氧化石墨烯对GAP改性球形药复合材料热膨胀系数的影响
前言
含能材料作为固体火箭发动机的关键动力源，对固体发动机性能具有决定性的影响。
固体推进剂作为一种复合含能材料，其性能优劣对火箭性能有着重要的影响。
为了提高推进剂性能，含能粘结剂成为研究的热点之一，它可以改善氧化剂和燃料的燃烧环境。
在这方面，聚叠氮缩水甘油醚（GAP）作为一种含氮聚合物，因其高含氮量、生成热高、机械感度低、密度大和成本低等特点，具有广泛的应用前景。
测试与表征
采用热机械测量法对GAP改性球形药复合材料热膨胀系数和玻璃化转变温度进行测试。
试样尺寸：高1.5-3mm，横向3-5mm的方形试样，保证上下两端面平行、光滑、无裂痕、无气泡，防止测试过程中气泡裂纹对热膨胀系数产生的影响。
测试设定温度为-30~40℃，控制氮气流量为50ml·min-1，升温速率设置为5℃·min-1，压力为0.1MPa。
然后依次对试样进行测定，每组实验分别进行5次，取其平均值，对其结果进行分析讨论。
复合材料红外光谱分析
为探究不同GO含量的GAP改性球形药复合材料中GO与其他组分的相互作用，采用FTIR对不同GO含量的GAP改性球形药复合材料及原料GAP改性球形药、GO和固化剂BPS分子结构进行分析.
在3500cm-1处出现较宽的─OH吸收峰；对于GAP改性球形药，在2100cm-1左右处有叠氮基团─N3的振动吸收峰，表明GAP改性球形药中包含GAP，同时在1645cm-1和1275cm-1分别为─NO2不对称和对称的伸缩振动吸收峰；
在1130cm-1处为C─O的伸缩振动吸收峰，831cm-1处为O─NO2较强的伸缩振动吸收峰，681cm-1处为O─NO2的扭曲振动吸收峰，这些都符合NC的红外吸收光谱。
对于BPS，在3300cm-1和664cm-1分别为─CC─H的伸缩和弯曲振动峰，在1725cm-1处存在C各振动峰相对强度无明显变化，所以认为GO的加入并没有与GAP改性球形药发生化学反应，GO以物理分散的方式存在于GAP改性球形药复合材料体系中。
复合材料热性能分析
不同GO含量的GAP改性球形药复合材料在5℃·min-1下的DSC曲线可以看出，GAP改性球形药复合材料只在190℃左右存在一个明显的分解峰温；
GO的含量对GAP改性球形药热分解行为无明显影响，不同GO含量的GAP改性球形药复合材料所对应的分解峰温波动范围都在2℃以内，可理解为在误差范围内的波动，且热分解开始和结束温度也无明显差异，从而进一步说明GO的加入并没有对GAP改性球形药复合材料体系造成明显影响。
为探究GO在GAP改性球形药复合材料中的分散情况，对GO含量为0%、0.5%、1%和1.5%的GAP改性球形药复合材料，即样品Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ进行SEM测试。
不添加GO的GAP改性球形药复合材料，表面相对平整光滑，对于含0.5%和1%GO的GAP改性球形药复合材料，可以看到GO相对均匀的分布在GAP改性球形药复合材料体系中，无明显的填料聚集情形；
当GO含量进一步增加至1.5%时，可以观察到少量GO出现了明显的聚集现象，说明GO的分散不再均匀，开始出现团聚现象。
GO含量对GAP改性球形药热膨胀系数的影响
对不同GO含量的GAP改性球形药复合材料进行TMA测试，对比不同GO含量的GAP改性球形药复合材料温度‐形变曲线，取其直线性较好的-15-10℃范围内数据进行拟合，得到不同GO含量的GAP改性球形药复合材料温度‐形变拟合曲线.
拟合直线的R2值均高于0.99，表明试样的形变量在-15~10℃之间具有高度的线性相关性。
膨胀系数约为3.236×10-4K-1，样品Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的膨胀系数为3.088×10-4，2.692×10‐4K-1和3.147×10-4K-1，与不添加GO的GAP改性球形药复合材料相比，添加GO后的GAP改性球形药复合材料的膨胀系数分别下降了4.57%、16.82%和2.75%。
结果表明，添加一定量的GO可有效降低GAP改性球形药复合材料的膨胀系数，使其更具有稳定性。分析其原因认为，氧化石墨烯作为一种由单层碳原子紧密排列而成的二维材料，层与层之间靠氢键结合。
石墨烯在200~400K温度范围内表现为负热膨胀特性。由于其膨胀系数小于GAP改性球形药复合材料，将其加入会对GAP改性球形药复合材料体系热形变产生强的机械约束，导致膨胀系数降低。
当添加1%GO时，热膨胀系数大幅度减小，然而继续增加GO的含量，热膨胀系数减小的趋势变小。随着GO的增加，产生团聚作用，即GAP改性球形药复合材料内部GO片层之间相互搭接、交联形成的空间网状结构，随着这种空间网络结构不断完善，对GAP改性球形药复合材料膨胀系数的影响也越来越小。
