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聚合物基复合材料因其优异的比强度开始广泛应用于航空航天和医疗等领域,并逐渐代替一些传统的金属材料。聚醚醚酮（PEEK）具有低密度、高强度、高耐磨性和良好的热稳定性等,成为最卓越的基体材料之一。碳纤维尤其是连续碳纤维的加入可以显著提高PEEK基复合材料的力学性能、耐磨性和耐疲劳性能,在一定范围内复合材料综合性能的提高与其含量的增加成正相关。然而,随碳纤维含量增加到50~60 wt.%,纤维与基体之间的浸润性变差。碳纤维增强PEEK基复合材料能否克服碳纤维含量增加而导致的综合性能下降的问题是一个巨大的挑战。此外,目前对PEEK基复合材料的研究大多基于室温水平,鲜有对其高温服役性能和机理的探讨。因此,在保持良好的纤维-基体界面的前提下,进一步增加碳纤维的含量以提高复合材料的综合性能,探索复合材料的高温性能和作用机制,对于拓宽其应用领域具有重要意义和价值。本文采用模压成型制备了66 wt.%单向和60 wt.%双向编织连续碳纤维增强PEEK基复合材料并对其服役性能进行了系统的研究。研究了两种复合材料在室温和高温下的力学行为、在高温高速高压下的摩擦磨损行为及室温下的机械疲劳行为和超高频疲劳行为,并与其他材料相比彰显出高的比强度、优异的耐磨性和抗疲劳性能。揭示了两种复合材料的室温和高温力学性能强化机制、室温和高温抗摩擦磨损性能强化机制、室温抗疲劳机制及其差异性。本文主要研究内容与创新成果如下:1.综合考量了单向和双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料在室温和Tg以上温度的力学（拉伸、弯曲）行为,对其机械强度和断口形貌进行了全面分析,通过与其他聚合物或金属基复合材料对比突出了其很高的比强度,揭示了其在室温和高温下的力学性能强化机制。室温下两种复合材料的抗拉/弯曲强度分别为1053±23/1047±20 MPa和820±31/931±14 MPa,在200℃、250℃和300℃时分别为810±10/521±12 MPa和536±16/432±11 MPa、655±17/441±17 MPa和476±24/327±9 MPa以及458±22/290±18 MPa和402±3/272±9 MPa,双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料强度稍低归因于其固有的编织纤维损伤。室温拉伸或弯曲断裂时以脆性断裂为主,高质量分数的碳纤维及良好的纤维-基体界面结合使复合材料的机械强度较高,Tg以上温度基体软化,不同片层之间或碳纤维与PEEK之间的界面分离随温度升高变得更明显,复合材料机械强度降低。2.系统研究了载荷、温度及速度对单向和双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料摩擦磨损行为的影响规律,对其在各种条件下的摩擦系数、磨损率进行了统计和计算并与其他含润滑颗粒的金属或聚合物基复合材料进行了对比,对磨损后的试样表面和磨盘表面进行了深入分析,揭示出其在室温和高温下的抗摩擦磨损性能强化机制。两种复合材料的摩擦系数、磨损率和表面损伤程度均随载荷增加而降低,随温度升高而增加。在200℃时,速度的增加对复合材料磨损率的影响不明显但对材料表面损伤程度加大。双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料耐磨性低于单向碳纤维增强PEEK基复合材料,主要归因于编织纤维的固有损伤使表面材料更容易脱落。室温磨损以磨粒滚动摩擦为主,减小了材料间实际接触面积,载荷越大脱落材料破碎越均匀,对材料表面的损伤越小,速度的增加将加速转移膜的形成。在200℃时复合材料表面粘着造成剥落加剧,损伤持续增加,磨损严重。3.系统研究了单向和双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料在R=-1和20 Hz下的机械疲劳行为,分析了两种复合材料的S-N曲线、断口形貌的差异性及应变对复合材料疲劳行为的影响,揭示了两种复合材料的抗疲劳机制及差异性,并进一步对单向碳纤维增强PEEK基复合材料的超高频三点弯曲疲劳行为进行了探索。单向和双向编织碳纤维增强PEEK基复合材料分别在360 MPa和340 MPa达到疲劳极限（10~7）。前者S-N曲线呈现出双线性且对较小应力幅（380 MPa以下）和拉应变有更好的适应性,不同预浸料片层间的界面处易萌生出现微裂纹并沿着平行或垂直于加载的方向继续累积和扩展,以层间分离为主要破坏形式;后者在较高应力（390~440 MPa）和压应变主导时具有更高的疲劳寿命,编织碳纤维处的预紧力作为残余应力释放增加了抵抗应变变形能力,但易产生应力集中萌生微裂纹并扩展,断裂方式以纤维断裂为主。通过对两种复合材料的成型及在服役环境下的力学行为和破坏机制进行分析,为碳纤维增强聚合物尤其是PEEK基复合材料的发展和应用提供了重要的实验数据和理论参考。