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多面体低聚硅倍半氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane,POSS)是一种新颖的、具有三维笼状立体结构的有机—无机纳米杂化材料,不仅兼具有机材料优良的加工性、韧性与低成本,同时保留了无机材料耐热、耐氧化与优异的力学性能。通过POSS顶角的有机基团将POSS分子引入环氧树脂交联网络之中,可以有效提高环氧树脂的使用温度、抗氧化性能等。本文采用七苯基三硅烷醇POSS(TSP-POSS)对AFG-90树脂/甲基四氢苯酐(简记为AFG-90/MeTHPA)体系和AFG-90树脂/4,4′-二氨基二苯砜(简记为AFG-90/DDS)体系进行改性研究。探讨了POSS改性环氧树脂的机理及改性工艺。研究表明TSP-POSS改性AFG-90环氧树脂的较佳工艺方案为:TSP-POSS与AFG-90经超声分散后在110℃预反应15小时后加入固化剂进行固化,AFG-90/MeTHPA体系促进剂三乙胺(TEA)的较佳用量为0.3wt%,而促进剂TEA不适用于AFG-90/DDS体系。固化动力学研究表明,AFG-90/MeTHPA/TSP-POSS/TEA体系及AFG-90/DDS/TSP-POSS体系固化过程均可用拓展Prout-Tompkins方程描述,即反应为具有自催化特征的n(m)级复杂反应。同时FT-IR分析表明AFG-90环氧树脂经酸酐固化剂MeTHPA或芳胺固化剂DDS固化后环氧环基本发生开环反应,并分别形成酯结构与叔胺结构,而TSP-POSS在固化过程中其骨架结构并没有被破坏。通过扫描电镜观察发现,除TSP-POSS含量为10wt%的AFG-90/DDS/TSP-POSS体系存在未反应TSP-POSS的富集区,TSP-POSS在其它改性体系中均能较均匀地分散,没有观测到未发生化学反应TSP-POSS的富集区。通过静态及动态力学研究方法、热失重方法,对两类改性体系的热、力学性能进行了研究,发现TSP-POSS的引入使环氧体系的拉伸强度、弯曲强度及断裂延伸率略有降低,而拉伸模量与弯曲模量有所提高;但大幅度提高了改性体系玻璃化转变温度T_g、热变形温度、热稳定性能及储能模量E,同时降低了体系的热膨胀系数与损耗因子tanδ峰强度。其中,AFG-90/MeTHPA/TSP-POSS/TEA体系及AFG-90/DDS/TSP-POSS体系的玻璃化转变温度T_g提高幅度分别达到23.80℃和22.78℃。此外,化学流变学研究表明:AFG-90环氧树脂经TSP-POSS改性后室温粘度显著增加,而TSP-POSS的引入只对AFG-90/MeTHPA体系的初始粘度有影响,对低温反应初始阶段的粘度变化影响并不明显。在反应的初始阶段,粘度不高于2000mPa·s时,AFG-90/MeTHPA/TSP-POSS体系的化学粘度变化符合双Arrhenius经验公式。根据此公式预报的AFG-90/MeTHPA/TSP-POSS体系RTM注射温度为20℃～30℃。