Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính trong thành phần thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNA-7V

Thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNA-7V gồm có các thành phần: Thuốc nổ phá, chất cháy, chất oxi hóa và chất kết dính. Bài viết trình bày một số kết quả nghiên cứu lựa chọn chất kết dính trên nền cao su polyacrylat sử dụng cho thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNA-7V.

Hóa học Kỹ thuật mơi trường NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẤT KẾT DÍNH TRONG THÀNH PHẦN THUỐC NỔ NHIỆT ÁP DÙNG CHO ĐẠN ĐNA-7V Trần Quang Phát1*, Ngô Văn Giao2, Ninh Đức Hà3, Hồ Ngọc Minh3 Tóm tắt: Thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNA-7V gồm có thành phần: thuốc nổ phá, chất cháy, chất oxi hóa chất kết dính Chất kết dính ngồi việc bảm bảo tương thích hóa học với thành phần cần phải thỏa mãn yêu cầu công nghệ thuốc nổ, có độ nhớt động lực phù hợp với phương pháp đúc rót có áp suất Bài báo trình bày số kết nghiên cứu lựa chọn chất kết dính cao su polyacrylat sử dụng cho thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNA-7V Từ khóa: Đạn nhiệt áp ĐNA-7V; Thuốc nổ hỗn hợp; Thuốc nổ nhiệt áp ĐẶT VẤN ĐỀ Thành phần thuốc nổ nhiệt áp (TBE) thường gồm có thuốc nổ phá, chất cháy, chất oxi hóa, chất kết dính phụ gia Thực tế, TBE loại thuốc nổ PBX (Plastic Bonded eXplosives) nhiệt rắn Thuốc nổ chuẩn bị công nghệ đúc trực tiếp vào loại vũ khí, sau đóng rắn nhiệt độ cao, chúng trở thành khối thuốc nổ dạng rắn với đặc trưng cao su đàn hồi [1], [2] Tuy nhiên, cơng trình khơng cơng bố thông tin chi tiết công nghệ thiết bị phương pháp nhồi đúc TBE Ở nước, TBE nói chung TBE dùng cho đạn nhiệt áp ĐNA-7V bắt đầu nghiên cứu, chế tạo [3, 4] Thành phần TBE dùng cho đạn ĐNA-7V gồm thuốc nổ phá hexogen (RDX), chất cháy bột nhơm (Al), chất oxi hóa amonipeclorat (AP) chất kết dính Thuốc nổ nhiệt áp loại vật liệu composit mà chất kết dính mơi trường phân tán, liên kết thành phần tạo cho hỗn hợp có độ bền học định Đạn ĐNA-7V có hình dạng vỏ đầu đạn phức tạp, đầu có đường kính nhỏ phần (đường kính đầu  53,5 mm  52 mm, đường kính thân đạn  96 mm) nên phương pháp nhồi đúc thuốc nổ phù hợp Yêu cầu quan trọng trạng thái TBE đúc khối lượng riêng cao (không nhỏ 1,89 g/cm3) nay, nước chưa có sản phẩm đạt mật độ Một khó khăn cần giải xác định công nghệ chế tạo nhồi đúc vào thân đạn Qua phân tích, đánh giá, phương án cơng nghệ đúc có áp suất kết hợp hút chân khơng lịng thân đạn lựa chọn để đảm bảo chất lượng khối thuốc Trong đó, việc lựa chọn chất kết dính đóng vai trị quan trọng cơng nghệ Bài báo trình bày số kết nghiên cứu lựa chọn chất kết dính từ loại polyme: hai polyme sử dụng số sản phẩm quân (cao su polybutadien nitryl epoxy ED-20) cao su polyacrylat chế tạo nước VẬT TƯ, HÓA CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật tư, thiết bị 2.1.1 Vật tư - Thuốc nổ hexogen (RDX), xuất xứ: Nhà máy Z195; Bột nhôm (Al), xuất xứ: Mỹ; amonipeclorat (AP), xuất xứ: Trung Quốc; cao su polyacryliat (PAC), xuất xứ: Viện Hóa học-Vật liệu; cao su polybutadien nitryl (CKH-10KTP), epoxy ED-20, xuất xứ: Nga; hỗn hợp chất hóa dẻo HD-70, xuất xứ: Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; lecithin, xuất xứ: Việt Nam; toluen diizocianet (TDI), xuất xứ: Trung Quốc; DPA, xuất xứ: Trung Quốc - Trạm nổ: Thuốc nổ A-IX-1 (xuất xứ: Nhà máy Z195), khối lượng 25  0,2 g; khối lượng riêng 1,60  1,62 g/cm3, chế tạo phương pháp nén ép 62 T Q Phát, …, H N Minh, “Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính … cho đạn ĐNA-7V.” Nghiên cứu khoa học công nghệ - Ống nổ điện vỏ nhôm số (xuất xứ: Nhà máy Z121); - Các mẫu TBE có kích thước: Ф55x(922) mm; khối lượng: 41010 g; khối lượng riêng: 1,89  1,91 g/cm3 2.1.2 Thiết bị - Thiết bị Vaccum Stabil Tester (Cộng hịa Séc) xác định độ an định hóa học chất nổ theo phương pháp ổn định nhiệt độ chân không; - Thiết bị đo độ nhớt động lực học DW-E hãng Brookfield (Mỹ), dải đo từ 0,8 đến 104000 pa.s, độ xác 0,1 %; - Thiết bị đo đa kênh DEWE-3020 hãng Dewetron - CH Áo (Số kênh: 08 theo chuẩn DAQ PAD, đo nhiều loại tín hiệu khác nhau: mV, kV, biến dạng, cặp nhiệt điện, tốc độ: 30  45 MB/s, nguồn điện: 90  260 V (AC)) - Đầu đo áp suất theo nguyên lý piezo hãng Kistler (Thụy Sĩ) (dải đo: 250 psi, tải: 5000 psi, độ phân giải: 0,05 psi, độ tuyến tính: ≤ ±1% FSO, phần tử cảm biến: Quartz, thời gian đáp ng: < 1às, di nhit hot ng: -55 ữ 125 oC, dạng cảm biến: IEPE - Giá đặt đầu đo, mẫu thuốc, thiết bị điểm hỏa từ xa 2.2 Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp đo phổ hồng ngoại (IR); - Phương pháp DSC; - Phương pháp đo đô nhớt động lực thiết bị HADV-E (Brookfield) sử dụng Spindle số 07, tốc độ quay: vòng/phút - Phương pháp ổn định nhiệt chân không (VST): Hỗn hợp gia nhiệt điều kiện chân không với nhiệt độ không đổi 100 oC thời gian 40 giờ; Hình Sơ đồ bố trí khối thuốc đầu đo áp suất Khối thuốc nổ; Đầu đo áp suất; Giá đỡ - Phương pháp kỹ thuật đo áp suất dư lớn bề mặt sóng xung kích (P) xung lượng pha tích cực (Itc): Đặt đầu đo áp suất khối thuốc nổ chiều cao 2m từ mặt đất Khi khối thuốc kích nổ, sóng xung kích truyền khơng khí Đầu đo thu nhận giá trị áp suất Phần tử cảm biến dạng IEPE kết nối với thiết bị DEWE 3020 chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện Từ đó, thiết bị đưa đồ thị thay đổi áp suất bề mặt sóng xung kích theo thời gian vị trí định (hình 1) Căn vào đồ thị xác định P phần mềm thiết bị xác định Itc KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính polyme Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 63 Hóa học Kỹ thuật mơi trường 3.1.1 Nghiên cứu đánh giá tính tương thích hóa học polyme với thành phần theo phương pháp VST Ba polyme lựa chọn để đánh giá cao su PAC, CKH-10KTP epoxy ED-20 Thể tích khí phát sinh thêm có tương tác tiếp xúc thành phần TBE (gồm Al, AP RDX với tỷ lệ khối lượng 1:1:1) chất kết dính hỗn hợp (VR) xác định thử nghiệm độ ổn định nhiệt chân khơng VST Kết tính tốn VR PAC, CKH-10 KTP Epoxy ED-20 1,4 mL; 0,6 mL 6,2 mL tương ứng Theo tiêu chuẩn STANAG 4147 [5] nhận thấy, epoxy ED-20 hồn tồn khơng tương thích với hỗn hợp ba thành phần Cịn lại, hai chất kết dính cao su PAC CKH-10 KTP tương thích hóa học với hỗn hợp thành phần TBE Tuy nhiên, giá trị VR hỗn hợp cao su CKH-10 KTP nhỏ nhiều so với VR hỗn hợp cao su PAC, điều cho thấy, độ tương thích cao su CKH-10 KTP tốt 3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính sở đặc tính cơng nghệ Tiến hành thử nghiệm cao su CKH-10KTP Chế tạo mẫu TBE với thành phần bảng Bảng Các đơn thành phần TBE để thử nghiệm cao su CKH-10KTP Hàm lượng (%) Thành phần TBE-V1 TBE-V2 TBE-V3 TBE-V4 TBE-V5 Thuốc nổ RDX 34 32 30 28 26 Bột Al 25 25 25 25 25 AP 32 34 36 38 40 CKD cao su CKH-10KTP 9 9 Kết thử nghiệm đo ΔPmax Itc cho bảng Bảng Kết đo ΔPmax Itc mẫu TBE Tên mẫu TBE-V1 TBE-V2 TBE-V3 TBE-V4 TBE-V5 Itc, psi.ms Pmax, psi Khoảng cách Khoảng cách Khoảng cách 3m Khoảng cách 5m 3m 5m 9,69 3,73 6,03 3,39 8,35 3,64 5,43 3,41 7,42 3,76 5,02 3,33 8,09 3,54 5,09 3,31 8,36 3,32 5,26 3,04 Căn vào tiêu Pmax Itc TBE (ΔPmax(3m)  8,87 psi, ΔPmax(5m)  3,89 psi Itc(3m)  6,32 psi.ms, Itc(5m)  3,74 psi.ms), mẫu TBE-V1 đạt yêu cầu Theo [6], vào giá trị độ nhớt động lực () xác định trạng thái hỗn hợp sử dụng phương pháp công nghệ khác Giá trị cụ thể cho sau: - Khi  từ 102  103 (đến 6.103) pa.s: Phù hợp phương pháp đúc rót tự do; - Khi  từ 103  105 pa.s: Phù hợp phương pháp đúc rót có áp suất; - Khi  từ 106  1011 pa.s Phù hợp phương pháp nén ép Đo độ nhớt động lực mẫu TBE-V1 sau trộn Thực thiết bị HADV-E (Brookfield) sử dụng Spindle số 07, tốc độ quay: vòng/phút Kết thu độ nhớt hỗn hợp 7,3.105 pa.s Từ cho thấy, dạng thuốc nổ sử dụng phương pháp nén ép Mục tiêu cuối việc nghiên cứu TBE đặt phải nhồi vào đạn nhiệt áp ĐNA-7V Căn vào hình dạng loại đạn này, có hai đầu nhỏ 64 T Q Phát, …, H N Minh, “Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính … cho đạn ĐNA-7V.” Nghiên cứu khoa học công nghệ thân đạn nên phương pháp nhồi TBE tối ưu vào đạn phương pháp đúc rót Như vậy, CKD cao su CKH-10KTP không phù hợp để sử dụng cho đạn ĐNA-7V Đối với cao su PAC, nghiên cứu đối hai mẫu TBE-V6 TBE-V7, thành phần hai mẫu thuốc cho bảng Bảng T lệ thành phần mẫu TBE TT Thành phần Hàm lượng (%) TBE-V6 TBE-V7 Thuốc nổ RDX 23 25 Bột Al 29 27 AP 32 33 Chất kết dính cao su PAC 16 15 Kết đo độ nhớt động lực mẫu TBE-V6 TBE-V7 45826 Pa.s 53482 Pa.s tương ứng Như vậy, TBE cao su PAC phù hợp sử dụng cho đạn ĐNA-7V đáp ứng u cầu cơng nghệ cho phương pháp đúc có áp suất Hơn nữa, cao su cịn đáp ứng tính tương thích hóa học theo phương án VST Do đó, cao su PAC lựa chọn làm thành phần chất kết dính cho TBE cho nghiên cứu 3.2 Đánh giá tương thích PAC hỗn hợp theo phương pháp DSC Hình Giản đồ DSC chất kết dính cao su PAC Hình Giản đồ DSC hỗn hợp Al, AP, RDX cao su PAC Để bảo đảm an toàn, nghiên cứu thực khoảng nhiệt độ không vượt 300 oC Mẫu chọn để nghiên cứu mẫu TBE-V8 với tỷ lệ cao su PAC:hỗn hợp (Al, RDX, AP) 1:1 Trên hình giản đồ DSC tương ứng chất kết dính mẫu TBE-V8 Theo [7], [8], để so sánh tính tương thích thành phần hỗn hợp, chọn thành phần có nhiệt độ đỉnh phân hủy DSC thấp số hai thành phần chọn để so sánh Từ hình nhận thấy, hệ chất kết dính PAC có đỉnh nhiệt độ phân hủy 192,9 oC, đó, chất AP, Al, RDX có đỉnh phân hủy lớn nhiệt độ Do đó, thành phần hệ chất kết dính PAC Từ giản đồ DSC hỗn hợp hình nhận thấy đỉnh nhiệt độ phân hủy hỗn hợp 196,4 oC Do đó, giá trị ΔPp tính bằng: 196,4-192,9=3,5 oC Theo tiêu chuẩn STANAG 4147 [5], ΔPp nhỏ oC chất đánh giá coi tương thích Như vậy, chất kết dính PAC hệ thành phần Al, AP, RDX tương thích với với 3.3 Nghiên cứu khả khâu mạch chất kết dính cao su PAC Phổ hồng ngoại (IR) mẫu cao su PAC cao su PAC đóng rắn TDI cho hình hình tương ứng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 65 Hóa học Kỹ thuật mơi trường Hình Phổ IR PAC Hình Phổ IR PAC đóng rắn Nhìn vào phổ hồng ngoại phổ hình nhận thấy xuất số sóng tương ứng với nhóm chức sau: - Số sóng 3448,03 cm-1: Nhóm hidroxyl OH- Số sóng 2951,80 cm-1: Liên kết C-H hydrocacbon no - Số sóng 1728,95 cm-1: Nhóm cacbonyl - Dải số sóng 1100÷1200 cm-1: Các dao động liên kết C-O Nhìn vào hình nhận thấy: - Số sóng 3448,03 cm-1 đi, đường nhóm hidroxyl OH- tham gia đóng rắn nhóm chức –NCO phân tử TDI theo phản ứng: R-NCO + R1-OH  R-NH-CO-O- R1 - Số sóng 2951,80 cm-1: Liên kết C-H hydrocacbon no - Số sóng 2274,69 cm-1: Nhóm izocianat - Số sóng 1728,72 cm-1: Nhóm cacbonyl yếu nhóm izocianat dùng dư - Số sóng 1632,14 cm-1: Nhóm CH2 nhân benzen - Dải số sóng 1100÷1200 cm-1: Các dao động liên kết C-O Nhận xét: Cao su PAC sau đóng rắn chất đóng rắn TDI có phản ứng nhóm izocianat nhóm OH- cao su PAC tạo polyme mạng lưới có khả kết dính thành phần rắn 3.4 Nghiên cứu khả hóa dẻo cao su PAC hỗn hợp chất hóa dẻo Thành phần CKD để nghiên cứu khả hóa dẻo sau: - Cao su PAC: 25 %; - DEGDN: 52,5 %; - TEGDN: 22,5 % Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ thủy tinh hóa cao su PAC sau hóa dẻo phương pháp DSC: - Hình giản đồ DSC cao su PAC chưa hóa dẻo - Hình nhiệt độ thủy tinh hóa cao su sau hóa dẻo Nhìn vào đồ thị hình nhận thấy nhiệt độ thủy tinh hóa cao su PAC trước hóa dẻo 69,4oC, sau hóa dẻo 4,555 oC; nhiệt độ thủy tinh hóa PAC giảm rõ rệt tiến hành hóa dẻo hỗn hợp DEGDN TEGDN (hỗn hợp HD-70) Như vậy, hỗn hợp hóa dẻo có khả hóa dẻo tốt cao su PAC 66 T Q Phát, …, H N Minh, “Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính … cho đạn ĐNA-7V.” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Giản đồ DSC PAC Hình Nhiệt độ thủy tinh PAC sau hóa dẻo KẾT LUẬN Qua nghiên cứu tính tương thích đặc tính cơng nghệ cao su hỗn hợp nhận thấy cao su PAC cho đặc tính cơng nghệ tốt, tương thích với thành phần hỗn hợp Hỗn hợp chất hóa dẻo HD-70 có khả hóa dẻo tốt cao su PAC Do đó, cao su PAC phù hợp để sử dụng để chế tạo TBE TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Danica Simić, Radoslav Sirovatka, Uroš Anđelić, Milorad Popović, "Influence of cast composite thermobaric explosive composition on air shock wave parametres," ), Scientific technical review (2013), Vol.63, No.2, pp 63-69 [2] Uroš ANDJELIĆ, Dragan KNEŽEVIĆ, Katarina SAVIĆ, Vladimir DRAGANIĆ, Radoslav SIROVATKA, Ljubiša TOMIĆ Danica SIMIĆ, "Thermobaric effects of cast composite explosives of different charge masses and dimentions", Central European Journal of Energetic material (2016), pp 161-182 [3] Tran Quang Phat, Ngo Van Giao, Ninh Duc Ha, and Nguyen Khac Phuong Hoa, “Several initial results of research into thermobaric explosives in Vietnam,” The 5th academic conference on natural science for young scientict, master & Ph.D students from Asian countries, Da Lat city, Vietnam 4-7 October 2017, ISBN: 978-604-913088-5 pp 219-225 [4] Tran Quang Phat, Ngo Van Giao, Ninh Duc Ha, Truong Dinh Dao, Vu Tai Tu, “Study on selecting method of evaluating the power of thermobaric explosives”, Journal of military science and technology, 62-2019, pp 126-133 [5] Standardization Argeement STANAG 4147, (2001), "Chemical compability of ammunition componients with explosives (non-nuclear applications)", NATO [6] Фиошина, Русин, (2001), "Основы химии и технологии порохов и твердых ракетных топлив", Москва [7] Xi Li, Bo-liang Wang, Qiu-Han Lin, and Li-Ping Chen, (2016), "Compatibility study of DNTF with some insensitive energetic materials and inert materials", Journal of Energetic Materials, Vol 34(4), pp 409-415 [8] Lin-Quan Liao, et al, (2011), "Compatibility of PNIMMO with some energetic materials", Journal of thermal analysis and calorimetry, Vol 109(3), pp 1571-1576 Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, - 2020 67 Hóa học Kỹ thuật mơi trường ABSTRACT RESEARCH ON DESIGN, MANUFACTURING EQUIPMENT FOR CASTING THERMOBARIC EXPLOSIVE OF WARHEAD ĐNA-7V Thermobaric explosive (TBE) of warhead DNA-7V has ingredients: high explosive, fuel, oxidizer, and binder Binder not only guarantees chemical compatibility with other ingredients but satisfies technical requirement of TBE which is having a suitable dynamic viscosity with casting under pressure This paper presents results of selection of binder based on polyacrylate for TBE of warhead DNA-7V Keywords: Warhead DNA-7V; Explosive composition; Thermobaric explosive Nhận ngày 17 tháng năm 2020 Hoàn thiện ngày 20 tháng năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 24 tháng năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục CNQP; Cục Khoa học quân sự; Viện Hóa học-Vật liệu * Email: quangphat17@gmail.com 68 T Q Phát, …, H N Minh, “Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính … cho đạn ĐNA-7V.” ... …, H N Minh, ? ?Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính … cho đạn ĐNA-7V. ” Nghiên cứu khoa học cơng nghệ Hình Giản đồ DSC PAC Hình Nhiệt độ thủy tinh PAC sau hóa dẻo KẾT LUẬN Qua nghiên cứu tính tương... dụng cho đạn ĐNA-7V Đối với cao su PAC, nghiên cứu đối hai mẫu TBE-V6 TBE-V7, thành phần hai mẫu thuốc cho bảng Bảng T lệ thành phần mẫu TBE TT Thành phần Hàm lượng (%) TBE-V6 TBE-V7 Thuốc nổ RDX... nghệ cho phương pháp đúc có áp suất Hơn nữa, cao su ? ?áp ứng tính tương thích hóa học theo phương án VST Do đó, cao su PAC lựa chọn làm thành phần chất kết dính cho TBE cho nghiên cứu 3.2 Đánh giá