Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ NGUYỄN TRUNG TỒN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THUỐC NỔ NHIỆT DẺO PBX TRÊN CƠ SỞ HEXOGEN VÀ PENTRIT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 52 03 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Đức Nhân TS Võ Hoàng Phương Phản biện 1: PGS.TS Trần Văn Chung Viện Khoa học Công nghệ quân Phản biện 2: PGS.TS Đàm Quang Sang Học viện Kỹ thuật Quân Phản biện 3: TS Đào Thanh Việt Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học Công nghê Quân Vào hồi , ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân - Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Hiện nay, lĩnh vực quân sự, nhu cầu phát triển loại thuốc nổ mạnh, có đặc trưng lượng cao, an tồn bảo quản sử dụng, cơng nghệ chế tạo đơn giản trở nên cấp thiết nhiều chuyên gia quân quan tâm Trong đó, thuốc nổ phá mạnh phổ biến hexogen (RDX), pentrit (PETN),… dù có đặc trưng lượng cao lại có nhược điểm độ nhạy cao với xung học khả công nghệ Vì vậy, RDX PETN nói riêng sử dụng dạng đơn chất, mà thường sử dụng dạng thuốc nổ phá hỗn hợp Bên cạnh loại thuốc nổ phá hỗn hợp truyền thống thuốc nổ hóa, hỗn hợp thuốc nổ đơn sở thuốc nổ phá mạnh, loại thuốc nổ dạng PBX (polymer-bonded explosive) nhiều nước giới trang bị cho quân Trong đó, thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có nhiều ưu điểm bật: có độ nhạy thấp với xung học; dễ định hình khả nhồi nạp tốt; liều thuốc tạo thành có độ đồng cao mật độ Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX phục vụ nhiệm vụ quân đội ta lớn, chế tạo vũ khí phá rào vật cản dùng cho binh, xe tăng; chế tạo liều nổ lực lượng Đặc cơng, Cơng binh Trong đó, việc nhập ngoại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX cịn gặp nhiều khó khăn Việc nghiên cứu cách hệ thống thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở RDX PETN góp phần khắc phục vấn đề trên, đồng thời làm rõ sở khoa học phục vụ cho công tác sản xuất sau Do đó, đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng số yếu tố đến đặc trưng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở hexogen pentrit” mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao Mục tiêu nghiên cứu luận án - Lựa chọn hệ chất kết dính phù hợp với loại thuốc nổ nền, đánh giá khả kết dính thuốc nổ với hệ chất kết dính; - Xác định quy luật ảnh hưởng hàm lượng thành phần cấu tử đến đặc trưng thuốc nổ PBX, để xuất thành phần thích hợp để chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX với hệ thuốc nổ/polyme khác - Xác định số đặc trưng trình phân hủy nhiệt thuốc nổ nhiệt dẻo PBX, từ dự đoán thời hạn sử dụng thuốc nổ Phạm vi nghiên cứu luận án Nghiên cứu chế tạo đánh giá ảnh hưởng yếu tố hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính, khả kết dính đến đặc trưng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở thuốc nổ hexogen pentrit với hệ chất kết dính sở polystiren (PS) nitroxenlulo (NC) quy mơ phịng thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; phương pháp đánh giá tính tương thích thuốc nổ polyme; phương pháp đánh giá khả kết dính thuốc nổ hệ chất kết dính; phương pháp xác định đặc trưng lượng-kỹ thuật thuốc nổ nhiệt dẻo PBX (như nhiệt độ bùng cháy, độ an định hóa học, độ nhạy va đập, khả nén, độ dẻo, tốc độ nổ, độ nén trụ chì khả sinh công); phương pháp xác định thông số động học trình phân hủy nhiệt thuốc nổ; phương pháp tính tốn thời hạn sử dụng thuốc nổ Cấu trúc luận án Luận án gồm phần mở đầu, chương, kết luận, danh mục cơng trình cơng bố, tài liệu tham khảo Trong đó, chương có nội dung sau: Chương Tổng quan thuốc nổ PBX: trình bày tổng quan thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu nước; luận giải vấn đề nghiên cứu cần giải luận án Chương Đối tượng phương pháp nghiên cứu: trình bày đối tượng nghiên cứu; hóa chất, thiết bị phương pháp nghiên cứu Chương Kết nghiên cứu thảo luận: trình bày, đánh giá thảo luận kết nghiên cứu đạt NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX Trình bày tổng quan thuốc nổ nhiệt dẻo PBX: xuất ưu điểm thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; đặc trưng lượng-kỹ thuật; phương pháp chế tạo tình hình nghiên cứu ngồi nước Trên sở đó, luận án luận giải việc lựa chọn thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ cơng trình cơng bố, sở vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu phát triển, tác giả luận án tập trung giải vấn đề chủ yếu sau: - Nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX, bao gồm việc đánh giá tính tương thích thuốc nổ với polyme khả kết dính thuốc nổ với hệ chất kết dính - Nghiên cứu quy luật ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ nền, thành phần hệ chất kết dính đến đặc trưng kỹ thuật-năng lượng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ đó, đề xuất thành phần thích hợp cho hệ thuốc nổ - Nghiên cứu đặc điểm phân hủy nhiệt loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở hexogen pentrit chế tạo, xác định thông số động học phân hủy nhiệt, từ dự dốn thời hạn sử dụng chúng Chương ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nội dung nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có thành phần thuốc nổ RDX, PETN hệ chất kết dính sở polystyren (PS), nitroxenlulo (NC) Nội dung nghiên cứu: chế tạo loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX đánh giá ảnh hưởng số yếu tố đến đặc trưng thuốc nổ Bên cạnh đó, luận án nghiên cứu trình phân hủy nhiệt thuốc nổ chế tạo, làm sở để dự đoán thời hạn sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX 2.2 Nguyên liệu, hóa chất thiết bị nghiên cứu 2.2.1 Nguyên liệu, hóa chất chính: Thuốc nổ RDX mác A Hàn Quốc thuốc nổ RDX cấp sản xuất nhà máy Z (nhiệt độ nóng chảy ≥ 203,5 ºC, độ nhạy va đập 72÷80%); Thuốc nổ PETN cấp Ấn Độ (nhiệt độ nóng chảy 140,5 ºC, độ nhạy va đập 100%); PS điều chế cách polyme hóa nhiệt stiren khối có khối lượng phân tử trung bình 80.000 đ.v.C, nhiệt độ thủy tinh hóa 93,5 ºC; Các loại NC gồm NC-1 (13,39% Nitơ), NC-NB (12,20% Nitơ) NC3 (11,96% Nitơ) đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng; chất hóa dẻo DOP DBP hóa chất tinh khiết mác P (Trung Quốc) 2.2.2 Thiết bị, máy móc chính: Thiết bị chế tạo thuốc nổ PBX phương pháp khối; thiết bị xác định góc tiếp xúc tĩnh sức căng bề mặt CAM- 200; kính hiển vi quang học Nikon YS-100; thiết bị xác định độ dẻo; thiết bị xác định khả nén; thiết bị xác định nhiệt độ bùng cháy DT-400; thiết bị xác định độ an định hóa học theo phương pháp ổn định nhiệt chân khôngVacuum Stability tester (VST); thiết bị xác định độ nhạy va đập CAST; thiết bị phân tích nhiệt vi sai DSC, TGA; thiết bị xác định đặc trưng lượng thiết bị xác định tốc độ nổ FO-2000, thiết bị xác định độ nén trụ chì, thiết bị xác định khả sinh cơng lắc xạ thuật 2.3 Phương pháp nghiên cứu, thực nghiệm: 2.3.1 Phương pháp đánh giá tính tương thích thuốc nổ polyme Tính tương thích thuốc nổ polyme đánh giá phương pháp phân tích nhiệt VST DSC dựa theo STANAG 4147: - Phương pháp VST: Thể tích khí sinh hỗn hợp thuốc nổ polyme gia nhiệt điều kiện chân không (100ºC/40 giờ) so sánh với thể tích khí sinh thử nghiệm thuốc nổ polyme điều kiện Tính tương thích đánh giá chênh lệch thể tích khí sinh (VR) có tương tác thuốc nổ polyme: 𝑉𝑅 = 𝑀 − (𝐸 + 𝑆), 𝑚𝑙 (2.1) với M thể tích khí sinh hỗn hợp 2,5g thuốc nổ 2,5g polyme; E S thể tích khí sinh ratương ứng 2,5g thuốc nổ 2,5g polyme Theo tiêu chuẩn STANAG 4147, VR ≤ ml hai vật liệu đánh giá tương thích, VR > ml - khơng tương thích - Phương pháp DSC: Đánh giá độ giảm nhiệt độ phân hủy mẫu giản đồ DTA/DSC với tốc độ gia nhiệt ºC/phút, theo công thức: TP = TPS − TPM , ºC (2.2) với TPS TPM nhiệt độ đỉnh phân hủy thuốc hỗn hợp thuốc nổ - polyme Nếu ΔTP ≤ 4ºC hệ tương thích; ΔTP > 20 ºC - khơng tương thích; ΔTP từ 4÷20 ºC, phải sử dụng thêm phương pháp khác 2.3.2 Phương pháp xác định số tính chất bề mặt vật liệu Sức căng bề mặt (SCBM) bề mặt thuốc nổ hệ chất kết dính tính tốn sở đo góc tiếp xúc tĩnh dung mơi tiêu chuẩn lên bề mặt vật liệu Sau tính SCBM thuốc nổ hệ chất kết dính, SCBM phân cách pha cơng kết dính nhiệt động hệ hai vật liệu thuốc nổ-chất kết dính tính tốn Khả kết dính thuốc nổ chất kết dính cao SCBM phân cách pha nhỏ cơng kết dính nhiệt động lớn 2.3.3 Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX - Chuẩn bị nguyên liệu đầu - Chuẩn bị dung dịch chất kết dính/chất hóa dẻo: Chất kết dính, chất hóa dẻo phụ gia khác (nếu có) định lượng, trộn hịa tan dung mơi (hệ DOP/PS sử dụng benzen toluen, hệ DOP/NC sử dụng etylaxetat) Q trình hịa tan polyme dung mơi thực bình trộn có máy khuấy - Thuốc nổ đưa dần vào dung dịch chất kết dính/hóa dẻo kể Q trình phối trộn thực máy khuấy, vừa trộn vừa gia nhiệt (khoảng 65 ÷ 70 °C) để trộn đuổi bớt dung mơi Sau đó, chuyển hỗn hợp sang thiết bị sấy cách thủy, tiếp tục khuấy trộn cánh đảo để đảm bảo hỗn hợp trộn - Sấy hỗn hợp 90 ÷ 95 ºC khoảng (hoặc 65 ÷ 70 °C tủ sấy chân không), thu sản phẩm, nén ép tạo mẫu 2.3.4 Các phương pháp đánh giá đặc trưng kỹ thuật-năng lượng - Độ dẻo: theo tiêu chuẩn MIL-STD-650-211 với bước sau: + Sử dụng khuôn để tạo khối thuốc nổ PBX hình trụ có đường kính 50,80 mm, chiều cao 19,05 mm khối lượng 50 g, xác định xác chiều cao ban đầu khối thuốc (H0, mm); Đặt khối thuốc mặt phẳng ngang, sử dụng thép phẳng có khối lượng kg đặt lên bề mặt phía khối thuốc cho khối thuốc lún (hình 2.1); Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ dẻo thuốc nổ PBX + Sau 20 phút, nhấc thép phía xác định chiều cao khối thuốc (H1, mm) Độ dẻo thuốc nổ xác định theo công thức: Độ dẻo = lg H − lg H1 1,3 (2.13) - Khả nén: đánh giá mật độ khối thuốc nổ PBX áp suất khác Thiết bị nén máy nén thủy lực có đồng hồ đo áp, khn nén hình trụ có đường kính 24,5 mm; khối lượng thuốc nổ 15,0 g - Nhiệt độ bùng cháy: Xác định thiết bị DT-400 (Đức): cài đặt giá trị SP1, SP2; tốc độ gia nhiệt oC/phút; khối lượng mẫu 0,15 g; - Độ nhạy va đập: Xác định búa CAST theo TCVN/QS 1837:2017, khối lượng búa 10 kg; chiều cao rơi 250 mm; khối lượng mẫu thử 0,05 g - Độ an định hóa học: Xác định thiết bị Vacuum Stability tester (VST) theo STANAG 4556-2A Thuốc nổ PBX gia nhiệt ống nghiệm nhiệt độ 100 ºC 120 ºC, thời gian từ 40 48 áp suất chân khơng Độ an định hóa học thuốc nổ biểu diễn giá trị thể tích khí sinh đơn vị khối lượng (ml/g) đktc - Độ nén trụ chì: Xác định sức phá trụ chì theo tiêu chuẩn TCVN 6421:1998, khối lượng liều nổ 25 g 50 g, mật độ liều nổ 1,0 g/cm3 - Tốc độ nổ: Xác định tốc độ nổ thiết bị FO-2000, liều nổ chuẩn bị theo TCVN 6421:1998 đường kính liều nổ 24 mm, chiều dài liều nổ 320 mm, khoảng cách hai đầu đo 250 mm - Khả sinh công: Xác định lắc thuật phóng theo TCVN/QS 6424:1998 Khối lượng thuốc nổ 10 g; mật độ 1,0 g/cm3 2.3.5 Phương pháp xác định số thơng số động học q trình phân hủy nhiệt thuốc nổ PBX Sử dụng thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng TGA Các mẫu thuốc nổ có khối lượng khoảng (5 ÷ 7) mg tiến hành gia nhiệt tốc độ gia nhiệt khác (4; 6; 10 ºC/phút) môi trường khí nitơ Căn vào kết thu từ giản đồ TG/DTG, áp dụng mơ hình Kissinger Ozawa để tính tốn lượng hoạt hóa Ea thừa số trước hàm mũ A phương trình động học phản ứng phân hủy nhiệt 2.3.6 Phương pháp dự đoán thời hạn sử dụng thuốc nổ PBX Thời hạn sử dụng loại thuốc nổ định nghĩa khoảng thời gian (thường 25 ºC) mà đặc trưng cháy nổ tính an tồn thuốc nổ nằm khoảng giá trị chấp nhận Thời hạn sử dụng thuốc nổ xác định khoảng thời gian để 5% (t5%) lượng thuốc nổ ban đầu bị phân hủy nhiệt Thời hạn sử dụng thuốc nổ (tính theo ngày) t5% tính từ giá trị k298 (số mol khí giải phóng 1,0 mmol thuốc nổ ngày thử nghiệm 298 K thiết bị VST) theo phương trình: t5% = 0, 0513 k298 (2.26) Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc nổ PBX 3.1.1 Đánh giá tính tương thích hóa học thuốc nổ polyme 3.1.1.1 Theo phương pháp VST: Thể tích khí phát sinh thêm có tương tác thuốc nổ polyme hỗn hợp (VR) tính tốn theo cơng thức (2.1) trình bày bảng 3.1 Bảng 3.1 Giá trị VR xác định theo phương pháp VST VR, ml Polyme Pentrit Hexogen PS 0,05 0,03 NC-3 0,20 0,13 NC-NB 0,42 0,27 NC-1 1,00 0,90 Tất giá trị VR nhỏ nhiều so với giá trị tiêu chuẩn tối thiểu theo STANAG 4147 (5ml), chứng tỏ thuốc nổ RDX PETN với polyme tương thích tốt với nhau, định hướng sử dụng để chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX nghiên cứu 3.1.1.2 Theo phương pháp DSC: Các giá trị ΔTp hỗn hợp thuốc nổ nền/polyme so với “thuốc nền” trình bày bảng 3.2 3.3 Bảng 3.2 Kết DSC xác định tính tương thích RDX polyme Hệ thuốc nổ -polyme Nhiệt độ đỉnh pic theo DSC, °C ∆TP TPS TPM Thuốc Hỗn hợp RDX RDX/PS 231,2 230,7 0,5 NC-1 RDX/NC-1 202,6 203,9 -1,3 NC-NB RDX/NC-NB 203,5 204,3 -0,8 NC-3 RDX/NC-3 203,7 204,9 -1,2 “Thuốc nền” cấu tử có nhiệt độ đỉnh phân hủy DSC thấp số hai thành phần hỗn hợp Bên cạnh đó, dải nhiệt độ khảo sát, giản đồ DSC PS không xuất đỉnh tỏa nhiệt Bảng 3.3 Kết DSC xác định tính tương thích PETN polyme Hệ thuốc nổ -polyme Nhiệt độ đỉnh pic theo DSC, °C ∆TP TPS TPM Thuốc Hỗn hợp PETN PETN/PS 194,5 193,9 0,6 PETN PETN/NC-1 194,5 194,3 0,2 PETN PETN/NC-NB 194,5 194,8 -0,3 PETN PETN/NC-3 194,5 195,0 -0,5 Khi ∆TP có giá trị âm hỗn hợp đánh giá tương thích cao Khi ∆TP có giá trị dương, nghĩa có mặt chất thêm vào gây ảnh hưởng không tốt đến độ bền nhiệt “thuốc nền”, tính tương thích đánh giá theo STANAG 4147 Căn vào kết bảng 3.2 3.3, thuốc nổ RDX PETN tương thích với polyme khảo sát 3.1.2 Đánh giá tính chất bề mặt phân cách pha thuốc nổ-chất kết dính Trên sở kết đo góc tiếp xúc tĩnh dung môi chuẩn (nước, glyxerin, etylen glycol, cloroform), sức căng bề mặt (γS) thuốc nổ RDX, PETN hệ chất kết dính tính toán (bảng 3.6) Bảng 3.6 SCBM thuốc nổ RDX, PETN chất kết dính Vật liệu RDX PETN DOP/PS (2/1) DOP/PS (1.5/1) DOP/NC (3/1) DOP/NC (2/1) αS 5,90 4,92 5,11 5,22 5,06 5,07 βS 1,99 2,77 1,94 2,08 1,44 1,83 γD 34,81 24,20 26,11 27,25 25,60 25,70 γP 3,96 7,67 3,76 4,32 2,07 3,35  S = D + P 38,77 31,88 29,88 31,57 27,67 29,05 Khi đó, SCBM phân cách pha tinh thể thuốc nổ chất kết dính, cơng bám dính nhiệt động hệ số dàn trải chất kết dính lên bề mặt thuốc nổ tính tốn trình bày bảng 3.7 Bảng 3.7 Các thông số bề mặt thuốc nổ hệ chất kết dính Sức căng bề mặt phân Cơng kết dính nhiệt Hệ số dàn 2 cách pha, mJ/m động, mJ/m trải S21 Chất kết dính RDX PETN RDX PETN RDX PETN DOP/PS (2/1) 0,63 0,73 68,02 61,03 8,27 1,27 DOP/PS (1.5/1) 0,47 0,57 69,87 62,89 6,72 -0,26 DOP/NC (3/1) 1,00 1,79 65,44 57,77 10,08 2,41 DOP/NC (2/1) 0,71 0,90 67,10 60,03 9,00 1,92 Khả kết dính thuốc nổ hệ chất kết dính tốt SCBM phân cách pha hai vật liệu thấp cơng bám dính nhiệt động chất kết dính lên bề mặt thuốc nổ lớn Như vậy, dự đốn thuốc nổ RDX có khả liên kết với hệ chất kết dính tốt so với thuốc nổ, đồng thời hệ chất kết dính sở DOP/PS có khả kết dính với thuốc nổ tốt hệ chất kết dính sở DOP/NC Đây sở quan trọng giúp định hướng việc lựa chọn thành phần, hàm lượng cấu tử chế tạo thuốc nổ PBX 12 1.65 1.65 1.60 1.60 1.55 1.55 1.50 1.45 DOP/NC - 2/1 1.40 PBX-HN-8001 (NC-1) PBX-HN-8001 (NC-NB) PBX-HN-8501 (NC-1) PBX-HN-8501 (NC-NB) PBX-HN-9001 (NC-1) PBX-HN-9001 (NC-NB) 1.35 1.30 Mật độ liều nổ, g/cm3 Mật độ liều nổ, g/cm3 Theo tiêu chuẩn thuốc nổ dẻo dùng để chế tạo liều nổ Mỹ liều nổ M5A1 (độ dẻo ≤0,03), mác thuốc nổ PBX-HN nghiên cứu sử dụng để chế tạo liều nổ tương tự Tuy nhiên, cần phải khảo sát thêm khả nén loại thuốc nổ (hình 3.8) 1.50 1.45 DOP/NC - 3/1 1.40 PBX-HN-8002 (NC-1) PBX-HN-8002 (NC-NB) PBX-HN-8502 (NC-1) PBX-HN-8502 (NC-NB) PBX-HN-9002 (NC-1) PBX-HN-9002 (NC-NB) 1.35 1.30 1.25 1.25 50 100 150 200 250 Áp suất nén, kG/cm2 300 350 50 100 150 200 250 Áp suất nén, kG/cm2 300 350 Hình 3.8 Mối quan hệ áp suất nén với mật độ liều nổ PBX-HN Khi áp suất nén tăng từ 20÷200 kG/cm2, mật độ tăng nhanh, vùng dồn chặt nén thể tích khối thuốc; áp suất nén tăng từ 200÷320 kG/cm2, mật độ khối thuốc có tăng khơng đáng kể Trong khoảng áp suất nén khảo sát, thuốc nổ PBX-HN sử dụng hệ DOP/NC với tỷ lệ 3/1 đạt mật độ cao khoảng áp suất nén ban đầu (từ 50÷100 kG/cm2), áp suất nén cao mật độ thấp so với thuốc nổ PBX-HN sử dụng hệ DOP/NC với tỷ lệ 2/1 3.2.3 Ảnh hưởng hàm lượng, thành phần cấu tử đến nhiệt độ bùng cháy độ an định hóa học thuốc nổ PBX-H 217.5 214 217.0 212 216.5 210 Nhiệt độ bùng cháy, oC Nhiệt độ bùng cháy, oC 3.2.3.1 Nhiệt độ bùng cháy Tbc (hình 3.10 3.11) 216.0 215.5 215.0 214.5 PBX-HP-80 PBX-HP-85 PBX-HP-90 214.0 213.5 208 206 204 DOP/NC-1 = 2/1 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-1 = 3/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 3/1 202 200 198 213.0 1.0 1.5 Tỷ lệ DOP/PS 3.10 2.0 80 85 Hàm lượng RDX, % 90 3.11 Hình 3.10-3.11 Ảnh hưởng hàm lượng RDX thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy thuốc nổ 3.10) PBX-HP 3.11) PBX-HN 13 a Thuốc nổ PBX-HP: có Tbc thấp so với RDX nguyên chất (217,3 °C) (1) tương tác cấu tử thuốc nổ làm giảm độ bền hệ (2) điều kiện phân hủy thuốc nổ RDX nguyên chất thuốc nổ PBX-HP khác Sự phân hủy hạt thuốc nổ RDX thuốc nổ PBX-HP xảy điều kiện đẳng tích lớp màng chất kết dính bao bọc, sản phẩm khí (NOx) sinh làm tăng áp suất cục bên làm tăng tốc trình phân hủy thuốc nổ Khi tăng hàm lượng RDX Tbc thuốc nổ PBX-HP giảm RDX cấu tử có độ bền nhiệt thấp b Thuốc nổ PBX-HN: có Tbc thấp so với RDX nguyên chất nhiều Ngoài tương tác cấu tử thành phần thuốc khác điều kiện phân hủy nhiệt thuốc nổ PBX-HN so với RDX nguyên chất, nguyên nhân quan trọng phải kể đến có mặt loại NC (độ bền nhiệt nhất) Cũng nguyên nhân mà tăng hàm lượng RDX (giảm hàm lượng NC) Tbc thuốc nổ PBX-HN có xu hướng tăng lên Tbc thuốc nổ PBX-HN tăng lên theo thứ tự sử dụng NC-1, NC-NB NC-3 làm chất kết dính (thuốc nổ PBX-HN sử dụng NC-1 làm chất kết dính có Tbc thấp đáng kể), hàm lượng nitơ NC-1 (13,39%) cao nhiều so với NC-NB NC-3 (12,20% 11,96%), nên độ bền nhiệt NC1 thấp so với NC-NB NC-3 3.2.3.2 Độ an định hóa học (hình 3.12 3.13) 0.16 0.34 0.32 Độ an định hóa học, ml/g Độ an định hóa học, ml/g 0.15 0.14 0.13 0.12 DOP/PS = 2/1 DOP/PS = 1,5/1 DOP/PS = 1/1 0.11 0.30 0.28 0.26 0.24 DOP/NC-1 = 2/1 DOP/NC-1 = 3/1 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-3 = 3/1 0.22 0.20 0.18 0.16 0.10 80 85 Hàm lượng RDX, % 3.12 90 80 85 Hàm lượng RDX, % 90 3.13 Hình 3.12-3.13 Ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ an định hóa học thuốc nổ 3.12) PBX-HP 3.13) PBX-HN a Thuốc nổ PBX-HP: Các thuốc nổ PBX-HP (80% 85% RDX) có độ an định hóa học cao so với RDX nguyên chất (0,15 ml/g), thuốc nổ PBX-HP (90% RDX) có độ an định hóa học tương đương, 14 yếu tố có tác động ngược chiều nhau: Thứ nhất, tương tác lý-hóa hệ chất kết dính thuốc nổ làm cho độ bền hệ giảm xuống; thứ hai, RDX cấu tử có độ bền hóa học nhất, định đến độ an định hóa học chung toàn hệ Với ảnh hưởng tổng hợp kể trên, độ an định hóa học thuốc nổ có xu hướng giảm tăng hàm lượng RDX Tuy nhiên, theo STANAG 4556, thuốc nổ PBX-HP có độ an định hóa học cao b Thuốc nổ PBX-HN: Có độ an định hóa học thấp so với thuốc nổ RDX nguyên chất có mặt NC Khi tăng hàm lượng RDX độ an định hóa học có xu hướng tăng lên Mặt khác, thuốc nổ PBX-HN sử dụng hệ chất kết có tỷ lệ DOP/NC cao có độ an định hóa học cao Do hàm lượng nitơ NC-1 cao nhiều so với NC-NB NC3 nên thuốc nổ PBX-HN sử dụng NC-1 làm chất kết dính có độ an định hóa học nhiều, nên NC-1 khơng lựa chọn để chế tạo thuốc nổ PBX-HN nghiên cứu 3.2.4 Ảnh hưởng số yếu tố đến độ nhạy va đập (bảng 3.16, 3.17) TT Bảng 3.16 Độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-HP Hàm lượng RDX, Độ nhạy va Mẫu thuốc nổ Tỷ lệ DOP/PS % đập, % PBX-HP-8001 80 2/1 PBX-HP-8501 85 2/1 18 PBX-HP-8503 85 1/1 36 PBX-HP-9001 90 2/1 28 PBX-HP-9002 90 1,5/1 48 A-IX-1 94 25-35 RDX 72 Thuốc nổ C-4 (Mỹ): 91% RDX, 9% chất kết dính 40 Thuốc nổ C-4 VN 28 Bảng 3.17 Độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-HN Mẫu thuốc nổ Hàm lượng RDX, % Tỷ lệ DOP/NC PBX-HN-8001 PBX-HN-8501 PBX-HN-9001 PBX-HN-9002 RDX 80 85 90 90 100 3/1 3/1 3/1 2/1 - Độ nhạy va đập, % loại NC sử dụng NC-NB NC-3 32 32 36 48 52 72 15 Độ nhạy va đập mẫu thuốc nổ PBX-HP PBX-HN thấp nhiều so với RDX nguyên chất, do: thứ nhất, hạt thuốc nổ RDX bao bọc lớp chất kết dính có tác dụng hấp thụ triệt tiêu phần lớn tác dụng xung va đập; thứ hai, trình chế tạo, góc cạnh nhọn, sắc tinh thể thuốc nổ bị hịa tan phần nhỏ dung mơi bị bào mịn, dẫn đến làm giảm độ nhạy va đập thuốc nổ Khi hàm lượng RDX tăng độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-HP PBX-HN tăng lên Bên cạnh đó, tỷ lệ DOP/PS DOP/NC tăng lên độ nhạy va đập thuốc nổ PBX có xu hướng giảm mạnh độ dẻo thuốc nổ tăng lên, tỷ lệ chất hóa dẻo/polyme có ảnh hưởng đến độ nhạy va đập nhiều so với hàm lượng thuốc nổ RDX Mặt khác, độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-HN cao so với thuốc nổ PBX-HP A-IX-1 có mặt NC (mang lượng) 3.2.5 Ảnh hưởng số yếu tố đến đặc trưng lượng Các thuốc nổ PBX-HP PBX-HN có đặc trưng lượng cao nhiều so với TNT, thuộc nhóm thuốc nổ phá mạnh, tương đương với số mẫu thuốc nổ giới C-4, Comp-A, A-IX-1 Các thuốc nổ PBX-HN có đặc trưng lượng cao so với thuốc nổ PBXHP (với hàm lượng RDX) có mặt NC (là chất cung cấp thêm lượng) thành phần (Bảng 3.18 bảng 3.19) Bảng 3.18 Đặc trưng lượng số thuốc nổ PBX-HP Hàm Độ nén trụ chì, mm Tốc độ nổ, Khả lượng (1,0 g/cm3) Mẫu thuốc m/s, sinh công, RDX, (1,50 g/cm3) % TNT 25g 50g % PBX-HP-8001 7115 122,6 17,0 24,8 80 PBX-HP-8002 7125 PBX-HP-8501 7298 125,7 18,9 26,2 85 PBX-HP-8502 18,9 26,3 PBX-HP-9001 7400 129,2 19,8 Bị phá hủy 90 PBX-HP-9002 19,7 Bị phá hủy TNT 6655 100 15,6 RDX 100 7700 140-150 21,5 Bị phá hủy C-4 (Mỹ) 91 130,0 18,5 Bị phá hủy C-4 (VN) 91 7363 (1,45) 129,4 18,4 Bị phá hủy 16 Bảng 3.19 Một số đặc trưng lượng thuốc nổ PBX-HN Hàm Độ nén trụ chì, mm Tốc độ nổ, Khả lượng (1,0 g/cm3) Mẫu thuốc m/s, sinh công, RDX, (1,50 g/cm ) % TNT 25g 50g % PBX-HN-8001 7280 127,3 25,8 80 PBX-HN-8002 7305 17,2 26,1 PBX-HN-8501 7350 129,7 26,6 85 PBX-HN-8502 7390 27,2 PBX-HN-9001 90 7485 131,5 20,0 Bị phá hủy Comp-A 91 132,0 A-IX-1 94-95 7420 120-139 ≥15,0 - Nhận xét: Với mục đích chế tạo thuốc nổ PBX-HP PBX-HN có độ dẻo phù hợp, khả nén tốt, độ nhạy va đập thấp, độ bền nhiệt độ an định hóa học cao, có đặc trưng lượng cao, mác thuốc PBX-HP9001 (90% RDX, 10% DOP/PS với tỷ lệ 2/1) PBX-HN-9001 (thành phần 90% RDX, 10 % DOP/NC với tỷ lệ 3/1, sử dụng NC-3 NCNB) thành phần thích hợp đảm bảo yêu cầu 3.3 Ảnh hưởng hàm lượng, thành phần cấu tử đến đặc trưng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở pentrit (PBX-P) 3.3.1 Khảo sát lựa chọn hàm lượng kích thước hạt pentrit Qua khảo sát thành phần thuốc nổ PBX sở thuốc nổ PETN giới như: Semtex-1A, Semtex-10 (CH Séc), Formex P1 (Pháp), Sprangdeg m/46 (Thụy Điển) EPX-1 (Ai Cập) hàm lượng PETN nằm khoảng từ 80÷85%, có loại thuốc nổ có hàm lượng PETN lên đến gần 90%; luận án lựa chọn chế tạo thuốc nổ PBX sở PETN PS (PBX-PP) với hàm lượng PETN từ 80÷90% Với thuốc nổ PBX-P sử dụng NC làm chất kết dính (PBX-PN), luận án lựa chọn hàm lượng PETN từ 75÷85% do: Thứ nhất, NC hợp chất mang lượng cao nên đóng góp vào lượng chung toàn hệ; Thứ hai, khả chuyển nổ hoàn toàn PETN tốt so với RDX; Thứ ba, khả kết dính PETN với hệ chất kết dính đánh giá so với RDX Kích thước hạt: lựa chọn tương tự kích thước hạt thuốc nổ RDX 17 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng, thành phần cấu tử đến độ dẻo khả nén thuốc nổ PBX-P 3.3.2.1 Thuốc nổ PBX sở PETN PS (PBX-PP) - Độ dẻo (hình 3.15): Hầu hết thuốc nổ PBX-PP có độ dẻo cao, dễ tạo hình tay Khi tăng hàm lượng PETN độ dẻo thuốc nổ PBXPP có xu hướng giảm mạnh độ linh động toàn hệ bị giảm Ngoại trừ mẫu thuốc nổ PBX-PP-9003 (90% PETN, DOP/PS=1/1) có độ dẻo qúa thấp mẫu thuốc nổ PBX-PP-8001 (80% PETN, DOP/PS=2/1) có độ dẻo cao, hầu hết mẫu thuốc nổ PBX-PP đáp ứng yêu cầu độ dẻo 0.20 DOP/PS = 2/1 DOP/PS = 1,5/1 DOP/PS = 1/1 0.18 Độ dẻo thuốc nổ 0.16 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 80 85 Hàm lượng PETN, % 90 Hình 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ thành phần chất kết dính đến độ dẻo thuốc nổ PBX-PP - Khả nén (hình 3.16): Khi áp suất nén tăng lên từ 20÷150 kG/cm2 mật độ khối thuốc tăng lên nhanh, khoảng áp suất nén này, liều nổ PBX-PP bị nén thể tích lèn chặt liên tục; áp suất nén tăng lên từ 150÷320 kG/cm2 mật độ khối thuốc tăng chậm, đạt giá trị lớn từ 1,52 đên 1,62 g/cm3 (tùy vào hàm lượng PETN) 1.60 1.60 1.55 Mật độ liều nổ, g/cm3 Mật độ liều nổ, g/cm3 1.55 1.50 1.45 1.40 1.35 1.30 PBX-PP-8001 PBX-PP-8002 PBX-PP-8003 1.25 1.50 1.45 1.40 PBX-PP-8501 PBX-PP-8502 PBX-PP-8503 PBX-PP-9001 PBX-PP-9002 1.35 1.30 1.25 50 100 150 200 250 Áp suất nén, kG/cm2 300 350 50 100 150 200 250 Áp suất nén, kG/cm2 300 350 Hình 3.16 Mối quan hệ mật độ liều nổ PBX-PP áp suất nén Nhìn chung mật độ liều thuốc nổ PBX-PP nhỏ so với liều nổ PBX-HP (có hàm lượng thuốc nổ tỷ lệ DOP/PS), 18 mật độ PETN (1,770 g/cm3) nhỏ so với mật độ RDX (1,816 g/cm3) Tuy nhiên, mác thuốc nổ PBX-PP có khả nén tốt (tương đương với thuốc nổ PBX-HP), tốt nhiều so với thuốc nổ TNT 3.3.2.2 Thuốc nổ PBX sở PETN NC (PBX-PN) - Độ dẻo (hình 3.18): thuốc nổ PBX-PN có độ dẻo thấp chịu ảnh hưởng lớn tỷ lệ DOP/NC Độ dẻo thuốc nổ PBX-PN giảm tăng hàm lượng PETN giảm tỷ lệ DOP/NC Mức độ giảm độ dẻo thuốc nổ PBX-PN với tỷ lệ DOP/NC 3/1 (từ 0,180 xuống 0,008) lớn thuốc nổ có tỷ lệ DOP/NC 2/1 (từ 0,010 xuống 0,005) 0.020 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 3/1 0.018 Độ dẻo thuốc nổ 0.016 0.014 0.012 0.010 0.008 0.006 0.004 75 80 Hàm lượng PETN, % 85 Hình 3.18 Ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ thành phần hệ chất kết dính đến độ dẻo thuốc nổ PBX-PN - Khả nén (hình 3.19): 1.60 Mật độ liều nổ, g/cm3 1.55 1.50 1.45 1.40 PBX-PN-7501 PBX-PN-7502 PBX-PN-8001 PBX-PN-8002 PBX-PN-8501 PBX-PN-8502 1.35 1.30 1.25 50 100 150 200 250 Áp suất nén, kG/cm2 300 350 Hình 3.19 Mối quan hệ áp suất nén mật độ thuốc nổ PBX-PN Mật độ liều nổ PBX-PN tăng lên tăng áp suất nén Cụ thể, mật độ thuốc nổ PBX-PN tăng lên nhanh áp suất nén tăng từ 20÷200 kG/cm2 (vùng dồn chặt nén thể tích khối thuốc); áp suất nén tiếp tục tăng từ 220÷350 kG/cm2 mật độ khối thuốc PBX-PN tăng lên không nhiều (đến khoảng 1,57 g/cm3), có khối thuốc giữ nguyên mật độ 19 So với khối thuốc PBX-HN, khối thuốc PBX-PN có mật độ thấp đáng kể (độ chênh lệch mật độ 0,50 g/cm3), do: (1) hàm lượng thuốc nổ mẫu thuốc nổ PBX-PN thấp (2) mật độ thuốc nổ RDX cao thuốc nổ PETN 3.3.2 Ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy độ an định hóa học thuốc nổ PBX-P 3.3.2.1 Nhiệt độ bùng cháy (hình 3.20 3.21) 184.5 182.0 181.5 Nhiệt độ bùng cháy, oC Nhiệt độ bùng cháy, oC 184.0 183.5 181.0 183.0 180.5 PBX-PP-80 PBX-PP-85 PBX-PP-90 182.5 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-3 = 3/1 180.0 179.5 182.0 1.0 1.5 Tỷ lệ DOP/PS 3.20 2.0 75 80 Hàm lượng PETN, % 85 3.21 Hình 3.20-3.21 Ảnh hưởng hàm lượng PETN thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy thuốc nổ 3.20) PBX-PP 3.21) PBX-PN Tbc tất mẫu PBX-PP PBX-PN thấp so với PETN nguyên chất (185,7 °C), tương tác cấu tử thuốc nổ làm cho độ bền nhiệt hệ giảm xuống khác điều kiện phân hủy nhiệt PETN nguyên chất so với tinh thể PETN thuốc nổ PBX Bên cạnh đó, với xuất NC thành phần chất kết dính, Tbc thuốc nổ PBX-PN thấp so với thuốc nổ PBX-PP Khi tăng hàm lượng PETN Tbc thuốc nổ PBX-PP PBX-PN giảm PETN chất có Tbc thấp Mặt khác, NC hợp chất có độ bền nhiệt nên mẫu thuốc PBX-PN có hàm lượng PETN, mẫu thuốc có tỷ lệ DOP/NC thấp (hàm lượng NC cao hơn) có Tbc thấp 3.3.2.2 Độ an định hố học (hình 3.22 3.23) Các mẫu thuốc nổ PBX-PP-80 PBX-PP-85 có độ an định hóa học cao so với thuốc nổ PETN nguyên chất; thuốc nổ PBXPP-90 có độ an định hóa học tương đương PETN Xu hướng thay đổi độ an định hóa học thuốc nổ PBX-PP tương tự thuốc nổ PBX-HP (RDX/PS), tương tác cấu tử thành phần thuốc nổ PBXPP ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ PETN 20 0.25 0.30 0.29 Độ an định hóa học, ml/g Độ an định hóa học, ml/g 0.24 0.23 0.22 0.21 DOP/PS = 2/1 DOP/PS = 1,5/1 DOP/PS = 1/1 0.20 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-3 = 3/1 0.22 0.21 0.20 0.19 80 85 Hàm lượng PETN, % 90 75 3.22 80 Hàm lượng PETN, % 85 3.23 Hình 3.22-3.23 Ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ an định hóa học thuốc nổ 3.22) PBX-PP 3.23) PBX-PN Hầu hết mẫu thuốc nổ PBX-PN có độ an định hóa học thấp chút so với PETN nguyên chất; giảm hàm lượng PETN (tăng hàm lượng chất kết dính NC) độ an định hóa học hệ có xu hướng giảm Đó (1) tương tác cấu tử làm cho độ bền hệ giảm xuống (2) NC cấu tử có độ bền hóa học thấp Theo STANAG 4556, thuốc nổ PBX-PP PBX-PN có độ an định hóa học cao 3.3.3 Ảnh hưởng số yếu tố đến độ nhạy va đập (bảng 3.28 3.29) TT Bảng 3.28 Độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-PP Mẫu Hàm lượng Tỷ lệ Độ nhạy va thuốc nổ PETN, % DOP/PS đập, % PBX-PP-8002 80 1,5/1 10 PBX-PP-8003 80 1/1 30 PBX-PP-8501 85 2/1 32 PBX-PP-8503 85 1/1 46 PETN 100 100 Độ nhạy mẫu thuốc nổ PBX-PP nhỏ nhiều so với PETN nguyên chất, chí mẫu thuốc nổ PBX-PP-8002 có độ nhạy va đập thấp gần so với thuốc nổ TNT Tác dụng giảm nhạy cho thuốc nổ hệ chất kết dính mang lại hiệu lớn nhờ hai nguyên nhân: lớp chất kết dính bao bọc bên ngồi tinh thể PETN tinh thể PETN loại bỏ bớt khuyết tật bề mặt tan phần nhỏ dung mơi q trình chế tạo Mặt khác, độ nhạy thuốc nổ PBX-PP phụ thuộc nhiều vào trạng thái hệ chất kết dính 21 Bảng 3.29 Độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-PN Mẫu thuốc nổ Hàm lượng PETN, % Tỷ lệ DOP/NC Độ nhạy va đập, % loại NC sử dụng NC-NB NC-3 PBX-PN-7501 75 3/1 44 PBX-PN-7502 75 2/1 52 48 PBX-PN-8001 80 3/1 52 52 PBX-PN-8501 85 3/1 68 64 PBX-PN-8502 85 2/1 72 PETN 100 100 Độ nhạy va đập thuốc nổ PBX-PN cao nhiều so với thuốc nổ PBX-PP tồn NC thành phần thuốc nổ Tuy nhiên, so sánh với độ nhạy va đập thuốc nổ PETN nguyên chất (100%) hiệu giảm nhạy hệ chất kết dính DOP/NC mang lại tương đối tốt 3.3.4 Ảnh hưởng số yếu tố đến đặc trưng lượng Bảng 3.30-3.31 Một số đặc trưng lượng thuốc nổ PBX-PP PBX-PN Tốc độ nổ, m/s, Khả Độ nén trụ chì, mm Mẫu thuốc nổ (ở mật độ, sinh công, g/cm ) % TNT 25g 50g PBX-PP-8001 7100 (1,50) 17,0 23,0 PBX-PP-8002 7129 (1,50) 119,3 16,8 22,6 PBX-PP-8502 7200 (1,50) 124,8 19,0 24,5 PBX-PN-7501 7163 (1,50) 125,7 - 24,5 PBX-PN-8001 PBX-PN-8501 TNT PETN Semtex-10 (85% PETN) Sprangdeg (86% PETN) EPX-1 (86% PETN) 7290 (1,50) 7353 (1,50) 6655 (1,50) 7500 (1,50) 7370 (1,52) 7232 (1,52) 7398 (1,55) 126,2 127,4 100 140 ÷ 150 - 20,1 - 25,0 26,0 15,6 22,0 - Các mẫu thuốc nổ PBX-PP PBX-PN có đặc trưng lượng cao nhiều so với thuốc nổ TNT Mẫu thuốc nổ PBX-PP-8502 có đặc trưng lượng tương đương với mẫu thuốc nổ Semtex-10 (CH Séc) Sprangdeg m/46 (Thụy Điển); đặc trưng lượng mẫu thuốc nổ PBXPN-8501 cịn cao chút có mặt NC thành phần làm 22 tăng lượng cho tồn hệ Như vậy, khẳng định mẫu thuốc nổ PBX-PP PBX-PN (80 ÷ 85% PETN) thuộc nhóm thuốc nổ phá mạnh Nhận xét: Các mẫu thuốc nổ PBX-PP có độ dẻo cao, dễ dàng nén ép thành khối thuốc nổ tay, với mác thuốc PBX-PP-8501 (85% PETN, 15% DOP/PS tỷ lệ 2/1) tối ưu Các mẫu thuốc nổ PBX-PN có độ dẻo không cao, phù hợp để chế tạo liều nổ phương pháp nén ép, với mác thuốc PBX-PN-8501 (85%, PETN, 15% DOP/NC tỷ lệ 3/1) tối ưu 3.4 Đánh giá số đặc trưng phân hủy nhiệt dự đoán thời hạn sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX 3.4.1 Một số đặc trưng phân hủy nhiệt thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Bảng 3.32-3.33 Thành phần số thuốc nổ PBX-H PBX-P Hàm lượng cấu tử thành phần, % Mẫu thuốc nổ RDX PETN DOP NC-3 NC-NB PS PBX-HN-80-1 80,0 13,33 6,67 PBX-HN-80-2 80,0 13,33 6,67 PBX-HN-85 85,0 11,25 3,75 PBX-HP-85 85,0 10,00 5,00 PBX-PP-8001 80,0 13,33 6,67 PBX-PN-8002 80,0 13,33 6,67 Bảng 3.34-3.37 Thơng số động học q trình phân hủy nhiệt thuốc nổ Mơ hình Kisinger Mơ hình Ozawa Mẫu thuốc nổ Ea, kJ/mol logA, 1/phút Ea, kJ/mol logA, 1/phút PBX-HN-80-1 150,72 15,45 151,19 15,50 PBX-HN-80-2 149,37 15,32 149,89 15,38 PBX-HN-85 153,33 15,70 153,70 15,74 PBX-HP-8501 212,35 21,84 209,86 21,58 RDX 206,35 21,23 204,14 21,00 PBX-PP-8001 141,43 15,51 141,87 15,56 PBX-PN-8002 126,54 13,81 127,54 13,92 PETN 132,59 14,50 133,45 14,60 Các giá trị lượng hoạt hóa (Ea) thuốc nổ PBX sử dụng NC làm chất kết dính thấp so với thuốc nổ RDX PETN đơn chất, đồng thời gia tăng hàm lượng NC hệ chất kết dính dẫn đến làm giảm giá trị Ea Ở chiều ngược lại, thuốc nổ PBX sử dụng PS làm chất kết dính có Ea cao chút so với thuốc nổ nền, hàm lượng thuốc nổ (kém bền nhiệt) có thuốc nổ PBX nhỏ Điều khẳng định ảnh hưởng hệ chất kết dính sở NC đến độ bền nhiệt toàn hệ 23 3.4.3 Dự đoán thời hạn sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Việc dự đoán thời hạn sử dụng thực thông qua thử nghiệm xác định độ ổn định nhiệt chân không VST Với thuốc nổ RDX thuốc nổ PBX-H, giá trị VST xác định nhiệt độ 90, 100, 110 120 °C Đối với thuốc nổ PETN thuốc nổ PBX-P, giá trị VST xác định nhiệt độ 80, 90, 100 110 °C, từ giá trị k298 tính tốn Theo phương trình (2.26) thời hạn sử dụng thuốc nổ thuốc nổ PBX-H, PBX-P tính tốn trình bày đồ thị hình 3.28-3.29 PBX-HP-8501 78.3 PBX-PN-8002 PBX-HN-80-2 38.7 41.6 PBX-HN-80-1 56.0 PBX-PP-8001 44.9 48.8 PBX-HN-85 PETN 47.6 70.2 RDX 10 20 30 40 50 60 Thoi han su dung, năm a) 70 80 90 10 20 30 40 50 60 Thoi han su dung, năm 70 80 b) Hình 3.28-3.29 Thời hạn sử dụng thuốc nổ thuốc nổ PBX-H, PBX-P Ảnh hưởng hệ chất kết dính thể rõ qua thời hạn sử dụng (dự tính) thuốc nổ thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Trong thời hạn sử dụng thuốc nổ RDX PBX-HP (khoảng 70÷80 năm) thời hạn sử dụng thuốc nổ PBX-HN lại nhỏ (khoảng 40÷50 năm); giá trị tương tự của thuốc nổ PETN (khoảng 48 năm), thuốc nổ PBX-PP (khoảng 56 năm) thuốc nổ PBX-PN (khoảng 38 năm) Mặt khác, độ bền nhiệt thuốc nổ RDX cao thuốc nổ PETN nên so sánh với thuốc nổ PBX-H, thời hạn sử dụng thuốc nổ PBX-P thấp đáng kể KẾT LUẬN Các thuốc nổ hexogen pentrit tương thích hóa học tốt với PS loại NC, từ định hướng sử dụng PS NC làm chất kết dính để chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Bên cạnh đó, thuốc nổ hexogen hệ chất kết dính sở PS NC có sức căng bề mặt phân cách pha nhỏ hơn, cơng kết dính nhiệt động lớn nên có khả liên kết tốt so với thuốc nổ pentrit 24 Các thuốc nổ PBX nhiệt dẻo sử dụng PS làm chất kết dính có độ dẻo cao, dễ dàng đạt mật độ cao với áp suất nén nhỏ Các mác thuốc PBXHP-9001 (90% hexogen, DOP/PS=2/1); PBX-PP-8501 (85% pentrit, DOP/PS=2/1) mác thuốc tối ưu, có độ dẻo phù hợp, độ nhạy va đập thấp, độ bền nhiệt độ an định hóa học cao, đặc biệt có đặc trưng lượng cao (tương đương với số thuốc nổ nhiệt dẻo PBX tiếng giới C-4, ΠΒΒ-5A, Semtex-10, EPX-1 ) Các thuốc nổ PBX sử dụng NC làm chất kết dính có khả nén tốt lại có độ dẻo thấp, phù hợp để chế tạo liều nổ, trạm nổ phương pháp nén ép Các mẫu thuốc nổ PBX-HN-9001 (90% RDX, DOP/NC=3/1); PBX-PN-8501 (85% PETN, DOP/NC=3/1) mác thuốc tối ưu, có độ dẻo khả nén phù hợp, có độ nhạy va đập thấp đáng kể so với thuốc nổ nền, có độ bền hóa học đặc trưng lượng cao, tương đương với nhiều loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX giới Các thuốc nổ PBX-H có độ bền nhiệt độ an định hóa học cao so với thuốc nổ PBX-P Giá trị Ea thuốc nổ PBX-H nằm khoảng (150 ÷ 206) kJ/mol, cao nhiều so với thuốc nổ PBX-P (125 ÷ 141 kJ/mol) Bên cạnh đó, hệ chất kết dính sở PS gây ảnh hưởng hệ chất kết dính sở NC làm giảm độ bền nhiệt thuốc nổ PBX Thời hạn sử dụng dự tính 25 °C (theo thử nghiệm VST) thuốc nổ là: RDX PBX-HP có giá trị cao (khoảng 70 đến 80 năm); thuốc nổ PBX-HN (khoảng 40 đến 50 năm); PETN thuốc nổ PBX-PP (khoảng 49 đến 56 năm); thuốc nổ PBX-PN có giá trị thấp (khoảng 38 năm) Những đóng góp luận án: - Đã đánh giá tính tương thích hóa học khả liên kết thuốc nổ với hệ chất kết dính, từ lựa chọn thành phần chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX - Đã làm rõ quy luật ảnh hưởng hàm lượng thuốc nổ chất, thành phần hệ chất kết dính đến đặc trưng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ đề xuất đơn thành phần chế tạo số thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có chất lượng tốt - Đã làm rõ đặc điểm phân hủy nhiệt loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở hexogen pentrit, xác định thông số động học phân hủy nhiệt, từ dự đốn thời hạn sử dụng chúng DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2017), “The effects of various factors on the characteristics of polymer-bonded explosives based on pentrit and polystyrene”, Journal of Science and Technique, 186, pp 3-10 Toan Nguyen Trung, Nhan Phan Duc (2017), “Studies on compatibility of high energetic materials with polymers by thermal methods”, The 6th Asian Symposium on Advance Materials (ASAM-6), pp 601-604 Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “The effects of several factors on the characteristics of polymer-bonded explosives based on pentrit and nitrocellulose”, Journal of Analytical Sciences, 23, pp 165-171 Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “Thermal decomposition and shelf-life of PETN and PBX based on PETN using thermal methods”, Journal of Science and Technology, 56(3), pp 303-311 Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “The effects of various factors on the characteristics of polymer-bonded explosives based on hexogen and nitrocellulose”, Journal of Military Science and Technology, 57A, pp 111-117 Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Duong Cong Hung, Vo Hoang Phuong (2018), “Thermal decomposition behavior and shelf-life of polymer-bonded explosives and hexogen - An experimental study”, Vietnam Journal of Chemistry, 56(5), pp 654-659 Trung Toan Nguyen, Duc Nhan Phan, Duy Chinh Nguyen, Van Thom Do, Giang Long Bach (2018), “The chemical compatibility and adhesion of energetic materials and several polymers and binders: An experimental study”, Polymers, 10(12), 1396 (SCOPUS, Q1, IF = 2,935) ... tạo thuốc nổ PBX 9 3.2 Ảnh hưởng hàm lượng, thành phần cấu tử đến đặc trưng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở hexogen (PBX- H) 3.2.1 Lựa chọn hàm lượng kích thước thuốc nổ hexogen - Các mẫu thuốc nổ nhiệt. .. dính đến đặc trưng kỹ thuật-năng lượng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ đó, đề xuất thành phần thích hợp cho hệ thuốc nổ - Nghiên cứu đặc điểm phân hủy nhiệt loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sở hexogen pentrit. .. tổng quan thuốc nổ nhiệt dẻo PBX: xuất ưu điểm thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; đặc trưng lượng-kỹ thuật; phương pháp chế tạo tình hình nghiên cứu ngồi nước Trên sở đó,