本文选用聚甲醛(POM)为基体材料,以海泡石(Sep)纤维为增强相,制备了力学性能和摩擦学性能优良的聚合物基复合材料。首先使用硅烷偶联剂(KH550)对Sep纤维进行表面改性,然后采用熔融共混、注塑成型工艺制备了 Sep/POM和有机改性海泡石纤维(O-Sep)/POM复合材料。研究了 Sep纤维、O-Sep纤维含量对复合材料力学以及摩擦学性能的影响。使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法模拟了表面处理前后的Sep纤维与POM基体之间的微观界面结合行为。考察了 Sep纤维、O-Sep纤维含量与复合材料的力学性能以及摩擦学性能的关系。结果表明:复合材料力学性能以及摩擦学性能,随着Sep含量的增加而有较明显的改善。当O-Sep含量为5.0wt%时,O-Sep/POM复合材料的抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度分别比纯POM提高了 28.6%、51.9%、79.1%和8.76%;其摩擦系数和磨损量分别比纯POM相比降低了 65.9%和35.7%;且复合材料磨损机理主要为粘着磨损。采用第一性原理计算方法研究Sep纤维的晶体结构以及基本物性;结果表明:Sep晶体的晶胞参数与实验值吻合,晶体主要由两层连续的Si04四面体和一层不连续Mg-(O,OH)八面体组成,Mg-(O,OH)八面体处于两层Si04四面体之间,且通过四个角的共用氧原子相互联结形成2:1的层状结构。从电子结构分析,Sep晶体为具有间接带隙的绝缘体材料;在Sep晶体内部,Si-O键相互作用明显强于Mg-O,且Mg-0键和Si-O键除离子键作用外,还表现出一定的共价键的作用。探究了 Sep/POM、O-Sep/POM复合材料中增强相与基体之间的界面结合行为。结果表明:KH550在POM基体与O-Sep纤维增强相之间的界面结合上起到了重要的桥梁作用;一方面,由KH550水解后得到硅醇的硅羟基(Si-OH)与Sep(0 1 0)表面羟基发生化学成键,另一方面,硅醇的另一端氨基(N-H2)与POM上的醛基在一定温度下反应生成亚胺。