T Ổ NG QUAN
Khái quát chung v ề thu ố c n ổ
Nổ là quá trình biến đổi nhanh chóng về mặt vật lý hoặc hóa học của một chất, trong đó chất ban đầu hoặc sản phẩm mới bị nén dưới áp suất cao và giãn nở đột ngột Hiện tượng này tạo ra sóng xung kích trong môi trường xung quanh, đồng thời chuyển hóa thế năng thành cơ năng một cách nhanh chóng.
Theo quan điểm hóa lý, nổ được phân thành ba loại chính: nổ vật lý, nổ hóa học và nổ nguyên tử Trong số này, chỉ nổ hóa học là kết quả trực tiếp từ việc sử dụng thuốc nổ.
Nổ hóa học xảy ra khi các phản ứng hóa học diễn ra với tốc độ nhanh, tạo ra nhiệt lượng lớn và sinh ra nhiều khí ở áp suất cao Quá trình này dẫn đến sự biến đổi hóa học của các chất ban đầu thành các sản phẩm mới.
Thuốc nổ là hợp chất hóa học hoặc hỗn hợp các chất không ổn định về mặt nhiệt động học, có khả năng phản ứng hóa học nhanh mà không cần oxy bên ngoài Khi bị kích thích bởi các yếu tố như va đập, ma sát, nhiệt độ, tĩnh điện hoặc sóng xung kích, thuốc nổ sẽ xảy ra phản ứng nổ Phản ứng này cần có các đặc điểm như tốc độ phản ứng nhanh, tự lan truyền, tạo ra lượng nhiệt lớn và sinh ra thể tích khí lớn.
1.1.2 Các yêu c ầu đố i v ớ i thu ố c n ổ
Thuốc nổ quân sự và thuốc nổ công nghiệp có những yêu cầu chất lượng khác nhau Đối với thuốc nổ quân sự, yêu cầu bao gồm khả năng sinh công lớn nhất theo đơn vị thể tích, khối lượng nhỏ nhất theo đơn vị công sinh ra, tốc độ nổ lớn, và khả năng bảo quản lâu dài trong các điều kiện kho tàng khác nhau.
Vũ khí không nhạy cảm với xung kích khi bắn và va đập, điều này xuất phát từ quan điểm rằng tác dụng cực đại của lượng nổ đạt được nhờ cả sóng xung kích và hiệu quả phá hoại của các sản phẩm nổ khi giãn nở Mục tiêu chính là giảm kích thước và khối lượng của vũ khí đồng thời tăng cường hiệu quả sử dụng.
5 cần cho an toàn tránh nổcướp, đảm bảo nổđúng lúc.
Những yêu cầu về chất lượng của thuốc nổ quân sự và thuốc nổ công nghiệp được trình bày trong Bảng 1.1 [4]
Bảng 1.1 Yêu cầu của thuốc nổ quân sự và công nghiệp
Các thuộc tính Thuốc nổ công nghiệp Thuốc nổ quân sự
- Thể tích sản phẩm khí và nhiệt lượng nổ cao (khả năng sinh công lớn);
- Tốc độ nổ cao không cần thiết, trừ những thuốc nổ ùng cho thăm dò mỏ quặng
* Đối với bom, mìn, đạn pháo, đầu nổ tên lửa:
- Thể tích sản phẩm khí cao;
- Nhiệt lượng nổ cao (không cần tốc độ nổ cao)
- Mật độ thuốc rất cao;
- Tốc độ nổ cao (như HMX, RDX,… ;
- Khả năng sinh công và khả năng đập vụn lớn Độ nhạy
- An toàn trong thao tác;
- Nhạy nổ với kíp nổ (trừ những thuốc nổ yếu);
- Càng ít nhạy càng tốt;
- Không nổ sớm khi bắn;
- Không nổ sớm khi chạm mục tiêu (đạn xuyên lõm) Độ bền trong bảo quản
Bảo đảm được trên 6 tháng, phản ứng trung tính (không sinh ra axit nitric khi bảo quản)
- Bảo đảm được trên 10 năm
- Trung tính (không sinh axit nitric khi bảo quản);
- Không phản ứng với kim loại;
Các thuộc tính Thuốc nổ công nghiệp Thuốc nổ quân sự
Thỏi thuốc đã bao gói có khả năng chịu nước ít nhất 2 giờ (đối với thuốc nổ dùng để thăm dò quặng, khả năng chịu nước cần ài hơn
Hoàn toàn kín nước khi đã được đúc trong lòng bom, đạn, mìn
Tạo hình được (dạng dẻo hay bột), có thể cắm kíp nổvào được
Có thểđúc hay nén Độ bền nhiệt
Sản phẩm không bị đóng cứng ở nhiệt độ -25 o C và có khả năng chịu nhiệt lên đến 60 o C trong vài giờ, ngay cả khi nằm sâu dưới đất Nó đảm bảo hoạt động hoàn hảo trong khoảng nhiệt độ từ -40 o C đến 60 o C hoặc cao hơn cho các mục đích đặc biệt.
Thuốc nổ hỗn hợp ngày càng được ưa chuộng hơn thuốc nổ đơn do đáp ứng tốt hơn các yếu tố công nghệ, khai thác và năng lượng Một số yêu cầu quan trọng trong thiết kế thuốc nổ hỗn hợp đơn thành phần bao gồm tính ổn định, khả năng dễ sử dụng và hiệu suất năng lượng cao.
Để tạo ra thuốc nổ có độ nhạy và năng lượng phù hợp với yêu cầu sử dụng trong các loại bom không quân, tên lửa, ngư lôi và thủy lôi, cần đảm bảo sức công phá lớn Thuốc nổ như RDX và PETN khi ở dạng nguyên chất có thể dễ bị nổ do lực chấn động khi bắn Do đó, cần phải kết hợp chúng với các loại thuốc nổ có độ nhạy thấp hơn hoặc tiến hành thuần hóa để đạt được độ nhạy vừa phải mà vẫn đảm bảo uy lực cần thiết.
Đạn cần đáp ứng các yêu cầu chiến - kỹ thuật riêng biệt, như đạn xuyên thép và đạn cao xạ cỡ nhỏ, không chỉ cần có uy lực mạnh mà còn phải có khả năng đốt cháy Đối với vũ khí dưới nước, yêu cầu về uy lực và năng lượng bong bóng cũng rất cao Để đạt được những tiêu chí này, việc sử dụng thuốc nổ chứa Al là cần thiết.
Để tăng uy lực cho thuốc nổ đơn như X, TNT và tetryl, cần chú ý đến hệ số cân bằng oxy (K b) của chúng, thường có giá trị âm, dẫn đến sản phẩm nổ chưa được oxy hóa hoàn toàn Việc kết hợp những loại thuốc nổ này với các chất có K b dương, chẳng hạn như amoni nitrat, sẽ giúp cải thiện đáng kể uy lực nổ.
- Tính hiệu quả hoạt động cao: Đối với thuốc nổ mồi, khả năng kích nổ tin cậy; đối với thuốc nổ phá phải có công phá hủy lớn
Độ nhạy xác định với tác động bên ngoài không chỉ đảm bảo tính tin cậy trong hoạt động mà còn bảo vệ an toàn trong quá trình khai thác và sử dụng.
- Độ bền lý, hóa cao, độ trơ hóa học đối với vật liệu vỏ chứa, khả năng bảo quản thuốc nổ lâu dài
1.1.3 Các đặc trưng năng lượ ng, n ổ cháy c ủ a thu ố c n ổ
Có nhiều cách phân loại tính năng của thuốc nổ, nhưng tựu chung lại có thể chia thành hai nhóm [60]:
Nhóm thứ nhất bao gồm các tính năng chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc hóa học và hằng số nhiệt hóa học của thuốc nổ, như thành phần hóa học, mật độ, độ cứng của tinh thể, nhiệt độ kích nổ tự động, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ phân hủy, thể tích sản phẩm khí, nhiệt độ nổ, độ bền nhiệt chân không, khả năng hút ẩm, nhiệt lượng cháy, nhiệt phản ứng và nhiệt tạo thành Những thuộc tính vật lý này đặc trưng cho các tinh thể thuốc nổ đơn và cũng bị ảnh hưởng bởi điều kiện nổ như hình dáng, vỏ bọc và mật độ.
Nhóm thứ hai bao gồm các tính năng phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của thuốc nổ và điều kiện nổ, với các chỉ số như tốc độ nổ, áp suất nổ, độ nhạy sóng xung kích, công nổ, độ nhạy va đập và độ nhạy ma sát Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của thuốc nổ trong quá trình phản ứng hóa học.
Có thể nhóm các tính năng của thuốc nổ như sau [50]:
Độ nhạy với các xung kích thích bao gồm khả năng phản ứng với nhiệt, tia lửa điện, và tác động cơ học như ma sát, va đập, và đâm trọc Ngoài ra, các yếu tố như thuốc mồi, kíp nổ, và sóng xung kích cũng góp phần vào sự nhạy cảm này.
+ Cháy của thuốc nổ:Áp suất cháy tại thể tích cố định; thành phần và thể tích sản phẩm cháy; nhiệt lượng cháy của thuốc nổ.
+ Nổ của thuốc nổ: Tốc độ nổ; các tham số của sóng nổ; nhiệt độ nổ; thành phần sản phẩm nổ.
Công ngh ệ ch ế t ạ o thu ố c n ổ h ỗ n h ợ p b ằng phương pháp trộ n
1.3.1 Các phương pháp nhồ i thu ố c n ổ
Nhồi nạp đạn ược là quá trình chế tạo liều nổ, nhằm làm chặt chúng trong lòng đạn và đưa đạn vào trạng thái bảo quản hoặc chiến đấu Quá trình này chuyển thuốc nổ từ trạng thái rời sang dạng khối với hình dạng, kích thước, mật độ và độ bền cơ học xác định Thường sử dụng hai phương pháp chính: nấu chảy thuốc nổ rắn và sau đó đóng rắn lại, hoặc sử dụng tác động cơ học để lèn chặt thuốc nổ bằng áp lực mà không thay đổi trạng thái vật lý của nó.
Có ba phương pháp nhồi nạp đạn chính: nhồi đúc, nhồi nén và nhồi xoáy vít, mỗi phương pháp lại có những biến thể riêng Các phương pháp này được phân loại thành kiểu trực tiếp và gián tiếp, tùy thuộc vào mức độ chuẩn bị sử dụng chiến đấu Chúng được chia thành hai loại: hoàn thiện (đã lắp ngòi nổ) và chưa hoàn thiện (chưa lắp ngòi nổ), trong đó loại chưa hoàn thiện thường được sử dụng nhiều hơn để đảm bảo an toàn và kéo dài thời hạn sử dụng, ngoại trừ các loại đạn như đạn xuyên thép và đạn lắp ngòi đáy.
Khi lựa chọn phương pháp nhồi nạp thuốc nổ, cần xem xét các yếu tố như tính chất của thuốc nổ (tính năng nổ, tính chất hóa học, độ chịu nén, độ nhạy), đặc điểm của đạn (cỡ đạn, cấu trúc và hình dạng lòng đạn), cũng như tính kinh tế trong sản xuất (năng suất, chất lượng liều nổ và giá thành).
Phương pháp đúc được sử dụng để nhồi thuốc nổ cho các loại đạn có đường kính lớn hơn 15 mm, bao gồm ngư lôi, thủy lôi, bom không quân và cối 160 mm trở lên Phương pháp này cũng áp dụng cho các loại bom đạn cỡ nhỏ hơn khi việc nhồi nén gặp nguy hiểm.
Phương pháp nén được áp dụng cho các loại đạn cỡ nhỏ và trung bình, chỉ sử dụng khi kích thước miệng đạn bằng kích thước lòng đạn Các loại thuốc nổ sử dụng có thể ở dạng nguyên chất như TNT, Tetryl hoặc ở dạng thuần hóa như A-IX-1, A-IX-2, PETN thuần hóa.
- Phương pháp xoáy vít, sử ụng cho các loại đạn (100 152) mm, cối
(82 240) mm, bom không quân cỡ trung và nhỏ Kích thước miệng đạn có thể nhỏ hơn lòng đạn một chút Thuốc nổ thường sử ụng là TNT, amaton
Việc chuẩn bị thuốc nổ có những đặc điểm khác nhau tùy thuộc vào phương pháp nhồi Trong phương pháp nhồi nén và nhồi xoáy vít, thuốc nổ thường được bảo quản sẵn trong kho trước khi nhồi Ngược lại, phương pháp nhồi đúc liên kết chặt chẽ giữa quá trình chế tạo thuốc nổ và nhồi nạp vào đầu đạn, thường được triển khai trên cùng một dây chuyền sản xuất Luận án này tập trung nghiên cứu thuốc nổ hỗn hợp 4 thành phần, trong đó TNT đóng vai trò chủ đạo, với phương pháp nhồi nạp chủ yếu là nhồi đúc.
1.3.2 Đặc điể m quá trình nh ồi đúc thuố c n ổ
Các loại đầu bom đạn lớn như ngư lôi, thủy lôi, bom phóng và đầu nổ tên lửa thường sử dụng thuốc nổ TNT, TG, TGA hoặc TGAP Quá trình chế tạo thuốc nổ bao gồm việc làm nóng chảy TNT, phối trộn các thành phần để đảm bảo đồng nhất, sau đó giảm nhiệt độ đến mức thích hợp để rót thuốc nổ vào lòng bom đạn, và cuối cùng là để thuốc nổ nguội và đóng rắn.
Các yêu cầu đối với thuốc nổ đúc rót bao gồm nhiệt độ nóng chảy không vượt quá 100°C, phải đảm bảo không bị phân hủy khi nóng chảy (Tnc < Tphh) và không bị phân hủy khi quá nhiệt độ nóng chảy trong khoảng 20 đến 25°C Ngoài ra, thuốc nổ cần có độ bay hơi nhỏ và ít độc hại.
* Đặc điểm của quá trình nhồi đúc: Giản đồ thay đổi nhiệt độ theo thời gian khi làm nguội thuốc nổ thể hiện trong Hình 1.3
* Ưu, nhược điểm của phương pháp nhồi đúc:
+ Ưu điểm: Có thể nhồi đúc cho tất cả các loại đạn có hình dạng và kích thước bất kỳ; thiết bịđơn giản, kỹ thuật không quá phức tạp
Nhược điểm của phương pháp này bao gồm năng suất thấp, đặc biệt với bom đạn cỡ lớn; phạm vi thuốc nổ sử dụng bị giới hạn; và liều nổ thường có nhiều khuyết tật, khiến cho việc gây nổ trở nên khó khăn hơn so với liều nổ được sản xuất bằng phương pháp nén hoặc xoáy vít.
Quá trình kết tinh bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn đầu tiên là tạo thành tâm (mầm) và kết tinh (v 1), trong khi giai đoạn thứ hai là phát triển tinh thể (v 2) Cấu trúc tinh thể của liều nổ phụ thuộc vào tỷ lệ giữa v 1 và v 2 Để nâng cao khả năng kết tinh của hạt nhỏ mịn, cần thực hiện các biện pháp như khuấy cơ học và thêm mầm kết tinh.
Yêu cầu kỹ thuật đối với liều nổ bao gồm tính bền chắc, cấu trúc tinh thể nhỏ, mật độ đồng nhất và không có khuyết tật Tuy nhiên, việc đạt được các tiêu chí này qua phương pháp đúc là rất khó khăn, vì thuốc đúc thường có cấu trúc tinh thể lớn, mật độ không đồng đều và tồn tại khuyết tật Do đó, các loại bom, đạn và mìn thường áp dụng phương pháp nhồi đúc trực tiếp, thay vì nhồi đúc gián tiếp, với các hình thức nhồi đúc trực tiếp đa dạng.
Nhồi đúc thuốc nổ nóng chảy là phương pháp quan trọng trong sản xuất bom đạn, với cách thực hiện khác nhau tùy thuộc vào kích thước của bom đạn Đối với bom đạn nhỏ, quá trình nhồi đúc chỉ cần thực hiện một lần Trong khi đó, bom đạn lớn yêu cầu nhồi đúc một hoặc nhiều lần để đảm bảo hiệu quả Đối với các loại bom, đạn có thân lắp ghép, nhồi đúc từng phần là phương pháp thích hợp Việc sử dụng nhồi đúc mảnh cũng là một kỹ thuật quan trọng trong sản xuất bom đạn.
60) % lượng thuốc ở dạng mảnh; nhồi đúc rung (khi hàm lượng TNT nhỏ, độ nhớt lớn); nhồi đúc chân không ở áp suất (3 4) mmHg; nhồi đúc kết hợp
Hình 1.3 Giản đồ thay đổi nhiệt độ khi làm nguội thuốc nổ
1.3.3 Nh ồi đúc thuố c n ổ h ỗ n h ợ p ch ứ a RDX, TNT, b ộ t Al và ch ấ t thu ầ n hóa
Phương pháp chế tạo thuốc nổ hỗn hợp HTA-3 (HMX/TNT/Al/CaCl 2), Torpex (RDX/TNT/Al) và HBX (RDX + TNT + Al + Wax + CaCl 2) được thực hiện theo tuần tự các bước Bước đầu tiên là làm nóng chảy TNT trong thùng khuấy hai lớp, được gia nhiệt bằng hơi nước ở nhiệt độ từ 95 đến 100 độ C, với sự hỗ trợ của máy khuấy cơ học.
Bước 2, từ từ cho RDX (hoặc HMX) vào thùng, gia nhiệt và khuấy trộn liên tục cho đến khi nước bốc hơi hoàn toàn Bước 3, thêm phụ gia như chất thuần hóa, chất chống hút ẩm và nhôm ở dạng khô, khuấy trộn và gia nhiệt để đạt được hỗn hợp đồng nhất Bước 4, làm nguội hỗn hợp đến khi có độ nhớt phù hợp, sau đó tiến hành đúc rót thuốc nổ vào đầu đạn.
* Một sốđặc điểm trong quá trình chế tạo và đúc rót như sau:
Bột Al có thể bị sa lắng trong quá trình đúc nếu tốc độ làm nguội thuốc quá chậm Để khắc phục tình trạng này, nên đúc rót từng phần và làm nguội đến điểm đóng rắn trước khi thêm lớp thuốc tiếp theo Thuốc nổ Torpex được sản xuất bằng cách kết hợp 12,5 phần TNT, 69,5 phần comp B, sau đó gia nhiệt, khuấy đều và thêm 18 phần Al.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U VÀ TH Ự C NGHI Ệ M
K Ế T QU Ả VÀ TH Ả O LU Ậ N
Nghiên c ứ u l ự a ch ọ n ch ấ t thu ầ n hóa
Naphtalen, β-naphtol, wax 8, xerezin và hỗn hợp xerezin - axit stearic, xerezin - tristearin được sử dụng làm chất thuần hóa cho các loại thuốc nổ khác nhau Việc lựa chọn chất thuần hóa phụ thuộc vào sự tương hợp của chúng với các thành phần khác trong thuốc nổ, điều này có thể được đánh giá thông qua các phương pháp như phân tích nhiệt, xác định độ an định chân không và phân tích mẫu sau già hóa Để chọn chất thuần hóa phù hợp với mẫu thuốc nổ nghiên cứu, cần cố định hàm lượng các cấu tử như RDX, TNT và bột Al.
Dựa trên tài liệu quốc tế về thành phần của một số loại thuốc nổ như T P-5, HBX-1, TGAP-5, luận án lựa chọn tỷ lệ các thành phần trong mẫu thuốc nổ với 40% RDX, 17% bột nhôm, (38 35)% TNT và (5 8)% chất thuần hóa Quá trình chế tạo mẫu thuốc nổ được thực hiện theo phương pháp đã đề ra trong mục 2.2.2, và các thử nghiệm đánh giá độ tương hợp được tiến hành thông qua quan sát bề mặt, phân tích nhiệt độ T và xác định độ chân không Stabil.
3.1.1 Ảnh hưởng của chất thuần h a đế n s ự đồ ng nh ấ t c ủ a m ẫ u a) Sử dụng naphtalen
Hình 3.1 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa 5% naphtalen a - Bề mặt mẫu khi nóng chảy b - Bề mặt mẫu khi nguội
Hình 3.1 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5% naphtalen
Nghiên cứu cho thấy hỗn hợp có hiện tượng tách pha không đồng nhất, với naphtalen thăng hoa ở nhiệt độ (80 82) o C, do đó không phù hợp làm chất thuần hóa trong thuốc nổ hỗn hợp Thay vào đó, việc sử dụng β-naphtol được đề xuất.
Hình 3.2 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa β-naphtol a - Bề mặt mẫu khi nóng chảy b - Bề mặt mẫu khi nguội
Hình 3.2 Bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % β-naphtol
Nghiên cứu cho thấy khi khuấy trộn β-naphtol ở nhiệt độ (95 ± 1) °C, chất này không nóng chảy mà nổi lên bề mặt, dẫn đến thành phần thuốc nổ kém đồng nhất Hơn nữa, naphtalen trong β-naphtol bị thăng hoa khi gia nhiệt, tạo ra tinh thể màu xanh rêu Do đó, β-naphtol không thích hợp làm chất thuần hóa trong nghiên cứu thuốc nổ.
Hình 3.3 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa 5% wax 8 a - bề mặt mẫu khi nóng chảy b - bề mặt mẫu khi nguội
Hình 3.3 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % wax 8
Nghiên cứu về việc sử dụng wax 8 cho thấy bột Al bị co cụm thành từng mảng, dẫn đến thành phần thuốc nổ kém đồng nhất Kết quả này phù hợp với những nhận định trong tài liệu [45], cho thấy rằng wax 8, do tính chất chống ẩm của nó, đã khiến Al bị vón cục Do đó, wax 8 không phù hợp để sử dụng làm chất thuần hóa.
Hình 3.4 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ sử dụng 5 % và 8 % xerezin khi làm nguội a - bề mặt mẫu chứa 5 % xerezin b - bề mặt mẫu chứa 8 % xerezin
Hình 3.4 trình bày ảnh bề mặt TGAP với 5% và 8% xerezin Bề mặt của mẫu chứa 6% và 7% xerezin cũng thể hiện sự tương đồng với mẫu chứa 5% xerezin, tất cả các mẫu đều có màu sắc đồng nhất và thành phần đồng đều.
Lượng xerezin trong thuốc nổ dao động từ 5 đến 7%, phù hợp với thành phần chất thuần hóa của các loại thuốc nổ như MC, MC-S, và ТGАP-5М Khi mẫu chứa 8% xerezin, quá trình làm nguội sẽ tạo ra lớp chất thuần hóa sát thành thùng trộn và xuất hiện hiện tượng co ngót, hình thành các lỗ nhỏ, có thể do hệ đã đạt đến mức độ bão hòa xerezin Hỗn hợp xerezin (60%) và axit stearic (40%) cũng được sử dụng trong quy trình này.
Hình 3.5 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ sử dụng hỗn hợp chứa 60 % xerezin và 40 % axit stearic (XS-60/40) khi nóng chảy (a) và làm nguội (b)
Nghiên cứu cho thấy bột Al bị đẩy lên bề mặt, dẫn đến sự không đồng đều về thành phần của hỗn hợp Do đó, hỗn hợp XS-60/40 không phù hợp để sử dụng làm chất thuần hóa.
Hình 3.5 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % hệ XS-60/40 f) Sử dụng hỗn hợp xerezin (60 %) và tristearin (40 %)
Hình 3.6 thể hiện bề mặt hệ mẫu thuốc nổ sử dụng hỗn hợp 60 % xerezin và 40 % tristearin (XT-60/40) khi nguội a – Bề mặt mẫu chứa 6 % XT-60/40 b – Bề mặt mẫu chứa 8 % XT-60/40
Hình 3.6 Ảnh bề mặt TGAP sử dụng 6 % và 8 % XT-60/40
Hình ảnh bề mặt của mẫu chứa 5% và 7% hỗn hợp XT-60/40 cho thấy sự đồng nhất về thành phần, tương tự như mẫu chứa 6% hỗn hợp này Mẫu chứa 8% hỗn hợp XT-60/40 cũng xuất hiện lớp chất thuần hóa sát thành thùng trộn và bị co ngót giống như xerezin Điều này cho thấy hỗn hợp XT-60/40 có thể được sử dụng trong hỗn hợp TG với hàm lượng thích hợp từ 5% đến 7%.
Bảng 3.1 trình bày các đặc điểm của mẫu sử dụng các chất thuần hóa khác nhau, thành phần RDX/TNT/Al cốđịnh là 40/42/18 % khối lượng
Bảng 3.1 Đặc điểm bề mặt mẫu TGAP sử dụng các loại chất thuần hóa
STT Mẫu thuốc nổ TGAP Đặc điểm mẫu
Hỗn hợp bị tách lớp với lớp bên trên có màu xanh rêu, có hiện tượng thăng hoa naphtalen trong quá trình gia nhiệt
Chất thuần hóa không tan tại nhiệt độ gia nhiệt Naphtalen có trong β- naphtol bịthăng hoa
Bột nhôm bị co cụm (đông tụ), khối thuốc kém đồng nhất về thành phần hóa học
4 Mẫu sử dụng xerezin Hỗn hợp đồng nhất về thành phần, có màu xám
5 Mẫu sử dụng hỗn hợp XS-60/40
Hỗn hợp bị tách lớp, chuất thuần hóa nổi lên trên cùng với lớp bột nhôm, khối thuốc kém đồng nhất
6 Mẫu sử dụng hỗn hợp XT-60/40 Hỗn hợp đồng nhất, màu xám
Hình 3.7 thể hiện hình ảnh phóng đại 40 lần bề mặt các mẫu thuốc nổ ở trạng thái rắn với các chất thuần hóa khác nhau, cho thấy mức độ đồng đều của các thành phần trong hỗn hợp thuốc nổ nghiên cứu Kết quả cho thấy xerezin và hỗn hợp XT-60/40 là những chất thuần hóa phù hợp nhất cho thuốc nổ hỗn hợp chứa RDX, TNT và Al, mang lại độ đồng nhất cao về thành phần và màu sắc, không có hiện tượng bột Al bị vón cục, tách lớp hay thăng hoa.
3.1.2 Đánh giá độ ph n hủ nhiệt của m ẫ u
Các mẫu thuốc nổ RDX, TGA (tỷ lệ RDX/TNT/Al là 40/42/18 %) và TGAP (tỷ lệ TNT/RDX/Al/xerezin là 42/40/18/(5 8) %) đã được thử nghiệm xác định sự phân hủy nhiệt bằng thiết bị DTA Mục đích của thử nghiệm này là đánh giá sơ bộ mức độ tương hợp của chất thuần hóa với các thành phần chính bao gồm RDX, TNT và Al.
Hình 3.8 thể hiện đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ X tại tốc độ gia nhiệt 4, 6, 8, 10 K/phút a - Đường phân hủy nhiệt DTA b - Vi phân đường phân hủy nhiệt
Đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ X, như thể hiện trong hình 3.8a, cho thấy hai pic quan trọng: pic thu nhiệt sắc nhọn với nhiệt độ đỉnh từ 205,8 °C đến 207,0 °C, tương ứng với quá trình nóng chảy của X, và pic tỏa nhiệt mạnh ngay sau đó, cho thấy X tự phân hủy ngay sau khi nóng chảy Cả nhiệt độ của pic thu nhiệt và pic tỏa nhiệt đều tăng khi tốc độ gia nhiệt tăng Hình 3.8b minh họa các pic tỏa nhiệt của X với đường vi phân nét đứt.
Bức ảnh đầu tiên được cho là thể hiện sự phá vỡ các liên kết N-N, trong khi bức ảnh thứ hai liên quan đến việc phá vỡ các liên kết C-N, điều này phù hợp với những gì đã được công bố trong tài liệu [22].
Hình 3 thể hiện đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ TGA tại các tốc độ gia nhiệt 4, 6, 8,10 K/phút a - Đường phân hủy nhiệt DTA b - Vi phân đường phân hủy nhiệt
Hình 3.9 Đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ TGA
Hình 3.a cho thấy đường phân hủy nhiệt của thuốc nổ TGA tại 4 tốc độ gia nhiệt khác nhau, với pic thu nhiệt trong khoảng 80,6 o C đến 83,2 o C, tương ứng với quá trình nóng chảy của TNT Tuy nhiên, không có pic thu nhiệt ngay trước pic tỏa nhiệt như X, điều này cho thấy sự tạo thành eutecti của X và TNT bao quanh hạt X Khi được gia nhiệt, eutecti này nóng chảy từ từ, làm mềm và hòa tan lớp X tiếp giáp, dẫn đến quá trình phân hủy X trong eutecti trước, sau đó là phân hủy X đơn chất bên trong Nhiệt độ pic tỏa nhiệt tăng khi tăng tốc độ gia nhiệt, và đường vi phân của pic tỏa nhiệt tại hình 3.b chỉ gồm một đỉnh, khác biệt so với đường vi phân pic tỏa nhiệt của RDX, cho thấy TNT và Al có ảnh hưởng đến sự phân hủy nhiệt của RDX.
Hình 3.10 và 3.11 trình bày đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ TGAP, sử dụng xerezin hoặc hỗn hợp XT-60/40 với hàm lượng từ 5% đến 8%, tại các tốc độ gia nhiệt 4, 6, 8, và 10 K/phút Các mẫu được phân loại theo hàm lượng xerezin: a - Mẫu 5% xerezin, b - Mẫu 6% xerezin, c - Mẫu 7% xerezin, d - Mẫu 8% xerezin.
Hình 3.10 Đường phân hủy nhiệt T của TGAP với P là xere in a - Mẫu chứa 5 % XT b - Mẫu chứa 6 % XT c - Mẫu chứa 7 % XT d - Mẫu chứa 8 % XT
Hình 3.11 Đường phân hủy nhiệt T của TGAP với P là XT-60/40
Tính toán m ộ t s ố tính năng nổ cháy c ủ a thu ố c n ổ
3.2.1 Tính toán công th ứ c phân t ử gi ả đị nh Áp dụng các công thức 1 đến để tính toán công thức phân tử giảđịnh
(1000 g thuốc nổ), hệ số cân bằng oxy (K b ), hệ số oxy (A) và tỷ lệ l/O của các đơn thuốc nổ nghiên cứu Kết quả tính toán được trình bày trong Bảng 3.5
Bảng 3.5 Công thức phân tử giảđịnh của thuốc nổ hỗn hợp chứa Al Đơn số
K b A Al/O Công thức ph n tử giả định
Kết quả từ Bảng 3.5 cho thấy rằng khi hàm lượng l tăng từ 12% lên 27%, trong khi hàm lượng RDX giữ nguyên ở 40% và chất thuần hóa ở 5%, đồng thời hàm lượng TNT giảm từ 43% xuống 28%, thì tỷ lệ Al/O tăng lên và giá trị Kb cũng được cải thiện.
Thuốc nổ X có năng lượng nổ cháy mạnh hơn thuốc nổ TNT, do đó, các nghiên cứu được thiết kế để giữ nguyên hàm lượng RDX ở mức 40%, trong khi điều chỉnh hàm lượng l và TNT Điều này đảm bảo phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo, tạo ra hỗn hợp thuốc nổ có độ nhớt thích hợp cho quá trình đúc rót, đồng thời vẫn đáp ứng các chỉ tiêu nổ cháy cần thiết.
3.2.2 Tính toán m ộ t s ố đặc trưng năng lượ ng n ổ cháy c ủ a thu ố c n ổ b ằ ng ph ầ n m ề m DETO 2.0
Phần mềm ETO 0 được sử dụng để tính toán các đặc trưng quan trọng như nhiệt lượng nổ, tốc độ nổ và áp suất trên bề mặt sóng nổ của các mẫu thuốc nổ chứa RDX, TNT, bột Al và xerezin với các hàm lượng khác nhau.
Một số giả thiết được đặt ra khi tính toán lý thuyết bao gồm:
Phản ứng đạt trạng thái cân bằng hóa học xảy ra khi các chất phản ứng tương tác theo các phương trình hóa học lý thuyết, và điều này không bị ảnh hưởng bởi hình dạng, kích thước hay hàm lượng Al hoạt hóa.
Sản phẩm nổ bao gồm 20 sản phẩm chính, tuy nhiên, số liệu nhiệt động học sử dụng từ kinh nghiệm có thể không hoàn toàn tương thích với hệ thuốc nổ đang nghiên cứu Phương trình trạng thái bán thực nghiệm được áp dụng, và đáng lưu ý rằng Al không tham gia vào phản ứng với sản phẩm khí nổ trong vùng phản ứng.
Kết quả tính toán một số đặc trưng năng lượng, nổ cháy của mẫu được trình bày trong Bảng 3.6
Kết quả từ phần mềm DETO 2.0 cho thấy, tại mật độ 1,25 g/cm³, nếu giả định rằng Al không tham gia phản ứng, thì áp suất nổ, tốc độ nổ và nhiệt lượng nổ của mẫu sẽ tăng khi hàm lượng l giảm Ngược lại, khi Al tham gia phản ứng với tỷ lệ 70% và 100%, áp suất nổ và tốc độ nổ sẽ giảm khi hàm lượng l tăng, trong khi nhiệt lượng nổ lại tăng theo hàm lượng l.
Bảng 3.6 Kết quả tính toán một sốđặc trưng năng lượng, nổ cháy của thuốc nổ Đơn số
Hàm lượng, % Mật độ thực, g/cm 3
Tại mật độ thực Tại mật độ 1,25 g/cm 3
RDX TNT Al Xerezin P max ,
Khi tính toán mật độ thực của thuốc nổ, các đặc trưng năng lượng và nổ cháy sẽ biến đổi khác so với khi tính ở mật độ 1,25 g/cm³ Nếu giả định rằng nhôm không tham gia vào phản ứng nổ, việc giảm hàm lượng sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính này.
Al sẽ làm giảm áp suất nổ và tốc độ nổ, nhưng lại tăng nhiệt lượng nổ Khi Al tham gia phản ứng với tỷ lệ 70% và 100%, áp suất nổ và tốc độ nổ không có sự biến đổi lớn khi thay đổi hàm lượng Al Tuy nhiên, nhiệt lượng nổ tăng rõ rệt khi hàm lượng Al tăng Sự thay đổi này có thể được giải thích bởi sự tác động trái ngược giữa hai yếu tố: tăng hàm lượng Al làm tăng mật độ thỏi thuốc, từ đó tăng tốc độ và áp suất nổ, nhưng đồng thời cũng giảm hàm lượng các cấu tử tham gia vào quá trình nổ như TNT.
Phần mềm DETO 2.0 có những hạn chế khi tính toán đặc trưng năng lượng và nổ cháy của thuốc nổ, vì cần dựa vào các giả thuyết và số liệu thực nghiệm để kiểm chứng Thông số phương trình trạng thái mang tính chất kinh nghiệm, chưa xác định rõ tính phù hợp với thuốc nổ bốn thành phần Hơn nữa, phần mềm này không đánh giá được ảnh hưởng của hàm lượng Al hoạt hóa và kích thước hạt Al đến các tham số tính toán, dẫn đến kết quả có thể sai lệch so với thực nghiệm.
Việc tính toán sơ bộ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng đơn thành phần, giúp xác định xu hướng biến đổi của các đặc trưng năng lượng và nổ cháy khi thay đổi thành phần thuốc nổ Điều này không chỉ hướng dẫn quá trình nghiên cứu mà còn giúp giảm thiểu chi phí cho các thí nghiệm và thử nghiệm.
3.3 Nghiên cứu ảnh hư ng của Al đến các đặc trưng năng lượng, nổ cháy của thuốc nổ
3.3.1 Ảnh hưở ng c ủa Al đế n nhi ệt lượ ng n ổ , th ể tích s ả n ph ẩ m khí n ổ và kh ả năng sinh công củ a thu ố c n ổ Để nghiên cứu ảnh hưởng của l đến sự thay đổi các thông số nhiệt lượng nổ, thể tích sản phẩm khí nổ và khả năng sinh công của mẫu, trên cơ sởđó định hướng lựa chọn hàm lượng Al tối ưu Mẫu thuốc nổ dùng cho nghiên cứu có hàm lượng RDX, xerezin cốđịnh lần lượt là 40 % và 5 % hàm lượng tương đối phổ biến của các mác thuốc đã được công bốnhư HBX-1, TGAP-5, TGAP-5A); hàm lượng thuốc nổ TNT thay đổi trong khoảng (43 28 % và hàm lượng Al thay đổi trong khoảng (12 27) % Công nghệ chế tạo thuốc nổ tiến hành theo các bước tại mục 2.2.2
Kết quả thử nghiệm về nhiệt lượng nổ, thể tích sản phẩm khí nổ và khả năng sinh công của các mẫu thuốc nổ được trình bày trong Bảng 3.7, với sự thay đổi hàm lượng và kích thước bột l Những kết quả này cũng bao gồm khả năng sinh công trên con lắc xạ thuật và khi tính toán theo phương trình Erthelott (QxV).
Bảng 3.7 Ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước l đến nhiệt lượng nổ, thể tích sản phẩm khí nổ và công nổ Đơn số Nhiệt lượng nổ, kCal/kg
Thể tích sản phẩm khí nổ, l kg
Khả năng sinh công Q.V.10 -4 , kCal.l/kg 2 Đo trêncon lắc xạ thuật, %TNT
Từ kết quả thử nghiệm trong Bảng 3.7, có thể biểu diễn ưới dạng đồ thị về sự thay đổi của nhiệt lượng nổtheo hàm lượng bột l như trong Hình 3.17
Nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng hàm lượng bột Al trong thuốc nổ, trong khi giảm hàm lượng TNT, sẽ dẫn đến việc tăng nhiệt lượng nổ nhưng đồng thời giảm thể tích khí sản phẩm nổ.
Hình 3.17 Sự phụ thuộc của nhiệt lượng nổvào hàm lượng bột Al
Lý giải sự ảnh hưởng của Al đến nhiệt lượng và thể tích khí của sản phẩm nổ, Al tham gia phản ứng thứ cấp với các sản phẩm khí nổ như CO2.
Nhiệt lượng tỏa ra từ các phản ứng CO, H2O và N2 phụ thuộc vào hàm lượng Al trong hệ Cụ thể, nhiệt lượng giải phóng từ phản ứng oxy hóa Al lớn hơn nhiệt lượng của phần thuốc nổ TNT bị thay thế, dẫn đến việc tăng nhiệt lượng nổ của hệ Ngược lại, Al cũng phản ứng với các sản phẩm khí nổ, tạo ra các sản phẩm rắn như Al2O3 và AlN, gây ra sự suy giảm thể tích sản phẩm khí nổ.
Nghiên c ứ u l ự a ch ọ n tham s ố công ngh ệ ch ế t ạ o thu ố c n ổ h ỗ n h ợ p
3.5.1 L ự a ch ọ n th ứ t ự ph ố i tr ộ n các thành ph ầ n
Khi nghiên cứu và lựa chọn các tham số công nghệ chế tạo thuốc nổ, cần đảm bảo rằng công nghệ phù hợp với thực trạng trang thiết bị hiện có trong nước, dễ thực hiện và tuyệt đối an toàn Mẫu thuốc nổ đạt được phải có độ đồng đều cao về thành phần và mật độ, đồng thời hạn chế tối đa các khuyết tật như vết nứt tế vi và bọt khí.
Thuốc nổ hỗn hợp được sản xuất bằng cách trộn lẫn các thành phần trong thiết bị trộn có cánh khuấy, với quá trình gia nhiệt gián tiếp thông qua nước nóng tuần hoàn.
Luận án đã trình bày 05 phương án trộn trong máy trộn hành tinh với các trình tự phối trộn khác nhau Kết quả cho thấy, phương án 1 không khả thi do Al phản ứng với nước trong chất thuần hóa, gây ra bọt khí trong quá trình trộn Trong khi đó, các phương án 2, 3, 4 và 5 đã loại bỏ hầu hết nước trước khi thêm Al, tạo ra liều thuốc nổ có thành phần đồng đều Đặc biệt, độ mịn của tinh thể TNT khi đúc theo phương án 5 vượt trội hơn các phương án còn lại Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng thiết bị trộn hành tinh giúp phân tán các thành phần nhanh và hiệu quả hơn.
Với những kết quả nghiên cứu trên, luận án lựa chọn Phương án 5 cho các nghiên cứu tiếp theo
3.5.2 Nghiên c ứ u l ự a ch ọ n ch ế độ công ngh ệ ph ố i tr ộ n h ỗ n h ợ p
Nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến công nghệ chế tạo và quá trình khuấy trộn, đảm bảo thành phần thuốc đồng đều Luận án này nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, với mục tiêu xác định nhiệt độ gia nhiệt tối ưu Thí nghiệm được thực hiện bằng cách cố định thời gian khuấy trộn là 30 phút và tốc độ khuấy là 20 vòng/phút.
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình trộn thuốc nổ hỗn hợp được đưa ra trong Bảng 3.13
Bảng 3.13 Ảnh hưởng của nhiệt độđến công nghệ chế tạo thuốc nổ
TT Nhiệt độ trộn ( o C) Hiện tượng xảy ra
- Tốc độ nóng chảy của TNT diễn ra rất chậm
- Quá trình trộn RDX, Al mất nhiều thời gian, có hiện tượng vón cục, hỗn hợp không đồng đều, cánh khuấy bị kẹt, di chuyển chậm
- Khi cho tiếp chất thuần hóa vào, quá trình nóng chảy và trộn đều thành phần diễn ra rất chậm
- Tốc độ nóng chảy của TNT diễn ra nhanh hơn so với tại nhiệt độ 85 o C
- Quá trình trộn RDX, Al vẫn có hiện tượng vón cục, hỗn hợp lâu đồng đều
- Khi cho tiếp chất thuần hóa vào, quá trình nóng chảy và trộn đều thành phần diễn ra còn chậm
- Tốc độ nóng chảy của TNT ra nhanh hơn, quá trình trộn đều RDX, Al với nhau tốt hơn, nhanh chóng đạt được hỗn hợp đồng đều
- Khi cho tiếp chất thuần hóa vào, quá trình nóng chảy và trộn đều thành phần diễn ra tương đối nhanh
- Tốc độ nóng chảy của TNT ra nhanh hơn, quá trình trộn đều RDX, Al với nhau tốt hơn, nhanh chóng đạt được hỗn hợp đồng đều
- Khi cho tiếp chất thuần hóa vào, quá trình nóng chảy và trộn đều diễn ra rất nhanh
Nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ gia nhiệt có ảnh hưởng lớn đến tốc độ nóng chảy của TNT và chất thuần hóa, cũng như độ nhớt của hỗn hợp Khi thời gian và tốc độ khuấy được cố định, mẫu gia nhiệt ở (85 ± 1) °C hoặc (90 ± 1) °C khó đạt được độ đồng nhất, trong khi thời gian khuấy để đạt đồng nhất lâu hơn ở (95 ± 1) °C hoặc (100 ± 1) °C Tuy nhiên, trong quy trình chế tạo thuốc nổ, cần hạn chế gia nhiệt ở nhiệt độ cao để giảm nguy cơ mất an toàn và tăng tuổi thọ của thuốc nổ Do đó, nhiệt độ lý tưởng cho việc trộn hỗn hợp thuốc nổ là (95 ± 1) °C.
Trong quá trình nghiên cứu, luận án đã sử dụng thiết bị khuấy có cánh khuấy dạng xoắn hoạt động theo nguyên lý hành tinh Tốc độ khuấy trộn được điều khiển bằng biến tần, trong khi nhiệt độ gia nhiệt được điều chỉnh bằng nước nóng tuần hoàn Nhiệt độ gia nhiệt ban đầu được cố định ở mức 95 ± 1 °C và thời gian khuấy sau mỗi lần cấp liệu cũng được xác định cụ thể.
Nghiên cứu về ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp cho thấy, khi giữ cố định thời gian và nhiệt độ, quá trình nóng chảy TNT ở tốc độ 30 vòng/phút diễn ra nhanh và hoàn toàn hơn so với 20 vòng/phút Tốc độ 40 vòng/phút mặc dù làm nóng chảy nhanh, nhưng gây nguy hiểm do thuốc nổ bị văng lên thành thùng trộn, dẫn đến mẫu thu được không đồng nhất Do đó, tốc độ khuấy tối ưu cho việc cấp thuốc nổ TNT là 30 vòng/phút Trong các giai đoạn cấp liệu tiếp theo, tốc độ 30 vòng/phút cũng giúp hỗn hợp đạt độ đồng nhất nhanh hơn so với 20 hoặc 10 vòng/phút Tuy nhiên, với hỗn hợp thuốc nổ nóng chảy dạng sệt, tốc độ khuấy lớn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn Vì vậy, để đảm bảo yêu cầu về thời gian trộn và tính an toàn, tốc độ khuấy được chọn cho các khâu cấp RDX, bột Al, chất thuần hóa và lượng TNT còn lại là 20 vòng/phút.
Bảng 3.14 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy đến công nghệ chế tạo thuốc nổ
TT Quá trình cấp liệu Tốc độ khuấy
(vòng/phút) Hiện tượng xảy ra
1 Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp 4/5 thuốc nổ TNT
20 an đầu xuất hiện vón cục nhỏ, sau đó tan ần Hỗn hợp lỏng và thành phần đồng nhất
30 an đầu xuất hiện vón cục nhỏ, sau đó tan ần Hỗn hợp lỏng và thành phần đồng nhất
40 an đầu xuất hiện vón cục nhỏ, sau đó tan nhanh chóng Thuốc bị bắn mạnh lên thành Hỗn hợp lỏng, thành phần đồng đều
Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp thuốc nổ RDX
10 an đầu có xuất hiện vón cục nhỏ, sau đó hết ần Hỗn hợp dạng sệt, thành phần tương đối đồng đều
20 an đầu có xuất hiện vón cục nhỏ, sau đó tan ần Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
30 an đầu có vón cục nhỏ, sau đó tan ần Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều nhanh
3 Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp Al
10 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần tương đối đồng đều
20 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều nhanh
4 Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp chất thuần hóa
10 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần tương đối đồng đều
20 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều nhanh
Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp phần TNT dạng hạt còn lại
10 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần tương đối đồng đều
20 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều nhanh c Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn tới công nghệ chế tạo thuốc nổ
Kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian khuấy đến công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp được trình bày trong Bảng 3.15
Trong suốt quá trình khuấy trộn, nhiệt độ được duy trì ổn định ở mức (95 ± 1) °C Tốc độ khuấy được điều chỉnh ở mức 30 vòng/phút khi cấp TNT và 20 vòng/phút cho các thành phần còn lại.
Bảng 3.15 Ảnh hưởng của thời gian khuấy đến công nghệ chế tạo thuốc nổ
TT Quá trình cấp liệu
Thời gian trộn phút ) Hiện tượng xảy ra
Quá trình trộn sau khi cấp thuốc nổ
20 Thuốc nổ vẫn xuất hiện vón cục nhỏ, chưa hòa tan hoàn toàn.
25 Thuốc nổ nóng chảy hoàn toàn, còn một lượng rất nhỏchưa kịp nóng chảy
30 Thuốc nổ nóng chảy hoàn toàn, không còn vón cục
Quá trình trộn sau khi cấp thuốc nổ
20 Hỗn hợp chưa đều, xuất hiện hiện tượng vón cục nhỏ màu trắng
30 Hỗn hợp đồngđều, không còn vón cục
40 Hỗn hợp đồngđều, không còn vón cục
Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp
20 Hỗn hợp chưa đều, vẫn còn xuất hiện các vệt Al trong hỗn hợp
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
40 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp chất thuần hóa
20 Hỗn hợp chưa đều, vẫn còn xuất hiện các vệt chất thuần hóa trong hỗn hợp
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
40 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
Quá trình trộn hỗn hợp sau khi cấp phần thuốc nổ
30 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
40 Hỗn hợp dạng sệt, thành phần đồng đều
Nghiên cứu cho thấy, trong điều kiện nhiệt độ và tốc độ khuấy cố định, việc tăng thời gian khuấy sẽ cải thiện độ đồng đều của thành phần Sau khi thêm TNT, cần duy trì khuấy trong khoảng 25 đến 30 phút để đảm bảo TNT đã nóng chảy hoàn toàn; việc khuấy lâu hơn không cần thiết Trong các bước tiếp theo, sau khi thêm từng thành phần RDX, Al, chất thuần hóa và phần TNT còn lại, thời gian trộn thích hợp cho mỗi thành phần là 30 phút.
Từ các kết quả nghiên cứu trên, luận án xây dựng Quy trình công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp trong phòng thí nghiệm như sau:
Cấp khoảng 4/5 lượng TNT vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC và khuấy ở tốc độ 30 vòng/phút cho đến khi TNT nóng chảy hoàn toàn Sau đó, lần lượt thêm bột Al, RDX và chất thuần hóa vào thùng trộn, khuấy trộn ở tốc độ 20 vòng/phút, duy trì khuấy 30 phút sau mỗi lần cấp liệu Khi hoàn tất việc cấp liệu, tiếp tục khuấy trộn ở nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt và duy trì khuấy trộn ở tốc độ 20 vòng/phút cho đến khi nhiệt độ giảm xuống 87 oC Cuối cùng, cấp phần TNT còn lại ở dạng bột (kích thước hạt từ 0,1 đến 0,2 mm) và tiếp tục khuấy trộn ở tốc độ 20 vòng/phút, làm nguội từ từ đến khi đạt nhiệt độ phù hợp để đúc rót.
3.5.3 Nghiên c ứ u l ự a ch ọ n nhi ệt độ đúc thuố c n ổ
Tỷ lệ giữa pha rắn và pha lỏng cùng với nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt của thuốc nổ hỗn hợp, từ đó tác động đến khả năng công nghệ chế tạo thuốc nổ.
Luận án tiến hành đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước bột
Hàm lượng X có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt của hệ thuốc nổ, từ đó giúp xác định nhiệt độ đúc rót phù hợp cho hệ này Kết quả nghiên cứu cho thấy mối liên hệ chặt chẽ giữa hàm lượng X và độ nhớt, cung cấp cơ sở cho việc tối ưu hóa quy trình sản xuất.
* Ảnh hư ng của Al đến nhiệt độđ c:
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước l đến nhiệt độ đúc thuốc nổ, hàm lượng RDX, chất thuần hóa được cốđịnh lần lượt là 40 % và
Hàm lượng l trong nghiên cứu thay đổi từ 12% đến 27%, trong khi hàm lượng TNT giảm từ 43% xuống 28%, nhằm đảm bảo tổng hàm lượng đạt 100% Bột Al hình cầu có kích thước hạt trung bình là 1,0 µm, 10,0 µm và 30,0 µm Đơn thành phần được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của bột l đến nhiệt độ đúc được trình bày trong Bảng 3.16.
Bảng 3.16 Đơn thành phần mẫu với hàm lượng Al khác nhau
TT Ký hiệu mẫu Hàm lượng các cấu tử, % X (*)
(*): X là t ỷ lệ (RDX+Al)/(TNT+Xerezin)
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần, nhiệt độ, kích thước bột l đến độ nhớt động lực học của mẫu được trình bày trong ảng 3.17
Bảng 3.17 Ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước l đến độ nhớt Đơn số Nhiệt độ, o C Độ nhớt động lực học, cP
Xu hướng thay đổi độ nhớt của mẫu khi điều chỉnh kích thước và hàm lượng bột l ở các nhiệt độ từ 85 o C đến 95 o C đều thể hiện sự tương đồng, như minh họa trong Hình 3.36 Đặc biệt, ở nhiệt độ 80 o C, biểu đồ có hình dạng khác biệt, được trình bày trong Hình 3.37.
Hình 3.36 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào X và kích thước Al tại 85, 90, 95 o C
Hình 3.37 Sự phụ thuộc của độ nhớt vào X và kích thước Al tại 80 o C
Độ nhớt động lực học của thuốc nổ tăng khi giá trị X tăng ở mỗi nhiệt độ Theo Hình 3.36, khi X tăng từ 1,08 đến 1,63, kích thước bột l không ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt của mẫu Tuy nhiên, khi X đạt 2,03, ảnh hưởng của kích thước bột l trở nên rõ rệt hơn, với độ nhớt của mẫu Đ1 sử dụng bột l-1,0 μm cao hơn nhiều so với mẫu Đ1 sử dụng bột l-10 μm và Al-30 μm Khi hàm lượng TNT và l không thay đổi, cùng với hình thái hạt l là hình cầu, sự thay đổi kích thước hạt l làm thay đổi tần suất va chạm giữa các hạt trong thuốc nổ.
Tỷ lệ ( X+ l /(TNT+Xere in
Tỷ lệ ( X+ l /(TNT+Xere in