质子交换膜在质子交换膜燃料电池中既是电解质,又是隔离物,起着传递质子并阻隔两极反应气体的作用,其性能的优劣直接影响电池的性能、能量转化效率和使用寿命等。目前商品化的质子交换膜主要是全氟磺酸膜,以Nafion膜为代表,这一类膜合成成本高,单体合成困难,制约了其进一步的广泛应用。近年来,寻找可替代Nafion膜的新材料的研究逐渐成为研究热点。本文合成了一类磺化聚芳酰胺,研究了其作为质子交换膜的性能,从分子结构设计出发,合成了1,4-二(4-胺基-2-三氟甲基-苯氧基)苯,然后与商品化的对苯二甲酸(PTA)和间苯二甲酸-5-磺酸钠(5-SSIPA)通过Yamazaki的磷酸化缩聚制备聚芳酰胺,通过调节PTA和5-SSIPA的比例,获得一系列具有不同磺酸基团的磺化聚芳酰胺,成功将磺酸基团引入聚合物分子链。所获得的聚芳酰胺具有较高的分子量、良好的溶解性和热稳定性。然后通过溶液浇注法制备薄膜,经盐酸酸化后所获得的SPAs磺酸型膜具有比较高的质子传导率,较高的离子交换容量(IEC),和比较低的溶胀比率。例如磺化度为100%的SPA-10的质子传导率高达38.2mS/cm, IEC高达1.0223meq/g。SPAs系列磺酸膜的机械强度良好,拉伸强度为46.63-104.21MPa,杨氏模量≥2.03GPa,但其断裂伸长率仅为2.81-11.89%,作为膜材料,其柔韧性能尚待进一步提高,特别是在水合状态下,机械性能亟需增强。为了提高SPAs系列膜水合状态下机械性能,分别通过添加POSS和超支化聚酯Boltorn H20对聚合物进行共混改性。向SPAs中加入POSS和Boltorn H20制备共混膜,发现Boltorn H20的加入对改善膜的力学性能有贡献,共混膜断裂伸长率增加,断裂强度有所增加,说明Boltorn H20在一定程度上起到了增强增韧的作用。对共混膜的吸水率和溶胀度的研究表明,SPAs/Boltorn H20共混膜的吸水率有所增加,而溶胀度有所下降,说明加入Boltorn H20后SPAs膜的尺寸稳定性增加。在SPAs中加入Boltorn H20之后,共混膜质子传导率有所上升,添加量为4%和8%时SPAS/Boltorn H20共混膜的质子传导率均比SPAs要高,且质子传导率随着IEC而增加,SPAs/8%Boltorn H20共混膜具有比较高的IEC值和质子传导率,表现出很好的应用潜力。通过FE-SEM对共混膜的微观结构研究发现,Boltorn H20的加入,使SPAs大分子链疏水区亲密堆砌,实现了亲水区和疏水区更好的微观相分离结构,有利于质子的传输。