空间环境中存在着不同种类的带电粒子,会对材料和器件产生不同类型的辐射损伤效应,导致航天器在轨服役出现故障乃至事故。研制轻质、高效的辐射防护材料,是提升航天器外禀性防护的有效途径。聚醚醚酮（PEEK）和聚酰亚胺（PI）具有优异的力学、热学及电学等综合性能,有望成为发展新型聚合物基复合辐射防护材料的基体。深入开展带电粒子辐射效应和机理研究,并以B4C为增强组元,制备B4C/PEEK和B4C/PI聚合物基复合材料,发展轻质、高效的外禀性辐射防护技术,具有重要的科学价值和工程实际意义。本文针对PEEK和PI基体材料分别利用不同能量的电子、质子和重离子辐照,结合小角X射线散射（SAXS）、掠入射（GISAXS）和宽频介电谱仪等微观结构和性能分析方法,深入研究了基体材料的辐射效应和机理。利用SAXS技术,实时分析了拉伸变形时电子辐照前后PEEK的微观结构演化;采用GISAXS技术,研究了质子辐照PEEK晶体损伤效应;基于宽频介电谱仪测试,分析了辐照前后PI材料介电常数变化规律,成功制备了B4C/PEEK和B4C/PI两种复合材料,并对电子、质子、中子及γ射线辐射防护效果进行了评价。研究结果表明,经120keV电子辐照后,PEEK材料的拉伸强度和断裂伸长率均发生一定程度的降低。PEEK内部晶体长周期为15.95 nm,随着拉伸应变的增加晶体的长周期增加,并在拉伸形变后期呈现长周期约为82 nm的晶体。低能电子促进了晶体片晶的转动和裂解。120keV电子辐照使得PEEK材料表面的粗糙度减小,熔融温度和结晶温度向低温移动,结晶度下降,C=O基团含量减小,但没有新的化学基团生成。170keV质子辐照作用下,PEEK表层晶体结构发生的明显变化是由于部分晶区由晶态向非晶态转化,呈现晶区退化效应。经25MeV氧离子辐照后材料表面出现碳化“黑点”,而25MeV硅离子辐照后表面有硅微粒形成。经25MeV氧和硅两种离子辐照后,自由基含量均明显增加。经氧离子辐照后,在冷却结晶峰中产生了次级结晶峰,而硅离子辐照后未出现次级结晶峰。经重离子辐照后,PEEK中均没有形成新的化学基团,仅呈现C=O基团含量下降,C-O基团含量增加。PI材料经1MeV电子、3MeV质子、10MeV质子以及25MeV碳离子辐照后均产生数量较多的自由基,且自由基会发生退火效应。经25MeV碳离子辐照后,自由基含量与原始态相比呈现数量级增高。经不同种类带电粒子辐照后,PI没有产生新的化学基团,但极性基团（C-N键和C=O键）含量减少,非极性基团（C-C键）含量增加。PI材料的介电常数经辐照后降低,且随着辐照注量和测试频率的增加而下降;介电损耗在低频范围内变化不明显,但在测试频率高于104Hz后介电损耗随频率的增加而增加。PI材料的电绝缘性能经辐照后呈现下降趋势。上述结论说明PEEK和PI经带电粒子辐照后发生以电离辐射损伤为主的某种程度降解。利用Geant4模拟设计复合材料,将B4C组元添加到PEEK和PI基体中,分别利用模压成型法和原位合成法制备出不同B4C含量的B4C/PEEK和B4C/PI复合材料。B4C组元与基体结合紧密,且分布均匀没有出现团聚现象。经制备后,两种复合材料中的自由基数量均有明显增多,添加B4C组元时自由基峰位置向左移动和发生宽化。B4C/PEEK的结晶度随着B4C含量增加而下降。B4C/PEEK弯曲强度随B4C组元添加量增加而增加,而断裂伸长率减小。添加B4C组元后,两种复合材料的热稳定性和介电常数增高。B4C/PEEK复合材料的电子和质子防护性能模拟与试验结果相吻合,具有良好的质子辐射防护能力,且B4C添加量越多辐射防护性能越好;随着B4C添加量的增加,B4C/PEEK和B4C/PI复合材料的电子、中子和γ射线辐射防护性能增强;B4C添加量为30wt%时,B4C/PEEK复合材料的γ射线辐射防护性能大体上与金属铝相当。