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近年来高分子聚合物愈来愈广泛地应用于弹药中,如硝化棉类含能粘结剂和塑料弹带均是典型的高分子聚合物。粘结剂作为发射药的重要组成部分,很大程度上影响着体系的能量性能和力学性能。硝化棉作为含能粘结剂,广泛应用于单基、双基和三基发射药中,但由于NC较高的玻璃化转变温度,低温力学性能较差,限制了发射药的发展和应用。聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为一种新型含能的叠氮类粘结剂,具有氮含量高、机械感度低、热稳定好、玻璃化转变温度低等优点,然而GAP分子链中较大的-CH2N3侧链的存在,使其主链承载原子数少,分子间作用力很小,导致其抗拉强度较低。本文利用聚合物增强原理,在硝化棉和GAP两类含能粘结剂间进行复合改性,以期获得性能互补的含能粘结剂,为发展强而韧的复合含能粘结剂提供基础,满足不同发射药及推进剂的需求。近年来塑料弹带尤其是尼龙66和聚甲醛在各种新式炮弹上得到了广泛应用。钛酸钾晶须的拉伸强度达7000MPa,并具有良好的耐磨性和耐热性,且生产成本低,因此尝试采用钛酸钾晶须改性尼龙66和聚甲醛的力学性能和耐热性能等,以期更好的满足弹带用塑料对强度和尺寸稳定性的需求。针对硝化棉类粘结剂和塑料弹带的改性需求,本课题主要开展以下几方面工作：以4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)为硬段,聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为软段,合成不同硬段质量分数的聚叠氮缩水甘油醚聚氨酯弹性体(GAPE)。DMA分析表明硬段质量分数为33%的GAPE-2的刚性和柔顺性均较佳,低温时自由体积膨胀系数(af)较大,而其低温脆化参数(m)值较小(m=55.6),链段运动活化能为271.0kJ/mol,表明GAPE-2具有较好的低温塑性和韧性且其脆性较小。真密度测试表明随着硬段质量分数由30%增加到36%,GAPE的真密度由1.35g·cm-3增加至1.52g·cm-3、对不同硬段质量分数的GAPE进行力学性能测试,结果显示当硬段质量分数为33%时,GAPE的力学性能较佳,断裂伸长率为360%,特别是抗拉强度为13.3MPa,约比硬段质量分数为30%的GAPE-1的抗拉强度高209%,比硬段质量分数为36%的GAPE-3的抗拉强度高87.3%。通过溶液共混法制得两组不同质量比的GAPE/硝化棉(氮含量=13.5%)、GAPE/硝化棉(氮含量=12.0%)共混试样。采用DMA、力学性能测试、FTIR、真密度等分析手段对共混试样进行表征。GAPE/硝化棉(氮含量=13.5%)共混体系的低温玻璃化转变温度均低于-3℃, GAPE/硝化棉(氮含量=12.0%)共混体系的低温玻璃化转变温度均低于-10℃,硝化棉的低温力学性能得到改善。共混体系均出现2个Tg,GAPE/硝化棉(氮含量=13.5%)共混体系中当GAPE含量为40%时,两相的疋较为靠近；GEPE/硝化棉(氮含量=12.0%)共混体系中当GAPE的含量为30%时,两相的Tg较为靠近,说明此配比下的两相相容性较好。由低温粘弹系数的计算知,这两个配比下材料的低温脆性和柔顺性均较好。当GAPE质量分数为30%时,GAPE/硝化棉(氮含量=12.0%)共混体系的抗拉强度为43.3MPa;而此配比下GAPE/硝化棉(氮含量=12.0%)的断裂伸长率达到33.5%,比硝化棉(氮含量=12.0%)的断裂伸长率7.7%提高了近5倍。同时,当GAPE的质量分数为30%时,GAPE/硝化棉(氮含量=13.5%)的抗拉强度为63.5MPa,断裂伸长率为30.5%。在研究了GAPE对硝化棉的力学性能改性获得一种选用GAPE.硝化棉作为高能高强度复合粘结剂的体系的基础上,选用不同硬段质量分数的GAPE,合成两组不同质量分数的GAPE/硝化棉/硝化三乙二醇的共混体系。采用动态热机械分析仪、力学性能测试仪及TG等技术手段对两组共混体系进行表征。随着两种不同硬段质量分数的GAPE含量增加,试样的抗拉强度和断裂伸长率均出现先增大后减小的趋势,当GAPE-3(硬段质量分数为36%)的含量为5%时,体系的抗拉强度和断裂伸长率均较好,使抗拉强度从24.7MPa提高到32.1MPa,断裂伸长率从37.0%提高到54.4%。同样当GAPE-2(硬段质量分数为33%)含量为5%时,体系的抗拉强度从24.7MPa提高到32.4MPa,断裂伸长率从37.0%提高到58.5%。热失重分析表明：硝化棉/硝化三乙二醇体系的分解温度为127℃,加入GAPE后,热分解温度提前到105℃左右,说明GAPE能够促进硝化棉/硝化三乙二醇体系的热分解过程,降低热分解温度。动态力学性能测试表明：硝化棉/硝化三乙二醇体系中两相玻璃化温度之差为97.7℃,引入GAPE后,两相的玻璃化温度之差缩小,体系的相容性较好。利用NC的葡萄糖的分子链上残余的-OH与含自由-NCO的GAP-MDI预聚物发生化学反应制得GAP/NC依次为30/70、35/65、40/60、50/50的GAP-MDI/NC试样。当GAP的含量为50%时,产物的断裂伸长率为61.7%,高于NC的断裂伸长率7.7%,此时产物的抗拉强度为33.4MPa,低于NC的抗拉强度75.2MPa；动态力学性能测试表明引入GAP-MDI预聚物后,试样高温α峰向低温方向移动,α转变的峰值增大,说明NC的链段柔顺性变好,试样均出现一个低于-9.5℃的低温玻璃化转变温度,表明改性后的NC低温力学性能改善。针对塑料弹带对材料的机械强度、化学稳定性及耐高温性的需求,选用钛酸钾晶须对PA66和POM进行改性。当钛酸钾晶须的含量为20%时,POM的拉伸强度由55.9MPa提高至86.0MPa,提高了53.8%；当钛酸钾晶须的含量为30%时,PA66的拉伸强度由68.2MPa提高至127.6MPa,提高了87.1%。进一步探讨了试样的最佳注射工艺条件,得出当注射温度为210℃、模具温度为90℃、注射压力为55MPa时,钛酸钾改性POM-ZA343的拉伸强度最大为89.1MPa,相比最小值提高了12.9%；当注射温度为315℃、模具温度为60℃、注射压力为60MPa时,钛酸钾改性PA66-ZN262B的拉伸强度最大为127.6MPa,相比最小值提高了35.2%。