1.1 研究背景

能源、资源和环境是当今人类面临的三大主要问题，据统计每年摩擦消耗掉全世界1/3 的一次性能源，约有80%的机器零部件都是因磨损而失效，50%以上的机械装备的恶性事故都起因于润滑失效和过度磨损。美、英、德等工业国家每年因摩擦、磨损造成的损失约占其国民生产总值（GNP）的2～7%，而在工业中应用摩擦学知识可节约的费用约占GNP 的1.0～1.4%^{[1, 2]}。因此，在全球面临日益加剧的资源、能源和环境问题的严峻形势下，摩擦学的研究和工业应用受到发达国家的高度重视。

众所周知，金属材料是机械密封部件使用的传统材料，但是由于金属材料具有密度大、不耐腐蚀、摩擦系数高等缺点，而高性能聚合物基复合材料具有重量轻、耐腐蚀、耐高温、可设计性、成型工艺简单等优良性能^[3]，因而在密封件的生产过程中逐渐取代了金属材料，在航空航天、舰船和核电、石油化工、汽车等工业中广泛使用。

随着人们对生存环境日益恶化的担忧和日趋显现的能源危机，以及诸如高温易燃、水下作业等特殊应用场合的需求，阻燃、洁净无污染的纯水液压传动在近二三十年重新受到瞩目并成为流体传动与控制领域的研究热点之一^[4]。发展水压传动技术的主要困难之一是如何解决液压元件中相对运动副的摩擦磨损问题 ,这需要从两个方面考虑：适宜的润滑设计方案和合理的摩擦副材料选配，而后者是前提条件。 作为摩擦副的材料不仅要耐腐蚀而且要具有高的耐磨性。因此适用于水环境下的复合材料成为了人们研究的焦点^[5]。

1.2 聚合物及聚合物基复合材料

20世纪以来，聚合物材料异军突起，带来了材料领域的重大变革，其使用量已从体积上远远超过了金属。聚合物是由一些低分子化合物通过聚合反应得到的高分子化合物，相对分子量很大。由于聚合物的特殊结构，使其具有许多其他材料所不能达到的优异性能，如高的比强度、优异的化学稳定性、易加工性和低摩擦耐磨损性^[6]。

与陶瓷、金属传统材料相比，聚合物起步较晚，但其发展速度及应用的广泛性却大大超过了传统材料。当今，聚合物材料与金属材料和无机非金属材料构成了材料领域的三大类材料。目前，应用最广泛的聚合物基体材料主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、PA、PTFE、PI、PEEK、聚甲醛（POM）、聚苯硫醚（PPS）等。在工程上，把两种或两种以上的化学性质不同或组织不同的物质，以微观或宏观的形式组合而成的材料称之为复合材料。聚合物基复合材料主要是由增强材料和基体树脂组成，因而它能够克服单一聚合物材料的缺陷，提高聚合物的综合性能^[7-9]。现代聚合物复合材料的发展史虽然不长，关于其复合理论目前尚处于发展之中，但是其研究十分活跃，发展迅速，应用前景十分广阔。目前，聚合物及其复合材料已成功应用于社会生产和人民生活的方方面面。

1.3 PEEK聚合物材料研究现状

聚醚醚酮( PEEK) 是一种半结晶性芳香族热塑性特种的工程塑料。对比其他耐磨的特种工程塑料，PEE具有许多显著优势，如耐化学腐蚀、耐高温性、机械性能好、自润滑性好、耐剥离性、绝缘性好以及易加工成型等。因此，PEEK 在航天航空、汽车、船舶、仪表、医疗等领域都具有广泛的应用^[10]。

水环境中，由于金属材料易受到腐蚀，具有优异性能的PEEK及其复合材料代 替金属材料而得到了人们的关注。 然而，高分子材料在水环境中的摩擦磨损性能明显不同于其在干摩擦条件的摩擦磨损性能。高分子材料吸收水后不仅降低了其力学性能和弹性模量，而且表面塑化作用显著影响其摩擦磨损性能。因此，采取不同方法对现有材料进行改善已成为聚合物材料发展的一个重要方面。提高聚合物摩擦学性能的主要手段有以下几种：（1）在聚合物中添加润滑剂（石墨、PTFE、二硫化钼等）；（2）添加颗粒填料（主要有金属粒子、无机金属化合物、陶瓷颗粒，包括各种纳米粒子）；（3）纤维增强（碳纤维CF、玻纤GF、芳纶纤维AF、金属纤维等）；（4）利用以上几种填料混杂填充，形成聚合物复合材料；（5）聚合物与聚合物通过熔融共混形成高分子合金^{[11, 12]}。