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聚砜(PSU)是一种性能优异的工程塑料，具有很高的机械强度和宽广的使用温度区间，通常作为结构材料。纯PSU树脂是不结晶的有机聚合物，本征导热系数低，作为导热材料使用时，需要采用添加高导热填料、制备聚合物复合材料的方法来提高导热性能;但是，PSU复合材料的冲击韧性和耐环境应力开裂性能通常较差，严重的限制了PSU复合材料在较为复杂环境中的长期应用。研发具备高导热、高拉伸强度、耐冲击和良好的耐环境应力开裂(ESCR)性能的PSU基复合材料，在工业应用以及科研中具有重要的意义。 本文研究了三种不同尺寸Al2O3颗粒填充PSU复合材料的导热性能、热膨胀性能以及力学性能。微米和纳米颗粒在基体中有着相同的填充方式(自由密堆积，fm=0.637)，此时，影响复合材料导热性能的主要因素是颗粒的尺寸和颗粒的分散状态。500nm颗粒因尺寸小、颗粒间距小、团聚倾向轻微，在提高PSU复合材料的导热性能上具有最好的填充效果。填料颗粒的尺寸对Al2O3/PSU复合材料的线性热膨胀系数影响不大，线性热膨胀系数主要取决于基体与填料的本征线性热膨胀系数以及填料填充量。复合材料拉伸强度随填料颗粒尺寸的减小而提高的颗粒尺度效应，但是复合材料体系的冲击强度随着填充量的增加而迅速降低。 为了考察界面对颗粒填充复合材料性能的影响，我们使用适量的异丙基三（十二烷基苯磺酰基）钛酸酯表面偶联剂湿法处理Al2O3颗粒填充聚砜制备复合材料，并对其导热、热膨胀及力学性能进行了研究。偶联剂能够改善颗粒与基体的界面，提高传热效率。在低填料填充量下，使用偶联剂处理颗粒可以提高复合材料的导热性能;但是在高填充量下，偶联剂降低了“颗粒-颗粒”之间的热传递效率，不利于复合材料导热性能的提高。偶联剂表面处理Al2O3颗粒填充复合材料的界面，在应力作用下，会发生可控的应力银纹化，降低了复合材料的拉伸强度;同时使复合材料在外应力作用下产生大量的塑性变形吸收能量，从而增强复合材料的冲击韧性。 在CF/PSU复合材料体系中，CF的排布取向对复合材料的导热性能有着显著的影响。本文研究了纤维填充聚合物复合材料中的夹芯结构，并设计了多孔注塑的加工工艺来优化CF在特定方向上的取向。实验结果表明，多孔注塑的加工方式可以提高皮层在材料整体中的比例、优化纤维取向、增强复合材料片材在厚度方向上的导热能力。26vol％CF填充PSU时，通过多孔注塑工艺在制备纤维填充高导热聚合物复合材料方面，远远优于模压、侧浇口注塑以及多浇口注塑等工艺。 考察了颗粒、无机纤维、有机纤维对PSU基复合材料ESCR性能的影响，研究了纤维与基体两相界面结合对材料ESCR性能的影响。GF与PSU基体有着强界面结合，可以有效的抑制银纹沿尖端方向上的稳定扩展;同时，有着良好尺寸稳定性和界面结合状态的GF，可以弥合、抑制银纹在应力方向上的不稳定扩展。与GF相比，Kevlar纤维与PSU基体界面结合相对较弱，在较低填充量下Kevlar纤维无法有效的抑制银纹，只有当填充量超过8vol％时，Kevlar纤维才体现出其对聚砜ESCR性能的改善效果。 此外，本文还对混杂填充复合材料进行了探讨。不同种类的填料混杂填充可以发挥填料的协同效应，进一步提高复合材料的性能。当Al2O3、GF、CF以7∶3∶25的比例填充PSU时，复合材料具有相对优异的综合性能。