相比于传统有机硅氧烷材料,硅倍半氧烷由于其特殊的空间构型和便于设计的分子结构,已经在多个领域有了较为深入的应用。同时,将金属元素引入有机硅氧烷中对其进行改性,得到的聚金属硅氧烷会使有机硅化合物性质会发生较为明显的改变,主要表现在耐温耐候性,介电性能,反应活性等方面,近些年来逐渐成为有机硅的热点,但目前合成的聚金属有机硅化合物多为线形低聚物,本研究在合成笼形苯基硅倍半氧烷的基础上,通过复分解反应向分子中接入铝元素制备了梯形聚铝苯基硅倍半氧烷,又以顶角盖帽法将铝元素接入分子中制备了笼形聚铝苯基硅倍半氧烷,并将它们与聚氨酯共混制备复合材料对其进行改性。具体研究内容如下:首先将苯基三氯硅烷水解缩合,制备了笼形苯基硅倍半氧烷。探究笼形苯基硅倍半氧烷的制备工艺,发现适量的催化剂可以大大加速催化重排的反应,催化剂用量在0.2%较为合适。碱催化重排的反应时长可以提高催化重排的程度,时长为12h为宜,碱催化重排的反应温度的升高会影响反应物的活性,当温度高于100℃,产物基本不再变化,因此反应温度设置在90-100℃为宜。并使用红外光谱(FTIR)、核磁硅谱(SiNMR)、核磁碳谱(CNMR)扫描电镜(SEM)、元素分析和分子量测试(GPC)对其空间结构和性能进行了一系列测定,之后用热失重(TGA)着重研究了其耐热性能。结果表明之在氮气气氛中其初始分解温度为437℃,800℃高温残碳率为73.85%,残留物为黑色;在空气中其初始分解温度为442℃,800℃高温残碳率为44.30%,残留物为白色二氧化硅,说明反应生成的笼形苯基硅倍半氧烷耐性性能比较优异。其次,在合成笼形苯基硅倍半氧烷基础上,使用复分解方法将铝元素成功引入硅倍半氧烷分子中,合成了梯形的苯基聚铝硅倍半氧烷,对其进行一系列表征研究其结构与性能,并对梯形聚铝苯基硅氧烷的耐热性进行研究,80℃氮气气氛下高温残碳率为55.16%,800℃空气气氛下高温残碳率为32.59%;然后采用顶角盖帽法,先将笼形苯基硅倍半氧烷开角,之后将铝元素引入笼形苯基硅倍半氧烷分子中,研究其性能,该聚铝笼形苯基硅倍半氧烷的耐高温性能十分优异,相比于笼形苯基硅倍半氧烷,铝元素的加入大大提高了其耐热性,在氮气中的初始分解温度由437℃升高到了 528℃,800℃的高温残碳率由73.85%上升到75.38%。在空气中的初始分解温度由442℃升高470℃到,800℃高温残碳率由44.30%升高到55.03%。最后,使用笼形苯基硅倍半氧烷、梯形聚铝苯基硅倍半氧烷、笼形聚铝苯基硅倍半氧烷分别对聚氨酯进行共混改性,研究了其加入对于聚氨酯耐热性的影响。结果表明:加入5%质量分数的笼形苯基硅倍半氧烷的聚氨酯,体系的初始分解温度由268℃提高到了 290℃,将聚氨酯的残碳率由3.48%提高到了 10.09%,加入5%质量分数的梯形聚铝苯基硅倍半氧烷的聚氨酯,体系的初始分解温度由268℃提高到了 293℃,将聚氨酯的残碳率由3.48%提高到了 5.23%,加入5%质量分数的笼形聚铝苯基硅倍半氧烷的聚氨酯,体系的初始分解温度由268℃提高到了 300℃,将聚氨酯的残碳率3.48%由提高到了 12.98%。