PMR 型聚酰亚胺树脂基复合材料目前主要应用于制造航天航空飞行器中各种耐高温结构部件,从小型的热模压件(如轴承) 到大型的真空热压罐成型结构件( 如发动机外罩和导管等) 。在西方国家,这些材料的应用已有近20 年的历史, 积累了大量的实验数据。
随着航空技术的发展, 航空器的巡航速度越来越高, 第四代战斗机的一个重要特征就是能够超音速巡航, 即在14000~15000m高空, 在不加力的情况下, 保持1. 5 马赫的巡航能力。在这种情况下飞行气动中心后移, 气动加热明显加大, 对作为气动表面材料的树脂基复合材料的使用温度、湿度提出更苛刻的要求, 如战斗机机翼蒙皮温度**达300℃( 高湿环境下)。PMR 型聚酰亚胺基复合材料是目前使用温度**的树脂基复合材料, 长期工作温度为320℃~ 371℃, 而且热氧化稳定性突出, 据报道已用于B-2 隐形轰炸机的机身基材。
大功率涡轮发动机已成为现代军用和民用飞机的动力装置, 为保证战斗机的高速巡航、非常规机动及民用飞机的超音速飞行, 必须将涡轮发动机的推重比提高到15%~ 20%, 这主要通过提高涡轮进口工作温度与减轻发动机质量来实现。树脂基复合材料目前主要用于有轻质、高强、高模要求的发动机冷端部分, 应用范围主要在反推力装置、涵道、整流件及风煽系统等部件上, 工作温度一般低于180℃, **耐温为300℃, 涉及部件占发动机质量的35% 左右。而使用耐温等级更高的复合材料以取代靠近发动机中心体结构件, 是目前和今后的研究与开发方向。英国RollsRoyce 公司正在研制PMR-15 复合材料的结构件, 以逐步取代目前大量使用的钛合金, 以降低制造成本和质量。美国Pratt & Whitney公司则在为第四代军机配套的F-119 涡轮发动机研制相应的石墨纤维增强PMR-15 树脂基复合材料, 以应用在发动机的导向叶片和内涵道部件上, 力争使树脂基复合材料在整机结构中的比例接近50%, 从而明显改善发动机的耗油量与单位成本, 以此带动飞机的速度、载重、噪音与机动性能的明显改善。另外, 美国空军资助研究的AFR-700B 超高温树脂基复合材料也用于F-22 的发动机上, 以代替钛合金用作压气机的静子结构、进气道或后机身多用途导管等。据称, AFR-700B 具有比PMR-II-50 更高的热稳定性, 而且易于制造。
在航天领域中耐高温树脂基复合材料的应用范围也相当广泛。据报道, 如果美国航天飞机轨道器采用石墨纤维/ 聚酰亚胺复合材料代替目前所用的2219 铝合金, 结构承温能力可从现在的177℃提高到316℃, 结构质量和热防护系统的质量将明显降低, 估计可减轻轨道器结构质量30%。用于制造航天飞机的方向舵、机翼前襟、副翼和襟翼, 可减重26% 。英国正在建造的水平起降无人或载人的太空旅行机, 其所有结构材料、热结构材料均将采用石墨/ 聚酰亚胺复合材料来制造。
