聚酰亚胺复合材料以优异的耐高温性能和机械性能等在航空航天飞行器的耐高温部件中具有重要应用，但传统聚酰亚胺复合材料普遍存在韧性偏低的缺点，极大地限制了其作为结构材料得到更广泛的应用，因此开发更高韧性等级的聚酰亚胺复合材料，对于提升树脂基材料在高速飞行器中的使用比例、减轻飞行器重量具有重要意义;另外，聚酰亚胺自身的耐高低温特性赋予其作为近地轨道空间结构材料的优势，但复杂的空间环境尤其是原子氧侵蚀，会对聚酰亚胺等有机材料造成危害，严重影响航天器的正常运行和使用寿命，因此亟需发展具有耐原子特性的聚酰亚胺树脂基复合材料作为近地轨道飞行器的结构材料。　　 为满足上述应用需求，本论文从分子设计出发，分别开展了超高韧聚酰亚胺树脂基复合材料以及本征耐原子氧聚酰亚胺复合材料的研究工作，系统分析了聚酰亚胺的分子量、分子结构、制备工艺等因素对材料流动性能、热性能、力学性能以及耐原子氧性能的影响规律。论文主要内容如下:　　 1)成功利用PMR方法制备苯乙炔封端的联苯型聚酰亚胺树脂基复合材料，制备得到的树脂溶液具有低粘度、易加工的优点，极大地改善了此类聚酰亚胺的成型工艺性;在此基础上研究了分子量、主链结构对预聚物流动性以及固化后性能的影响规律。通过结构调控研究，制备得到超高韧的聚酰亚胺复合材料，其CAI值达到310 MPa以上，使传统耐高温聚酰亚胺复合材料的韧性等级大大提升;同时树脂基体具有宽加工窗口和低熔融粘度，复合材料230℃下的强度保持率可达50％，并具有良好的耐低温特性;　　 2)为进一步提升高韧性聚酰亚胺复合材料的耐热等级，在聚酰亚胺分子结构中引入不对称联苯二酐单体a-BPDA参与聚合，研究不同单体共聚比例和预聚物分子量对树脂热性能、流动性能的影响规律。a-BPDA高度的不对称和非共平面结构使固化后材料的Tg显著提升，达到280℃，同时树脂获得了优秀的可加工性，并保持了高强高韧特性;制备得到的复合材料在250℃有50％的强度保持率;复合材料的CAI值为260 MPa，达到高韧性等级;　　 3)采用两种含磷二胺单体BADPO和DAMPO通过PMR方法合成了系列苯乙炔封端的聚酰亚胺树脂。研究了预聚物分子量和含磷二胺比例对聚酰亚胺流动性能、热性能、力学性能的影响。原子氧的地面模拟研究表明，树脂基体的耐原子氧性能在含磷基团引入后显著改善，并随含磷量增加而进一步提高。碳纤维复合材料体现出比树脂基体更低的原子氧侵蚀速率，并在常温及180℃具有高力学性能;为进一步降低材料固化温度，研究工作还采用降冰片烯作为封端结构，制备的含磷聚酰亚胺复合材料同样具有高强度，同时原子氧侵蚀速率进一步降低为0.82×10-24 cm3/atom，有望应用于近地轨道的航天器结构材料。