背景技术

固体推进剂在导弹和航天技术发展中起着重要的作用，是火箭和导弹发动机的能量来源，其综合性能直接关系到现代武器装备系统的精确打击、高能毁伤及生存能力。良好的燃速和能量特性，是固体推进剂及其武器系统研制的重要方向和技术基础。复合固体推进剂因其比冲高、力学性能好，近年来广泛运用于各国导弹系统，是目前所采用的主流发动机设计方案。复合固体推进剂是一种以高分子聚合物为基体的多组分填充型复合材料，它由粘结剂、固体氧化剂、金属燃烧剂和少量其他组分组成，在目前的固体火箭装药中得到了广泛的应用。然而，复合固体推进剂在生产、贮存、运输和使用过程中又不可避免会受到复杂载荷和温度冲击等极端条件作用，极易产生微裂纹等损伤，这严重危及了武器系统的稳定性和安全性。粘结剂是推进剂的聚合物基体，其主要作用是粘合分布在复合固体推进剂中的无机氧化剂和金属燃烧颗粒，因此复合固体推进剂的力学性能很大程度上取决于粘合剂的力学性能，从粘合剂层面对复合固体推进剂进行有针对性的增强设计是解决上述问题的一种可行途径。增强粘合剂的常见方法有：化学修饰、纳米颗粒填充、交联网络强化等。其中纳米颗粒填充是当前使用较多的一种方法，能够较好地实现这一目的。

石墨烯作为一种新兴的轻质纳米材料，又被称为“黑金”，具有极其优异的物理和化学性能。现已被广泛应用于航空航天、军工、电子、能源与环保等传统领域以及战略性新兴产业领域。近年来,石墨烯在含能材料领域的应用也逐渐增多,但主要集中在利用其催化特性提髙含能材料的热分解与燃烧特性。同时,由于石墨烯具有目前已知最高的材料强度和超大的比表面积,能够在聚合物内部产生有效的力学增强效应，因此力学增强已被作为石墨烯在推进剂领域取得应用突破的重要方向。研究表明，少量石墨烯的添加能显著改善基体材料的许多重要性能或赋予新的特定功能。然而，结构完善的无缺陷石墨烯,其片层间相对强大的π-π范德华吸引力使得石墨烯易于相互堆积或聚集,难以均匀分散于基体中，从而降低石墨烯的增强效果，且难以形成牢固的结合界面。

氧化石墨烯作为石墨烯的含氧衍生物，本身也具有优异的性能，同时，氧化石墨烯表面还具有大量含氧官能团，如羟基、羧基、环氧基等。实际上，如果仅将其对聚合物进行简单的填充，则并未发挥其表面带有大量活性基团的优势，从而达不到理想的增强效果。因此，利用它们的反应活性对氧化石墨烯进行表面修饰，调节其与聚合物的界面性能和在基体中的分散性，是目前石墨烯/聚合物复合材料制备的常用手段。

超支化聚合物是一种具有高度支化和非缠结结构及大量末端活性基团的聚合物，与其线性类似物相比具有低的溶液粘度和高的溶解性，与聚合物基体具有较好的相容性，已经广泛用于环氧树脂的增强增韧。考虑到复合固体推进剂常用的HTPB(端羟基聚丁二烯)粘合剂分子的活性基团为羟基，其固化过程是与聚氨酯固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)进行固化交联反应，可采用端羟基超支化聚酯(HBP)及IPDI对氧化石墨烯进行表面修饰，并以其增强HTPB粘合剂的力学性能。