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随着航空航天技术的飞速发展,飞行器正朝着高速、远程的方向发展。高速飞行带来了严重的气动加热问题,使得飞行器表面及内部的温度越来越高,远程作战对结构的轻量化和承载材料的耐温等级提出了更高的要求。聚酰亚胺复合材料,由于其具有极高的耐温等级、优异的高低温力学性能及介电性能等,成为可替代钛合金制备飞行器的舱段壳体及翼面结构的最有潜力材料之一。然而,聚酰亚胺树脂溶解度差、熔融温度高、复合材料成型温度高、固化交联反应复杂及抗冲击韧性差等难题,限制了其在新型飞行器的工程应用。因此,提高聚酰亚胺树脂溶解性、降低熔体粘度、优化固化工艺、进一步提高抗冲击韧性和长期使用时间等方面的研究逐渐增加,以期实现树脂工艺性与复合材料优异性能的统一,拓宽其使用范围。本文以航空航天用耐高温、轻量化复合材料壳体为研究背景,以一种新型热固性亚胺化可溶聚酰亚胺（PI）树脂体系为基体,以聚酰亚胺复合材料性能提升为目标,系统开展了 PI树脂的固化动力学及流变特性、碳纤维增强聚酰亚胺（T700/PI）复合材料的热氧老化行为、聚酰亚胺基（TPI-A）增韧剂合成、增韧改性聚酰亚胺（T700/TPI-A/PI）复合材料性能研究及基于机器视觉聚酰亚胺复合材料高温力学性能等研究。为亚胺化可溶聚酰亚胺复合材料制备和应用过程中的工艺、增韧改性、高温性能评价及老化失效机制等亟待解决的工程问题提供理论支撑和技术指导,具有重要的科学研究价值和工程应用意义。亚胺化可溶聚酰亚胺体系固化过程及传质规律复杂,树脂的固化动力学及流变特性未见报道。采用非等温DSC方法研究PI树脂的固化动力学、固化特性以及固化交联行为,通过PI树脂的等温及非等温流变特性表征分析,建立亚胺化可溶聚酰亚胺树脂体系的等温工程流变模型。通过研究确定PI树脂固化制度,建立与实际测试数据拟合度较好的固化动力学模型,揭示PI树脂体系固化行为,PI树脂固化物玻璃转变温度（Tg）达到474℃,5%热失重温度（T5%）为562℃。基于Engineering Viscosity模型对PI树脂体系的流变特性进行了有效预测,为复合材料的制备工艺参数优化提供了重要的理论依据。以PI树脂为基体,T700碳纤维为增强体,制备T700/PI复合材料,将T700/PI复合材料置于450℃和480℃条件下保持60 min,进行多次热氧循环,研究其热氧及加速老化行为。研究表明,随着热氧循环次数的增加,T700/PI复合材料失重率逐渐增大,力学性能逐渐下降,但降低幅度均小于15%,其性能退化的主要原因为表层树脂在高温状态下发生分子链段断裂氧化分解,树脂和纤维界面剥离、孔隙率增加。对T700/PI复合材料在280℃、300℃以及320℃恒温加速老化性能研究表明,加速老化时间为8天以内时,T700/PI复合材料弯曲性能及层间剪切性能保持率仍可达到85%以上,说明T700/PI复合材料具有优异的耐高温和耐老化性能。以非对称的2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐（a-BPDA）和4,4’-二氨基二苯醚（ODA）为单体,采用高温一步法合成具有优异溶解性、熔融特性以及耐热特性的TPI-A聚酰亚胺基增韧剂;采用该新型TPI-A增韧剂,制备T700/TPI-A/PI复合材料,研究TPI-A增韧剂对PI树脂和T700/TPI-A/PI复合材料流变特性、耐热特性、力学性能和关键使用性能的影响。研究发现,合成的TPI-A增韧剂Tg达到300℃以上,T5%达到550℃以上,在熔融、耐热、相容性等性能上实现与PI树脂的匹配;TPI-A增韧剂添加对PI树脂的耐热性能和流变性能影响较小,但却可以明显提高PI树脂和T700/TPI-A/PI复合材料的力学性能,PI树脂的拉伸强度提高25.67%,断裂伸长率提高26.93%,弯曲强度提高10.89%,冲击强度提高45.50%;T700/TPI-A/PI复合材料的开孔拉伸（OHT）、开孔压缩（OHC）和冲击后压缩强度（CAI）最高,分别提高5.21%、7.87%和7.95%。基于机器视觉结合短梁高温散斑和短梁剪切复合材料力学性能识别技术,建立一种新的高温力学性能评价方法,实现高温条件下通过单次短梁剪切实验同时获得树脂基复合材料面内多个力学性能参数的目的。利用该方法实现T700/PI复合材料和T700/TPI-A/PI复合材料高温力学性能的识别,得到其高温应变、模量及强度等性能参数,拓宽常规试验力学方法的指标范围。利用标准高温力学实验方法验证该方法的可行性,测量的T700/PI复合材料正轴向单向拉伸正应力-应变均呈近似线性关系,吻合度大于90%,为耐高温树脂基复合材料性能评价提供新的方法。对T700/TPI-A/PI复合材料高温力学性能研究发现,TPI-A增韧剂的添加对T700/TPI-A/PI复合材料的高温力学性能影响较小,在350℃的高温拉伸、压缩和层间剪切等性能均能保持在90%以上,在400℃的高温拉伸模量和压缩模量保持率也达到了 90%以上,说明T700/TPI-A/PI复合材料具有优异的耐高温性能。