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硅树脂及其复合材料具有良好的高温稳定性和介电性能，且重量轻、热膨胀系数小，可作为航天飞机、洲际导弹雷达天线罩的首选材料。本文针对目前航空航天领域内新近研制的各种飞行器材料对树脂基体耐高温性能及其复合材料力学性能的要求越来越高的这种情况，采用多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）为改性剂来提高硅树脂基体的耐热性能及其石英纤维复合材料的力学性能。 合成了含有端羟基的甲基硅树脂，确定了甲基硅树脂合成的最佳工艺参数，考察了所合成甲基硅树脂的粘度特性、凝胶特性、分子量及其分布。采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和固体硅核磁（29Si-NMR）等方法对其结构进行了表征。采用热失重（TG）分析研究了甲基硅树脂高温下的热稳定性和热降解机理，结果表明甲基硅树脂在空气气氛下具有较好的耐热性能，在实验温度范围内表现出两步降解机理：第一步发生在200～300℃之间，主要是Si-OH末端基团与Si-OCH3末端基团发生缩聚反应放出H2O和CH3OH，并伴随有环形低聚物(D3等)和笼型结构(CH3SiO1.5)n的形成；第二步发生在400～550℃之间，主要是Si-CH3氧化，产生CO2和H2O等。 采用化学键合方法制备了3种POSS硅醇改性甲基硅树脂，包括三硅醇苯基倍半硅氧烷（TriSilanolPhenyl-POSS）、三硅醇异丁基倍半硅氧烷（TriSilanolIsobutyl-POSS）和一硅醇异丁基倍半硅氧烷（MonoSilanolIsobutyl-POSS）；采用物理掺混的方法制备了一种不含羟基官能团的甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）改性甲基硅树脂。考察了POSS改性甲基硅树脂体系的凝胶特性、分子量及其分布等特性。凝胶特性结果表明 POSS的加入基本不会影响原有甲基硅树脂的加工工艺性；分子量及其分布结果表明POSS硅醇与甲基硅树脂之间发生了聚合反应，所得的POSS改性甲基硅树脂体系是一均一稳定的体系；而Methacryl-POSS改性甲基硅树脂体系并不是均一的体系。 研究了POSS对甲基硅树脂耐热性能的影响。TG、TG-IR联用、固体硅核磁（29Si-NMR）和X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明4种POSS的引入都提高了甲基硅树脂的热分解温度，减少了甲基硅树脂的热失重，抑制了甲基硅树脂的热氧化和热降解。其中，不同POSS改性甲基硅树脂耐热性的效果不同，5mass％TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂可以获得最佳的耐热性能。分析了POSS提高甲基硅树脂耐热性的可能的改性机理，红外结果证实POSS与甲基硅树脂之间发生了化学键合作用,并且在POSS与甲基硅树脂之间存在氢键作用；XPS分析结果表明POSS中的有机取代基发生选择性离解，在POSS改性甲基硅树脂的裂解表面形成SiO2保护层，阻止了甲基硅树脂的进一步热裂解。利用Ozawa法计算甲基硅树脂及POSS改性甲基硅树脂的热分解反应活化能，发现POSS改性甲基硅树脂的热分解活化能都明显高于甲基硅树脂的热分解活化能，TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂在两个阶段的活化能平均值是最高的。 采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）分析研究POSS在甲基硅树脂中的分散性能。结果表明硅醇基POSS在甲基硅树脂中能够达到分子水平的分散，没有相分离和结晶现象发生，Methacryl-POSS在甲基硅树脂中有团聚现象发生，但是团聚物的分散还是比较均匀的。 制备了石英纤维/甲基硅树脂及石英纤维/POSS改性甲基硅树脂复合材料，以研究POSS对石英纤维/甲基硅树脂复合材料力学性能的影响。结果表明POSS的引入提高了石英纤维/甲基硅树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲强度。3mass%TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂可以获得最佳的复合材料的层间剪切强度和弯曲强度。500℃烧蚀30min后甲基硅树脂及POSS改性甲基硅树脂基复合材料的力学强度在一定程度上都有所下降，但是POSS改性甲基硅树脂基复合材料的力学性能仍然优于未改性的甲基硅树脂基复合材料的力学性能。POSS的纳米尺寸结构所产生的纳米效应是层间剪切强度提高的主要因素；刚性与物理聚集作用是石英纤维/甲基硅树脂弯曲强度提高的主要原因。 硅树脂及其复合材料具有良好的高温稳定性和介电性能，且重量轻、热膨胀系数小，可作为航天飞机、洲际导弹雷达天线罩的首选材料。本文针对目前航空航天领域内新近研制的各种飞行器材料对树脂基体耐高温性能及其复合材料力学性能的要求越来越高的这种情况，采用多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）为改性剂来提高硅树脂基体的耐热性能及其石英纤维复合材料的力学性能。 合成了含有端羟基的甲基硅树脂，确定了甲基硅树脂合成的最佳工艺参数，考察了所合成甲基硅树脂的粘度特性、凝胶特性、分子量及其分布。采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和固体硅核磁（29Si-NMR）等方法对其结构进行了表征。采用热失重（TG）分析研究了甲基硅树脂高温下的热稳定性和热降解机理，结果表明甲基硅树脂在空气气氛下具有较好的耐热性能，在实验温度范围内表现出两步降解机理：第一步发生在200～300℃之间，主要是Si-OH末端基团与Si-OCH3末端基团发生缩聚反应放出H2O和CH3OH，并伴随有环形低聚物(D3等)和笼型结构(CH3SiO1.5)n的形成；第二步发生在400～550℃之间，主要是Si-CH3氧化，产生CO2和H2O等。 采用化学键合方法制备了3种POSS硅醇改性甲基硅树脂，包括三硅醇苯基倍半硅氧烷（TriSilanolPhenyl-POSS）、三硅醇异丁基倍半硅氧烷（TriSilanolIsobutyl-POSS）和一硅醇异丁基倍半硅氧烷（MonoSilanolIsobutyl-POSS）；采用物理掺混的方法制备了一种不含羟基官能团的甲基丙烯酰氧基倍半硅氧烷（Methacryl-POSS）改性甲基硅树脂。考察了POSS改性甲基硅树脂体系的凝胶特性、分子量及其分布等特性。凝胶特性结果表明POSS的加入基本不会影响原有甲基硅树脂的加工工艺性；分子量及其分布结果表明POSS硅醇与甲基硅树脂之间发生了聚合反应，所得的POSS改性甲基硅树脂体系是一均一稳定的体系；而Methacryl-POSS改性甲基硅树脂体系并不是均一的体系。 研究了POSS对甲基硅树脂耐热性能的影响。TG、TG-IR联用、固体硅核磁（29Si-NMR）和X射线光电子能谱（XPS）分析结果表明4种POSS的引入都提高了甲基硅树脂的热分解温度，减少了甲基硅树脂的热失重，抑制了甲基硅树脂的热氧化和热降解。其中，不同POSS改性甲基硅树脂耐热性的效果不同，5mass%TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂可以获得最佳的耐热性能。分析了POSS提高甲基硅树脂耐热性的可能的改性机理，红外结果证实POSS与甲基硅树脂之间发生了化学键合作用,并且在POSS与甲基硅树脂之间存在氢键作用；XPS分析结果表明POSS中的有机取代基发生选择性离解，在POSS改性甲基硅树脂的裂解表面形成SiO2保护层，阻止了甲基硅树脂的进一步热裂解。利用Ozawa法计算甲基硅树脂及POSS改性甲基硅树脂的热分解反应活化能，发现POSS改性甲基硅树脂的热分解活化能都明显高于甲基硅树脂的热分解活化能，TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂在两个阶段的活化能平均值是最高的。 采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）分析研究POSS在甲基硅树脂中的分散性能。结果表明硅醇基POSS在甲基硅树脂中能够达到分子水平的分散，没有相分离和结晶现象发生，Methacryl-POSS在甲基硅树脂中有团聚现象发生，但是团聚物的分散还是比较均匀的。 制备了石英纤维/甲基硅树脂及石英纤维/POSS改性甲基硅树脂复合材料，以研究POSS对石英纤维/甲基硅树脂复合材料力学性能的影响。结果表明POSS的引入提高了石英纤维/甲基硅树脂复合材料的层间剪切强度和弯曲强度。3mass%TriSilanolIsobutyl-POSS改性甲基硅树脂可以获得最佳的复合材料的层间剪切强度和弯曲强度。500℃烧蚀30min后甲基硅树脂及POSS改性甲基硅树脂基复合材料的力学强度在一定程度上都有所下降，但是POSS改性甲基硅树脂基复合材料的力学性能仍然优于未改性的甲基硅树脂基复合材料的力学性能。POSS的纳米尺寸结构所产生的纳米效应是层间剪切强度提高的主要因素；刚性与物理聚集作用是石英纤维/甲基硅树脂弯曲强度提高的主要原因。