石墨烯材料改性含能复合物的构筑及应用基础研究

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1、分类号：ＴＪ５５单位代码：１０１１０学号：Ｂ１５０４０１３泌馨中＾ＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＯｆＣ中北大学博士学位论文石墨烯材料改性含能复合物的构筑及应用基础研究博士研究生叶宝云指导教师王晶禹教授＿：学科专ｉｋ兵器科学与持犬．业技术ｉｗ１ｆｅｆｉｉＰ图书分类号_TJ55_____________________________密级非密注1UDC_______________________________________________________________博士学位论文石墨烯材料改性含能复合物的构筑及应用基础研究叶宝云指导

2、教师（姓名、职称）王晶禹教授申请学位级别工学博士专业名称兵器科学与技术论文提交日期_2018_年06月05日论文答辩日期2018年05月28日学位授予日期________年______月______日论文评阅人刘孝恒教授姬广斌教授焦清介教授赵凤起教授姜炜教授胡双启教授谭迎新教授答辩委员会主席焦清介教授2018年06月05日Ph.D.DissertationStudyontheconstructionandbasicapplicationofgraphenematerialsmodifiedenergeticcompositesBy:YeBaoyunSupervisor:Prof.Wan

3、gJingyuNorthUniversityofChina2018中北大学学位论文石墨烯材料改性含能复合物的构筑及应用基础研究摘要石墨烯材料（包括石墨烯、氧化石墨烯和功能化石墨烯）以其特殊的二维结构以及优异的导电、导热和力学性能，非常适合作为含能材料中的添加剂，以降低炸药的感度、改善炸药的热分解性能、提高含能体系的力学性能。本研究首先制备了石墨烯材料，然后以石墨烯材料为改性剂，分别将其应用于含能聚合物、炸药粒子以及含能油墨中，研究了石墨烯材料对三种含能复合物性能的影响，具体内容如下：本研究分别采用氧化还原法法和爆轰合成法制备石墨烯材料。首先，以鳞片石墨（FlakeGraphite，FG

4、）为原料，采用Hummers法制备氧化石墨（GraphiteOxide，GIO）,研究了不同干燥方式对目标产物氧化石墨烯（GrapheneOxide，GO）的影响，并得到了制备GO的最佳干燥条件。采用还原剂对GO进行还原，制备了还原氧化石墨烯（ReducedGrapheneOxide,rGO）。其次，以碳酸钙为碳源，以镁粉为还原剂，以实验室的废旧炸药为主装药，采用爆轰法合成出了少层石墨烯，提出了爆炸法合成石墨烯的作用机理。通过对比两种制备石墨烯的方法发现，虽然爆轰法能够得到少层石墨烯，但是合成的石墨烯不含官能团，不利于后续的研究与应用；而氧化还原法不仅能得到石墨烯，还能得到氧化石墨烯，

5、且产率高。氧化石墨烯含有丰富的含氧官能团，非常适合做为改性前驱体。鉴于本论文后续所需要的石墨烯材料部分需要对其进行改性且能分散于有机溶剂中，因此，本论文后续均采用氧化还原法得到的石墨烯材料。（i）为了改善GAP（聚叠氮缩水甘油醚）的力学性能，以功能化石墨烯为交联剂，对GAP进行交联改性，合成出了一系列GAP基含能热塑性弹性体（EnergeticThermoplasticElastomers,ETPE）。首先，以GO为前驱体，采用正丁胺对GO表面上的环氧基团进行开环反应，制备羟基化石墨烯（GO-OH）。然后，以GO-OH为改性剂，以TDI为固化剂，以T12为催化剂，合成出了GO-OH交联

6、改性GAP基含能热塑性弹性体，记为ETPEGO-OH，并对合成工艺条件进行了研究。采用万能试验机、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外（FTIR）、凝胶渗透色谱（GPC）和差式量热扫描仪（DSC）等手中北大学学位论文段对弹性体的力学性能、形貌、结构、分子量、玻璃化转变温度（Tgs）和热分解性能进行了表征和测试。结果表明，当R值为1.4，固化温度为65°C，GO-OH添加量为0.5%时，得到的弹性体力学性能最佳，其抗拉强度（σb）为1.29MPa，断裂伸长率（εb）为388%。与纯ETPE弹性体相比，所合成的ETPEGO-OH-0.5弹性体数均分子量（Mn）由16150提高到了17533

7、，多分散系数（PDI）由1.87增加到了2.03，玻璃化转变温度由-35.8°C提高到了-34.5°C，熔点由130°C提高到了140°C。ETPEGO-OH弹性体的热稳定性较纯ETPE有所下降，当GO-OH添加量为1%时，热稳定性最差，因此GO-OH添加量不能超过1%。采用上述合成的弹性体为黏结剂，对HMX进行了表面包覆，对复合粒子的形貌、物相、热分解性能和撞击感度进行了测试。结果表明，所合成的ETPEGO-OH弹性体可以作为含能黏结剂对HM