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磷酸掺杂聚苯并咪唑膜在高温低湿条件下不仅质子传导率高、燃料渗透率低,且具有优异的耐热和耐化学稳定性。但同时存在聚苯并咪唑膜材料溶解性差、膜的机械强度低、磷酸掺杂度不高和磷酸渗漏等问题。本文从膜材料结构改性及膜结构改性两个角度出发,一方面对质子交换膜进行膜材料结构改性,针对PBI磷酸掺杂度低的问题,将碱性三嗪环结构引入主链,揭示在聚苯并咪唑主链中引入的碱性三嗪环基团对膜的磷酸掺杂度及质子传导率等性能的影响规律；另一方面对质子交换膜进行膜结构改性,在PBI膜中引入多孔结构及交联网格结构,旨在通过微孔结构及交联结构的引入提高膜的磷酸掺杂度、质子传导率及机械性能等。论文的主要内容如下：通过偶联及氧化反应成功制备含三嗪环结构二酸单体1-苯基-3,5-二(4-甲羧基苯基)-2,4,6-三嗪(BAPT),以BAPT和邻苯二胺为原料合成模型化合物,考察聚合反应的可行性。以杂萘联苯二酸单体4-[4-(4-羧基苯氧基)苯基]-2-(4-羧基苯基)二氮杂萘-1-酮(DHPZ-DA)、BAPT以及3,3’,4,4’-联苯四胺(DAB)为原料,采用高温溶液共缩聚,通过调节共聚二酸的比例,得到含杂萘联苯和三嗪环结构的新型聚苯并咪唑树脂(TPPBI)。结构及性能测试表明,TPPBI的5%热失重温度均高于529℃,10%的热失重温度高于598℃。随着共聚物中碱性三嗪环基团含量的增多,磷酸掺杂度及质子传导率增大,TPPBI4060在180℃掺杂30h后,掺杂度可达到15.49 mol H3PO4,质子传导率可达11 mS·cm-1。以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为致孔剂,制备具有不同孔隙率的多孔PPBI膜,并进行磷酸掺杂及相应性能的测试。结果表明,多孔膜的孔径大小在2-4μm。随着致孔剂比例的增加,膜内孔隙逐渐明显,孔径逐渐增大,磷酸掺杂度和质子传导率不断升高,其中pPPBI-40的质子传导率在120℃最高,达15.72 mS·cm-1,是原PPBI膜质子传导率的1.6倍。未掺杂pPPBI膜表现出良好的机械性能,断裂强度为83.6-123.0 MPa,断裂伸长率为14.5-26.7%；磷酸掺杂pPPBI膜,随着孔隙率的增大,磷酸掺杂度增大,其断裂强度下降为9.5-13.7 MPa,断裂伸长率增长为67.5-203.9%。以DBP为致孔剂,KH-560为交联剂制备了一系列孔隙率为40%而交联度不同的多孔交联PPBI膜(cpPPBI),并进行磷酸掺杂。对膜进行膜内孔隙、交联结构、质子传导率、机械性能、热性能等性能测试。红外、DSC、SEM、溶解性能测试均表明交联结构已经形成。随着交联剂比例的逐渐增多,膜的孔径减小,孔径大小在1～3 μm,吸水率及磷酸掺杂度先增大后降低,但质子传导率在最大值仍然保持10-2数量级,其中cpPPBI-4的质子传导率在120℃最高,达12.89 mS·cm-1。未掺杂cpPPBI膜,随着交联剂比例的增加,由于膜吸水性的提高及交联结构的综合作用,断裂伸长率、弹性模量和拉伸强度没有显著地变化,其弹性模量在1.2-1.4 GPa,断裂强度为72.3-87.4 MPa,断裂伸长率为15.1-17.8%,仍然具有良好的机械性能。高温磷酸掺杂后由于磷酸的塑化作用,磷酸掺杂cpPPBI-Y系列膜的弹性模量降低至33-64 MPa,断裂强度下降为3.3-7.1 MPa,断裂伸长率增长为145.3-210.7%。