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聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）薄膜是一种集低密度、高强度、高模量、高分解温度、高极限氧指数等众多优异性能于一身的高性能薄膜材料，在航天航空、武器装备等众多国防尖端领域有着巨大的应用潜力。尽管PBO薄膜具有优异的性能，但是为了进一步提高PBO薄膜的力学性能等，升级换代现有的高性能薄膜品种，迫切需要对PBO薄膜进行改性。本论文以提高PBO聚合物薄膜的力学性能和耐热阻燃水平为目标，设计合成了两种石墨烯衍生物：氧化石墨烯（GO）和氨基化的石墨烯（GO-NH2）。以上述两种石墨烯衍生物为增强体，采用“一锅法”共聚改性PBO，制备石墨烯/PBO复合共聚膜。本文采用Hummers法制备GO。采用新颖的“一锅法”和简单易行的“脱HCl”聚合工艺制备GO/PBO共聚物。在此过程中，GO上的-COOH与PBO缩聚单体4,6-二氨基间苯二酚盐酸盐（DAR）发生反应，得到的DAR功能化石墨烯将与PBO基体具有更好的相容性及可反应性，最终实现石墨烯与PBO的共价连接。在此基础上，通过改变GO的加入量，利用热压工艺制备得到三种不同GO含量的GO/PBO复合共聚膜。相似地，为了进一步提高石墨烯在PBO基体中的分散性，改善功能化石墨烯上官能团的反应活性，本文对石墨烯进行二次氨基化修饰。以GO为原料，以N,N’-二环己基碳二亚胺（DCC），4-二甲氨基吡啶(DMAP)为酰胺化反应催化剂，以乙二胺为反应试剂制备得到GO-NH2。在此基础上，利用GO-NH2上的氨基（-NH2）与PBO缩聚单体对苯二甲酸（PTA）反应，采用新颖独特的“一锅法”原位聚合工艺，制备得到三种不同GO-NH2含量的GO-NH2/PBO复合共聚膜。本文对GO和GO-NH2的化学结构、结晶结构、表观形貌和官能团含量进行了系统的分析，分析结果表明已成功制备了具有较高官能团含量的单层GO和GO-NH2。为了深入探讨“一锅法”制备工艺的反应历程，本文对石墨烯/PBO共聚物的两种中间产物（GO-DAR，GO-NH2-PTA）的化学组成进行了细致的研究。研究结果表明：GO和GO-NH2分别能和PBO聚合物的两种单体发生化学反应形成化学键，且具有较好的反应效果。此外，本文还针对GO/PBO和GO-NH2/PBO两种复合共聚膜的化学结构、结晶行为展开深入的研究，并对不同GO和GO-NH2添加量的复合共聚膜的断面形貌、力学性能和耐热性能进行了详实的分析和比较。实验结果显示：GO和GO-NH2均能通过共价键接枝到PBO聚合物的分子链上，随着GO和GO-NH2的含量的升高两种复合共聚膜的力学性能、耐热性能等有明显的提高、并且GO-NH2的改性效果更加明显。