聚酰亚胺(PI)泡沫材料是聚合物泡沫塑料中热稳定性最好的材料之一,具有优异的阻燃性能和良好的力学性能而被广泛应用于航空航天、电子工业等高精尖领域,生产成本过高以及工艺控制难度过高是制约其大规模应用的主要因素。异氰酸酯基PI泡沫材料制备工艺简单,设备要求宽松,制造成本低,近年来受到广泛关注。首先,本文以芳香二酐和异氰酸酯为原料,通过改变异氰酸酯与二酐的官能团物质的量之比得到一系列PI泡沫,并对所得泡沫的泡孔结构、表观密度、力学性能、热性能和阻燃性能进行了表征。实验结果表明,所得PI泡沫具有较高的开孔率,随着异氰酸指数的增大,泡沫的发泡倍率和比压缩强度呈现出先增大后降低的趋势,热稳定性及阻燃性能均在异氰酸指数为1.2时达到最佳。分别改变二丁基二月桂酸锡(DBTDL)和三乙醇胺(TEOA)两种催化剂的含量,研究了两种催化剂在PI泡沫合成工艺中的催化作用。实验结果表明,当DBTDL含量为1.85%,TEOA含量为1.48%时,PI泡沫兼具良好的力学性能和优异的阻燃性。DBTDL催化剂对于预聚体制备过程中的凝胶反应较为敏感,可有效促进链增长反应,因此随着DBTDL含量的增加,PI泡沫的热稳定性和阻燃性能显著提高;TEOA催化剂对发泡过程影响较大,不仅加速了发泡反应,而且作为反应物促进交联反应,使得泡孔形态致密,因此随着TEOA含量的增加,PI泡沫的力学性能大幅度提高。其次,引入液态物理发泡剂HCFC-141b,与水复配发泡制备PI泡沫,旨在降低预聚体粘度的同时减少体系中的副反应。研究发现,141b能够有效降低预聚体的粘度,使得发泡反应更易进行。随着141b含量的增加,PI泡沫的开孔率呈现下降趋势,压缩强度呈现出先升高后降低的趋势,在141b含量为10%时达到最大值。TG-FTIR联用数据显示,141b与水复配发泡能够有效减少体系中的副反应。然而,过量141b的添加会造成泡孔的塌陷,影响PI泡沫的性能。当141b含量为10%时,PI泡沫的综合性能达到最佳。然后,将氧化石墨烯(GO)作为链增长点,通过原位聚合法制备GO/PI复合泡沫,继而通过多巴胺对GO进行表面改性(Do@GO),以改善GO在泡沫基体中的分散。研究结果表明,GO的添加增大了泡沫的酰亚胺化程度,大幅度提高了泡沫的力学性能和热稳定性。多巴胺通过与GO形成π-π共轭使得GO在溶剂中有着良好的分散,进一步提高了泡沫的热稳定性和阻燃性能,得到了高性能的GO/PI复合泡沫。最后,将红磷(RP)接枝于GO后引入聚酰亚胺泡沫中,制备阻燃泡沫。结果显示,红磷的添加使得泡沫的平均泡孔直径减小,不但能够提高PI泡沫的力学性能,而且大幅度改善了泡沫的阻燃性能,极限氧指数(LOI)提高了4.3%,热释放速率峰值(PHRR)降低了39%。红磷的添加使得PI泡沫在发泡过程中异相成核点增多,并且燃烧时在聚合物基体中起到凝聚相阻燃的作用,PI泡沫的力学性能和阻燃性能显著提高。