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近年来，空间技术的发展进入到一个新的阶段，各种航天飞行器的研制不断取得突破性进展，聚酰亚胺(PI)材料作为含有酰亚胺环的一类高分子材料，具有高强度、低密度、优异的热稳定性与拉伸强度、良好的绝缘性能、优异的紫外稳定性和红外透射性等特点，被广泛用作航天器的外层热控材料，以及应用在太阳能电池阵列基板、天线反射/收集器和太阳帆等部件上。但是，复杂的空间环境对材料的性能提出了新的要求：例如对作为热控涂层用的PI要求具有低的太阳吸收比以控制器件的热平衡；又如对应用于近地轨道空间的PI要求具有一定的原子氧耐受性。为满足航天领域的不断发展对聚酰亚胺膜材料及涂层的应用需求，本论文从分子设计角度出发，通过设计并合成新型单体，以及从既有单体出发，设计并合成不同结构的PI聚合物以获得特殊性能，以期满足不同空间领域各自的应用要求。包括制备近地轨道空间用的耐热性与力学性能良好、高透明、加工方便，并具有一定原子氧耐受性的PI材料，以及各种空间轨道长期应用中所需求的高透光性、低太阳吸收比的热控涂层用PI材料。本研究针对这两类聚酰亚胺材料进行了系统研究。主要内容如下：
1.合成了一种含磷芳香二胺单体2，5-双[(4-氨基苯氧基)苯基]二苯基氧膦(BADPO)，并与四种商品化的芳香二酐制备了一系列高分子量的聚酰亚胺。该系列聚酰亚胺在有机溶剂中具有良好的溶解性，耐热性与力学性能优良。而二苯基氧膦侧基(DPO)结构的引入进一步使之具有优良的透光性与原子氧耐受性。这些特点说明该系列聚酰亚胺有望在近地轨道空间领域得到应用。
2.设计合成了一种新型的含磷含氟二胺单体2，5-双[(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯基]二苯基氧膦(BATFDPO)，并与四种商品化的芳香二酐制备了一系列高分子量的聚酰亚胺。含氟基团-CF3的引入进一步提高了该系列聚酰亚胺溶解性，室温下在高沸点、强极性溶剂和普通溶剂中都能形成均一、稳定的溶液。其透光性能也大大提高。另外该系列聚酰亚胺仍保持了良好耐热性能与力学性能，以及适中的原子氧耐受性，有望应用于近地轨道空间领域。
3.设计合成了一种新型的含磷二胺单体3，5-双[(3-氨基苯氧基)苯基]二苯基氧膦(mBADPO)，并与四种商品化的芳香二酐制备了一系列高分子量的聚酰亚胺。通过向主链中引入全间位结构，获得了较BADPO-PI系列更为优异的光学性能与溶解性，而其较高的含磷量也使其具有较BATFDPO-PI系列更好的原子氧耐受性，同时具备中等的耐热性与力学性能。有望应用于近地轨道空间领域。此外，还进一步研究了含磷聚酰业胺的原子氧侵蚀机理。
4.采用2，3，3’，4’-二苯醚四酸二酐(αODPA)与五种芳香二胺单体通过两步法制备了一系列聚酰亚胺。该系列聚酰亚胺表现出优良的溶解性、热稳定性和力学性能。不对称二酐单元的引入使所制备的PI薄膜具有良好的透光性能和热控性能，PI-2～PI-5的α/ε值均低于Kapton薄膜。另外，PI-5中由于引入了含磷的DPO基团，表现出良好的原子氧耐受性，在原子氧侵蚀后仍保持着较高的透光性。该系列聚酰亚胺有望作为热控涂层应用在空间飞行器上。