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聚氨酯和聚酰亚胺因具有许多优异的性能而被广泛应用于工业和国防等特定领域。为了进一步提高聚氨酯弹性体的机械性能和摩擦学性能，本论文通过填充改性制备了新型聚氨酯复合材料，改性方法主要包括有机硅改性，碳纤维和玻璃纤维增强，钛酸钾晶须、云母和硫酸钡填充等方法，系统考察了不同改性方法对其机械性能和摩擦学性能的影响，着重研究了该材料的水润滑性能。聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，因具有良好的机械性能、耐热性能和抗辐照性能而被广泛应用于航空航天等领域。但是空间环境辐照对聚酰亚胺的化学成分、表面结构以及摩擦学等性能具有重要的影响。本论文以纤维增强聚酰亚胺复合材料为研究对象，模拟空间环境系统考察了低地球轨道中原子氧和紫外辐照，同步轨道中电子和质子辐照以及温度对纤维增强聚酰亚胺复合材料摩擦学性能的影响，得到了以下主要结论:
1.利用预聚法合成了热塑性聚氨酯弹性体，通过有机硅改性、玻璃纤维和碳纤维增强，钛酸钾晶须、硫酸钡和云母填充，聚氨酯复合材料的拉伸强度和耐磨性显著提高。在干摩擦条件下载荷对聚氨酯复合材料的摩擦系数影响较大;而在水润滑条件下，滑动速度影响材料的摩擦系数和润滑状态。
2.利用热压烧结法制备了有机纤维和无机纤维增强聚酰亚胺复合材料，模拟空间环境考察了低地球轨道中原子氧和紫外辐照对其表面结构、化学组成和摩擦学性能的影响。研究结果表明，在低地球轨道中，原子氧是主要的辐照因素，紫外辐照对材料的性能影响较小，聚酰亚胺受到原子氧辐照后，表面发生氧化降解导致材料表面结构和化学组成发生变化，氧元素的相对含量升高，材料表面形成“绒毯”状结构，从而发生润滑失效。
3.通过模拟地球同步轨道辐照环境，考察了电子辐照和质子辐照对纤维增强聚酰亚胺复合材料表面结构、化学组成和摩擦学性能的影响。研究结果表明，电子辐照后，聚酰亚胺分子发生自由基降解，纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦系数和磨损率有一定的升高，但是对材料表面结构的影响较小。质子辐照后，聚酰亚胺复合材料表面碳元素的相对含量升高，形成黑色的辐照层，在摩擦过程中容易转移到对偶表面。
4.研究了环境温度对纤维增强聚酰亚胺复合材料磨损性能的影响。从材料本身性质来讲，CF/PI和GF/PI复合材料比PI和AF/PI复合材料的耐磨性好，特别是当温度在100～200℃之间时，PI和AF/PI复合材料的磨损率迅速增高，而CF/PI和GF/PI复合材料的磨损率增幅较小;在200℃时，GF/PI复合材料的磨损率最低，是纯聚酰亚胺的1/5左右。