由于酚醛树脂能够在非氧化高温环境中生成较多的裂解碳,因此常被用作耐热材料、耐烧蚀材料的基体树脂。然而在有氧高温环境下其存在热稳定性差,热分解温度低等缺点,这些极大地限制了其在极端环境下的应用。如何提高酚醛树脂的耐热性,尤其是高温有氧环境下的耐热性,是酚醛树脂改性研究的重点。POSS作为一种陶瓷先驱体和纳米杂化材料,有独特的分子可设计性的优点。通过化学官能团设计合成含有酚基的POSS单体,作为一种特殊的酚加入到酚醛树脂的合成过程中,可以得到化学改性的POSS改性酚醛树脂。本文首先通过三甲基硅烷之间的脱水缩合反应制备了端基为巯基的八角笼型低聚倍半硅氧烷（POSS-8SH）,然后利用-SH与C=C之间的迈克尔加成反应,温和高效地制备了端基为酚基的八酚基笼型低聚倍半硅氧烷（POSS-8Phenol）。采用FT-IR,~1H-NMR对POSS-8Phenol的化学结构进行了表征。热分析（TG,DTG）发现POSS-8Phenol在不同气氛下的热解过程存在明显差异,XRD表明在热氧作用下,POSS-8Phenol热解生成Si O2晶体。然后将上述合成的POSS-8Phenol加入到液态热固性酚醛树脂的合成过程中,合成了不同POSS含量的液体热固性酚醛树脂。采用FT-IR分别对固化产物的化学结构进行了研究。热分析结果显示引入POSS能够有效提高酚醛树脂裂解产物的残余质量和裂解温度。DMA结果证实POSS改性后树脂交联程度提高。SEM和EDS结果表明,POSS与酚醛树脂基体相容性有限,部分以分子形式共聚在树脂交联网络中,另外一部分形成了相分离,尺寸从500nm发展到2μm。最后采用单向碳纤维布为增强体,POSS改性酚醛树脂为基体树脂,采用预浸料-模压成型工艺,制备了POSS改性酚醛树脂碳纤维复合材料。对POSS改性酚醛树脂及其复合材料的抗氧化性及其作用机理进行了研究。结果表明,在有氧高温处理后,引入POSS的复合材料弯曲强度明显提高,最大从217MPa提升到了342MPa。POSS改性酚醛树脂在空气气氛下的热分析结果显示POSS能够明显延缓酚醛树脂热氧化裂解速率,最大裂解峰的温度从544℃提高至680℃。XRD以及XPS结果表明,空气氛围下裂解产物中硅元素含量明显升高且存在Si O2晶体。Si O2晶体的形成是POSS改性酚醛树脂抗氧化性能提升的关键。