作为一种由芳杂环与苯环共同构成的刚棒状高分子聚合物,聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维具有优异的力学、减摩耐磨、阻燃及耐高温性能,其比强度和比模量位于各种纤维前列,在国防军事和航空航天等领域中被视为高性能树脂基复合材料的新一代增强纤维。然而,PBO纤维表面呈化学惰性且非常光滑,难以与树脂基体形成良好的浸润和有效的化学键合,极大地限制了其在高性能复合材料领域的应用。因此,开展PBO纤维表面改性工作,改善其与树脂基体之间的界面粘接性能,成为PBO纤维增强树脂基复合材料(PFRC)的研究重点。本论文根据PBO纤维表面性质和稀土元素特殊的化学特性,采用稀土溶液对PBO纤维进行表面改性处理,以改善PBO纤维/聚酰亚胺(PBO/PI)复合材料的界面粘接性能,从而有效地提高了PBO/PI复合材料的力学及摩擦学性能。第一,采用稀土溶液(RES)对PBO纤维进行表面改性处理,制备PBO/PI复合材料。通过常规力学性能测试及试样断口SEM分析,研究RES改性工艺和PBO/PI复合材料力学性能之间的关系,确定了RES的最佳浓度值。结果表明:与硅烷偶联剂改性处理方法相比,RES改性处理在常温和高温环境中更加有效地提高了PBO/PI复合材料的力学性能,且高温条件下,RES改性PBO/PI复合材料的力学性能常温保持率更高。第二,采用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)及X射线光电子能谱(XPS)分析技术,对RES改性处理前后PBO纤维表面的化学状态进行表征,建立了RES改性PBO/PI复合材料界面层的结构模型,阐明了RES对PBO纤维表面改性的作用机理。结果表明:RES改性方法通过稀土离子的配位化学反应,增加了PBO纤维表面含氧极性官能团的浓度;当PBO纤维与PI树脂复合时,稀土离子可以与PI分子链上的含氧基团继续发生配位化学反应,在纤维与树脂基体之间产生配位键合,使PBO纤维与PI树脂基体之间的界面具有强韧性结构,从而使PBO/PI复合材料力学性能得到显著改善。第三,研究了常温环境中法向载荷、滑动速度和润滑条件等因素对RES改性PBO/PI复合材料摩擦学性能的影响。结果表明:在干摩擦条件下,复合材料摩擦系数随滑动速度和载荷的增加而下降,而其比磨损率均呈上升趋势;油摩擦条件下,复合材料摩擦系数随滑动速度的增加而下降,随载荷的增加而上升,但其比磨损率均呈下降趋势。在相同的试验条件下,RES改性PBO/PI复合材料的减摩耐磨性能优于硅烷偶联剂改性复合材料。第四,考察了130℃和260℃环境中RES改性PBO/PI复合材料的摩擦学性能。结果表明:在相同的法向载荷和滑动速度下,复合材料在260℃环境中的摩擦系数均低于其在130℃环境中的摩擦系数,但比磨损率均有所增加。与硅烷偶联剂改性处理相比,RES改性PBO/PI复合材料在相同试验条件下均具有最佳的减摩耐磨性能。第五,探讨了RES改性PBO/PI复合材料减摩耐磨性能得以提高的机理。RES改性方法使PBO/PI复合材料界面具有粘接强度高、韧性强和耐高温等特点,摩擦过程中PBO纤维承担摩擦界面间主要载荷,减少PI基体与对偶件之间的粘着,从而降低了PBO/PI复合材料的摩擦磨损。本论文采用RES对PBO纤维进行表面改性处理,阐明了PBO纤维表面RES改性的作用机理,制备出具有优异减摩耐磨性能的RES改性PBO/PI复合材料,系统地研究了复合材料在常温和高温环境中的摩擦磨损机理及其变化规律,扩大了稀土在有机纤维表面改性方面的应用,同时也丰富和发展了PFRC的摩擦学理论。