维（PUBF）在5wt%以内时,复合材料加工黏度均低于2.7 Pa.s,与纯PU差异不大,加工流动性良好,有利于聚氨酯管道内衬的旋转浇注成型。原位聚合制备的PUBF/PU-3复合材料拉伸强度和撕裂强度由纯PU的25.1 MPa和66 k N/m分别增加到38 MPa和82.9 k N/m。另外,引入3%的PUBF,使得复合材料的耐屈挠性能较纯PU提升700%以上,耐滚动磨耗提高44%,耐磨性得到进一步提高。沙水冲蚀实验表明,在一定范围内,PUBF/PU的冲蚀磨损率随冲蚀速度和含沙量的增加而增加,40%含沙量下的冲蚀磨损率6.053E-7 kg/（m~2.s）,其耐沙水冲蚀磨损性能是304不锈钢的3.3倍,是不错的沙水输送管道内衬材料。（4）实验法研究沙水冲蚀磨损周期长、成本高,基于实验法获得的冲蚀磨损数据,利用Ansys Fluent平台进行数值仿真研究。目前,对于PUBF/PU复合材料的DPM-Generic通用冲蚀磨损模型中的速度指数因子n和颗粒粒径相关系数C（dp）两个重要参数未见报道。本论文确定了这两个重要参数,建立了PUBF/PU管道沙水冲蚀磨损数值预测分析方法。冲蚀速度和含沙量对PUBF/PU管道沙水冲蚀磨损影响的数值仿真分析表明,最大磨损位置出现在管壁底部出口段,22wt%含沙量以内的冲蚀磨损率在3.942E-7 kg/（m~2.s）以下。30%～50%高含沙量下使用高斯拟合得出了高含沙量下的沙水冲蚀磨损预测公式。