Nghiên cứu ảnh hưởng của γ polyoxymetylen đến các đặc tính cơ lý hóa, năng lượng và tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ DƢƠNG NGỌC CƠ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA γ-POLYOXYMETHYLEN ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CƠ – LÝ – HOÁ, NĂNG LƢỢNG VÀ TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHĨNG BALLISTIC Chun ngành: Kỹ thuật hố học Mã số: 9520301 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 Cơng trình đƣợc hồn thành tại: VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ, BỘ QUỐC PHÒNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Văn Toại PGS TS Nguyễn Mạnh Tường Phản biện 1: PGS TS Ninh Đức HàP Viện Khoa học Công nghệ quân sựS.S Phạm Xuân NúiVfiêndd Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Cơng H Tổng cục Cơng nghiệp quốc phịng TTrần Thị Nhƣ Mai Trường Đại học Khoa học tự nhiên-ĐHQGHN Phản biện 3: TS Phạm Mạnh Thảo P Học viện Kỹ thuật quân sựS.TS Chu Chiến Hữu Viện Khoa học Công nghệ quân Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện họp tại: Viện Khoa học Công nghệ quân Vào hồi: ……giờ …… ngày tháng…… năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân - Thư viện Quốc gia Việt NamPHÒNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Thuốc phóng (TP) thành phần quan trọng kết cấu vũ khí, đạn dược Cơng dụng TP đưa đạn từ vị trí bắn đến mục tiêu cần tiêu diệt Trong kết cấu tên lửa, TP đảm nhận chức Bên cạnh đó, tính chất phức tạp tên lửa trình làm việc từ phóng đến gặp mục tiêu nên có loại TP đảm nhận chức khác như: tạo khí thuốc để nâng cánh tên lửa rời khỏi ống phóng, bệ phóng; tạo khí thuốc để quay tuabin; tạo dòng điện để cấp cho hệ điều khiển đầu tự dẫn Các thiết bị sinh khí thường có thời gian hoạt động dài nên yêu cầu TP phải có nhiệt lượng cháy trung bình, cháy với tốc độ thấp sinh nhiều khí Để làm đáp ứng yêu cầu này, thành phần loại TP thường sử dụng chất hóa dẻo lượng có nhiệt lượng cháy thấp so với NG như: dietylenglycol dinitrate, trietylenglycol dinitrate hợp chất chứa nhóm nitramine, hợp chất azit Bên cạnh đó, sử dụng chất đặc biệt khơng khơng làm tăng lượng mà cịn làm giảm tốc độ cháy TP thông qua hiệu ứng thu nhiệt phân hủy chất pha ngưng tụ (các chất gọi chất ức chế cháy) γ-polyoxymethylene (γ-POM) số chất đáp ứng yêu cầu kể Tuy nhiên, việc đưa γ-POM vào thành phần TP ảnh hưởng đến tính chất học, độ bền hóa học Bên cạnh đó, trường hợp γ-POM khơng tương hợp với TP, q trình tiếp xúc dẫn đến an toàn, thay đổi nhiệt độ phân hủy, tăng độ nhạy Do đó, nghiên cứu khả tương hợp quy luật ảnh hưởng γ-POM đến tính chất - lý - hố, lượng tốc độ cháy TP keo ballistic cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Luận án Nghiên cứu khả tương hợp, quy luật ảnh hưởng γ-POM đến độ bền kéo nén, an định hoá học, tốc độ cháy, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy TP keo hai gốc ballistic NC NG Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tương hợp - POM với cấu tử TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến tính chất hố lý TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến tốc độ cháy TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến khả sinh khí TP; - Ứng dụng kết nghiên cứu thiết kế đơn thành phần TP ballistic dùng cho bình tích áp tên lửa phịng khơng tầm thấp (TLPKTT) Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp tạo nitromass, cán keo hoá, đúc ép TP ballistic chế tạo mẫu phục vụ phân tích, đo đạc; phương pháp đánh giá khả tương hợp hoá học; phương pháp đo tốc độ cháy, thể tích khí cháy, nhiệt lượng cháy; phương pháp đo độ bền kéo nén; phương pháp đo độ an định hoá học TP keo ballistic Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án cơng trình nghiên cứu bản, có hệ thống ảnh hưởng γ-POM đến tính chất – lý – hoá, lượng, cháy TP ballistic NC NG, sở bước đầu ứng dụng ban đầu vào thiết kế chế thử TP cho bình tích áp TLPKTT Các kết luận án sử dụng tham khảo trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo TP keo hai gốc ballistic có sử dụng γ-POM bình tích áp số loại tên lửa cỡ nhỏ Bố cục luận án Luận án bao gồm: Mở đầu: Nêu rõ tính cấp thiết luận án, khái quát chung mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án giới thiệu tóm tắt bố cục luận án Chƣơng Tổng quan: Về khái niệm, thành phần TP keo ballistic, γ-POM, tương hợp hoá học TP, đánh giá tình hình nghiên cứu nước, nội dung cần giải luận án Chƣơng Đối tƣợng phƣơng pháp nghiên cứu: Trình bày phương pháp chuẩn bị mẫu, phương pháp đánh giá khả tương hợp, phương pháp đo đạc đặc trưng –lý - hóa, lượng, cháy TP keo balistit, phương pháp đánh giá độ an định TP Chƣơng Kết thảo luận: Chương tập trung giải nội dung nghiên cứu đặt luận án NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chƣơng I: TỔNG QUAN Chương trình bày TP keo ballistic, γ-POM, tương hợp hoá học, tình hình nghiên cứu ngồi nước sử dụng γ-POM TP, vấn đề liên quan, nội dung cần giải luận án Chƣơng II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 2.1.1 Đối tượng Luận án nghiên cứu TP ballistic có γ-POM, tương hợp hố học, quy luật ảnh hưởng γ-POM đến độ bền kéo nén, độ an định hoá học, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy, tốc độ cháy TP 2.1.2 Hóa chất Các hóa chất Ấn Độ, Trung Quốc: centralite No2, dibutyl phthalate, vaseline, oxit chì Các hố chất Việt Nam sản xuất: nitro cellulose No3 Nhà máy Z (Việt Nam); γ-POM, NG, phthalate đồng chì, salicylate chì Viện T sản xuất đạt yêu cầu cho sản xuất TP 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp tạo mẫu TP keo 2.2.2 Phương pháp tạo mẫu bề mặt dập cháy TP 2.2.3 Các phương pháp nghiên cứu tương hợp 2.2.4 Phương pháp xác định đặc trưng lượng TP 2.2.5 Phương pháp xác định độ an định TP 2.2.6 Phương pháp đo độ bền kéo nén TP CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu tƣơng hợp - POM với cấu tử TP 3.1.1 Nghiên cứu khả tương hợp -POM với NC 3.1.1.1 Nghiên cứu tương hợp γ-POM NC theo DSC Kết DSC γ-POM NC đưa Hình 3.1 Hình 3.1 Giản đồ DSC γ-POM, NC No3, γ-POM/NC No3  = 202,89 oC - 212,12 oC = -9,23 oC nhỏ oC Theo tiêu chuẩn STANAG 4147, kết luận γ-POM tương hợp với NC No3 3.1.1.2 Nghiên cứu tương hợp NC γ-POM theo phương pháp VST Lượng khí sinh hỗn hợp NC No3 γ-POM 3,85 ml (M), NC No3 tạo 1,48 ml (E) γ-POM sinh lượng khí 0,6 ml (S) Do đó, chênh lệch lượng khí tạo hỗn hợp so với đơn chất VR=3,85-(1,48+0,6)= 1,77 ml < ml Theo tiêu chuẩn quy định STANAG 4147, kết luận rằng, NC No3 tương hợp với γ-POM 3.1.2 Nghiên cứu khả tương hợp γ-POM với DBP, vaseline centralite No2 phương pháp VST Bảng 3.1 Khả tương hợp γ-POM với thành phần theo VST Tên mẫu Thể tích khí sinh ra, ml VR, Ghi ml M E S Hỗn hợp γ-POM DBP 0,55 VR < ml Tương hợp -0,60 DBP 0,55 γ-POM 0,6 γ-POM vaseline 0,80 VR < ml Tương hợp Vaseline 0,20 γ-POM 0,6 γ-POM centralite 0,76 VR < ml Centralite 0,38 -0,22 Tương hợp γ-POM 0,6 Bảng 3.1 cho thấy, chênh lệch thể tích khí sinh thí nghiệm VST hỗn hợp DBP, vaseline, centralite với γ-POM (VR) 0,60 ml, ml, -0,22 ml Các giá trị nhỏ ml, theo tiêu chuẩn STANAG 4147, kết luận chất DBP, vaseline, centralite tương hợp với γ-POM 3.1.3 Nghiên cứu tương hợp γ-POM với TP ballistic 3.1.3.1 Nghiên cứu tương hợp -POM TP phương pháp DSC Kết DSC -POM, TP ballistic hỗn hợp Hình 3.2 Mẫu TP ballistic sử dụng cho nghiên cứu mẫu M0 (khơng chứa γPOM) Hình 3.2 Giản đồ DSC hỗn hợp TP keo -POM Từ giản đồ DSC hỗn hợp đơn chất, tính dịch chuyển pic hỗn hợp so với đơn chất sau: =196,74 oC -199,29 oC =-2,54 oC < 4oC Theo STANAG 4147, γ-POM tương hợp với TP ballistic 3.1.3.2 Nghiên cứu tương hợp -POM TP keo TGA Kết xác định độ hụt khối hỗn hợp -POM TP ballistic đưa giản đồ TGA hỗn hợp Hình 3.3 Hình 3.3 Giản đồ TG -POM TP ballistic Đồ thị TG γ-POM, mẫu TP ballistic Hình 3.4 3.5 Hình 3.4 Giản đồ TG -POM Hình 3.5 Giản đồ TG TP ballistic M calc  (8.07  50.05).(50%)  29.06(%) Từ đó, tính giảm độ hụt khối hỗn hợp so với đơn chất: ∆M =28,89 % - 29,06 % = -0,17 %, nhỏ % Như vậy, theo STANAG 4147 [70], kết luận, hỗn hợp γ-POM TP keo NC NG tương hợp 3.2 Ảnh hƣởng γ-POM đến tính chất – lý - hố TP ballistic 3.2.1 Nghiên cứu ảnh hưởng -POM đến độ bền kéo, nén TP 3.2.1.1 Ảnh hưởng -POM đến độ bền nén TP Kết đo độ bền nén mẫu trình bày Bảng 3.2 Bảng 3.2 Độ bền nén TP với hàm lượng γ-POM khác Hàm lượng Độ lệch, Độ bền nén, Đường Chiều Mẫu mm N/mm2 -POM , % kính, mm cao, mm 6,22 M0 7,01 10,82 0,37 5,79 M1 7,24 10,11 0,37 5,25 M2 7,18 10,64 0,36 4,77 M3 12 7,17 10,23 0,32 4,66 M4 16 7,04 10,40 0,29 3,76 M5 20 7,15 10,22 0,27 Quan sát kết độ bền nén mẫu Bảng 3.2 thấy rằng, việc tăng hàm lượng -POM làm giảm độ bền nén thuốc phóng Điểm ý độ lệch giảm đáng kể tăng dần hàm lượng -POM, điều chứng tỏ, -POM làm tăng độ giòn TP, TP dễ bị phá hủy nén 3.2.1.2 Ảnh hưởng -POM đến độ bền kéo TP Kết đo độ bền kéo mẫu trình bày Bảng 3.3 Bảng 3.3 Độ bền kéo TP với hàm lượng γ-POM khác Mẫu M0 M1 M2 M3 M4 M5 Hàm lượng -POM, % 12 16 20 Chiều rộng, mm 5,95 5,94 5,97 5,86 5,79 5,63 Độ dày, mm 4,13 4,30 4,12 4,15 4,17 4,12 Độ bền kéo đứt, b, N/mm2 9,20 8,12 7,47 7,40 7,39 7,37 Độ dãn dài, b, % 13,49 7,65 7,91 6,33 5,55 3,79 Kết Bảng 3.3 cho thấy, độ bền kéo đứt độ giãn dài tương đối TP ballistic giảm dần tăng hàm lượng -POM Vì vậy, thiết kế đơn thành phần TP, để có độ giãn dài % để loại TP thơng thường cần sử dụng lượng γ-POM khơng 12 % 3.2.2 Ảnh hưởng γ-POM đến nhiệt lượng cháy Kết đo đạc nhiệt lượng cháy mẫu với hàm lượng γ-POM khác biểu diễn thành đồ thị đưa Hình 3.12 Kết Hình 3.12 cho thấy, nhiệt lượng cháy TP giảm dần tăng hàm lượng γ- POM Đồ thị phụ thuộc nhiệt lượng theo hàm lượng γ- POM có hệ số góc -11,557 Điều có nghĩa là, tăng % γ- POM làm giảm nhiệt lượng thuốc lượng trung bình 11,557 kCal/kg Hình 3.12 Ảnh hưởng hàm lượng γ- POM đến nhiệt lượng cháy TP Ngoài ra, với kết đo nhiệt lượng cháy mẫu, tính hệ số nhiệt β  - POM Bảng 3.6 Bảng 3.6 Tính tốn hệ số nhiệt γ-POM Hàm lƣợng Nhiệt lƣợng cháy Hệ số nhiệt β γ-POM, % vật liệu, kcal/kg γ-POM 934,33 - 4,730 - 4,568 875,74 - 4,571 12 839,77 - 4,555 16 795,39 - 4,530 20 742,70 - 4,590 Trung bình Như vậy, tăng hàm lượng γ-POM % làm giảm nhiệt lượng TP xuống trung bình 11,557 Kcal/kg Đồng thời, thực nghiệm xác định giá trị hệ số nhiệt hoá  γ-POM -4,59 kcal/(kg.%) 3.2.3 Ảnh hưởng γ-POM đến thể tích khí sinh cháy Kết đo thể tích khí sinh cháy TP đưa Hình 3.13 Tên mẫu M1 M2 M3 M4 M5 Hình 3.13 Ảnh hưởng γ- POM đến thể tích khí sinh cháy TP Hình 3.13 cho thấy, thể tích khí sinh cháy tăng dần theo hàm lượng -POM, tăng % -POM làm tăng trung bình 4,19 ml/g Tóm lại: Kết nghiên cứu cho thấy tăng hàm lượng γ-POM lên % làm tăng thể tích khí lên trung bình 4,19 ml/g, giảm nhiệt lượng trung bình 11,557 kcal/kg; nên sử dụng hàm lượng -POM TP với hàm lượng không 12 %, TP đảm bảo nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy, độ độ giãn dài đạt % 3.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng -POM đến tốc độ cháy TP 3.3.1 Ảnh hưởng hàm lượng -POM đến tốc độ cháy TP Kết đo tốc độ cháy TP ballistic với hàm lượng γ-POM khác áp suất khác trình bày Hình 3.15 Hình 3.15 Ảnh hưởng hàm lượng -POM đến tốc độ cháy TP áp suất khác Hình 3.15 cho thấy, mẫu TP khơng có -POM ln cho tốc độ cháy cao nhất, tăng hàm lượng -POM làm giảm tốc độ cháy, tăng % -POM TP làm giảm tốc độ cháy khoảng 0,14 mm/s ÷0,25mm/s 3.3.2 Ảnh hưởng kích thước hạt -POM đến tốc độ cháy TP Kết đo tốc độ cháy TP với kích thước hạt γ-POM khác có khơng có xúc tác đưa Bảng 3.9, Hình 3.17 Bảng 3.9 Ảnh hưởng kích thước hạt γ-POM đến tốc độ cháy TP TT Kích thước hạt γTốc độ cháy Tốc độ cháy Mẫu POM sử dụng, rv, µm TP khơng có TP có xúc tác, xúc tác, mm/s mm/s M6 rv ≤ 45 5,48 5,27 M7 45 ≤ rv ≤ 63 6,11 4,98 M8 63 ≤ rv ≤ 106 6,25 4,71 M9 106 ≤ rv ≤ 125 5,99 4,65 11 Hình 3.20 Ảnh hưởng áp suất đến tốc độ cháy TP dùng xúc tác PbO Sự ảnh hưởng hàm lượng xúc tác PbO đến tốc độ cháy TP có -POM Hình 3.21 Hình 3.21 Ảnh hưởng hàm lượng PbO đến tốc độ cháy TP 3.3.3.3 Ảnh hưởng salicylate chì đến tốc độ cháy TP Kết đo tốc độ cháy TP dùng xúc tác salicylate chì áp suất khác đưa Bảng 3.12 Bảng 3.2 Tốc độ cháy TP dùng salicylate chì áp suất khác TT Tên mẫu M3 M20 M21 M22 M23 M24 Khối lƣợng riêng, g/cm3 1,5628 1,5637 1,5709 1,5707 1,5723 1,5746 Lƣợng xúc tác, % 1,0 1,2 1,5 1,7 2,0 Tốc độ cháy, mm/s 40at 2,638 4,575 4,909 5,181 5,398 5,291 60at 3,588 5,669 5,809 6,377 6,551 6,416 80at 100at 4,752 5,745 5,571 5,765 5,792 5,719 6,428 6,140 6,624 6,269 6,420 6,290 12 Đồ thị mô tả ảnh hưởng xúc tác cháy đến quy luật cháy TP có POM đưa Hình 3.22 Hình 3.22 Ảnh hưởng áp suất đến tốc độ cháy TP dùng xúc tác salisilate chì Quy luật ảnh hưởng hàm lượng xúc tác đến tốc độ cháy đưa Hình 3.23 Hình 3.23 Ảnh hưởng hàm lượng salisilate chì đến tốc độ cháy TP Hình 3.23 cho thấy, khoảng từ % đến % salicylate chì, chất xúc tác có tác dụng làm tăng tốc độ cháy tăng hàm lượng Tuy nhiên, quy luật quy luật tăng đường cong có cực đại, đó, tốc độ cháy thuốc cao hàm lượng 1,7 %, tăng hàm lượng nhiều giá trị này, tốc độ cháy thuốc có xu hướng chậm lại Khi áp suất thấp (40 atm), tốc độ cháy TP thấp hẳn có hàm lượng xúc tác cháy áp suất cao hơn, tăng hàm lượng đến % Khi so sánh loại xúc tác hàm lượng áp suất xúc tác phtalate đồng chì cho tốc độ cháy thấp nhất, xúc tác cháy PbO cho TP có tốc độ cháy cao salicylate chì cho tốc độ cháy cao Mô tả khác quy luật tốc độ cháy dùng xúc tác khác dùng với hàm lượng % Hình 3.24 13 Hình 3.24 Ảnh hưởng xúc tác khác đến tốc độ cháy TP Kết Hình 3.24 cho thấy, cháy áp suất nhỏ (40 atm), hiệu xúc tác tốt, loại xúc tác (với hàm lượng %) làm tốc độ cháy thuốc tăng lên đáng kể so với không dùng Khi tăng áp suất từ 40 atm đến 100 atm, xúc tác PbO salicylate chì có xu hướng làm tăng tốc độ cháy, phthalate đồng chì có xu hướng làm ổn định làm giảm tốc độ cháy Khi áp suất cao (100 atm) PbO salicylate chì cho thấy tốc độ cháy giống khơng có xúc tác, chúng bị tác dụng xúc tác, riêng TP dùng phthalate đồng chì cho tốc độ cháy nhỏ khơng dùng xúc tác Trong phthalate đồng chì cho thấy, việc tăng hàm lượng từ % đến % khơng làm tăng đáng kể tốc độ cháy, PbO salicylate chì làm tăng tốc độ cháy tăng hàm lượng Kết nghiên cứu sở tham khảo ban đầu cho việc tính toán, lựa chọn xúc tác phù hợp cho TP Tuỳ thuộc vào áp suất thời gian cháy mà sử dụng loại phụ gia tốc độ cháy với hàm lượng phù hợp Để đạt tốc độ cháy cao, áp suất buồng đốt 80 atm dùng phthalate đồng chì, nên dùng hàm lượng hàm lượng 1,2 % Vì đó, lượng xúc tác ít, tốc độ cháy đạt hiệu suất cao (4,257 mm/s) Tuy nhiên, giá trị nên lựa chọn % cháy 100 atm; 1,5 % cháy áp suất 60 atm thấp Để có tốc độ cháy thấp ngược lại: 80 atm nên chọn % 1,7 %; áp suất 100 atm nên chọn 1,5 %; 40 atm nên chọn % đến 1,2 %; 60 atm nên chọn hàm lượng khơng 1,2 % Tóm lại, phạm vi nghiên cứu, kết thực nghiệm thu cho thấy, việc sử dụng -POM khơng có xúc tác làm tốc độ cháy TP ballistic giảm đáng kể, cụ thể: tăng % -POM làm giảm tốc độ cháy khoảng 0,14 mm/s÷0,25 mm/s (ở 80 atm, giảm 0,21 mm/s) Khi có mặt phụ gia tốc độ cháy, áp suất thấp (40 atm), ba loại xúc tác nghiên cứu cho thấy hiệu tăng tốc độ cháy rõ ràng với hàm lượng % phụ gia làm cho tốc độ cháy TP cao so với khơng 14 có xúc tác Trong phụ gia tốc độ cháy nghiên cứu, có phthalate đồng chì làm cho TP có quy luật cháy ổn định, tốc độ cháy TP phụ thuộc áp suất toàn giải áp suất từ 40 atm đến 100 atm 3.3.4 Ảnh hưởng γ-POM phụ gia xúc tác đến bề mặt cháy TP 3.3.4.1 Ảnh hưởng -POM đến bề mặt cháy TP Kết phân tích EDX thành phần sản phẩm cháy bề mặt đưa Hình 3.27 Hình 3.28 Hình 3.27 Thành phần nguyên tố Hình 3.28 Thành phần nguyên tố sản phẩm bề mặt cháy sản phẩm bề mặt cháy mẫu M0 mẫu M3 Kết Hình 3.27 cho thấy, đường cong mô tả thay đổi hàm lượng carbon TP khơng có -POM thấp gần ngang Trong khi, Hình 3.28 cho thấy kết khác hẳn, có mặt -POM, TP ballistic cháy có hàm lượng carbon bề mặt cháy nhiều Khi tăng áp suất làm cho lượng carbon bề mặt cháy thay đổi, với quy luật không giống Trong hàm lượng carbon gần khơng thay đổi nhiều q trình cháy TP khơng có -POM 3.3.4.2 Ảnh hưởng phthalate đồng chì đến bề mặt cháy TP Kết EDX đưa tỷ lệ thành phần chất (theo nguyên tố) bề mặt cháy TP áp suất khác Hình 3.29 Hình 3.29 Thành phần nguyên tố sản phẩm sản phẩm cháy bề mặt cháy TP có xúc tác phthalate đồng chì 15 Hình 3.29 cho thấy, lượng Pb bề mặt cháy giảm nhanh tăng áp suất, 40 atm có 42,35 % Pb bề mặt, đến 100 atm 7,17 % Kết chụp SEM bề mặt TP ballistic có -POM sử dụng xúc tác phtalate đồng chì (M14) áp suất khác Hình 3.30 40atm 60atm 80atm 100atm Hình 3.30 Bề mặt cháy TP ballistic có -POM phtalate đồng chì Quan sát Hình 3.30 thấy, 40 atm, bề mặt cháy TP có nhiều lỗ xốp, cấu trúc “san hô” thấy rõ với mật độ cao Tăng áp suất từ 60 atm lên đến 100 atm, bề mặt cháy TP lượng lỗ xốp giảm đáng kể 3.3.4.3 Ảnh hưởng xúc tác PbO đến bề mặt cháy TP Kết chụp bề mặt cháy TP có -POM sử dụng xúc tác PbO (M19) áp suất khác Hình 3.31 16 40atm 60atm 80atm 100atm Hình 3.31 Bề mặt cháy TP có -POM xúc tác PbO Kết phân tích thành phần bề mặt cháy TP có -POM xác tác PbO áp suất khác Hình 3.32 Hình 3.32 Thành phần nguyên tố sản phẩm cháy bề mặt TP có POM xúc tác PbO Quan sát Hình 3.32 thấy rằng, đường cong thể hàm lượng Pb bề mặt cháy TP giảm nhanh tăng áp suất: Ở áp suất 40 atm giá trị 40,8 %, nhiên đến 60 atm 17,39 %, đến 80 atm 17,14 % đến 100 atm cịn 10,86 % Trong đó, đồ thị hàm lượng carbon đường cong tăng dần có cực đại, từ 28,54 % 40 atm, tăng lên 39,86 % 17 60 atm đạt max áp suất 80 atm (49,52 %), sau giá trị tiếp tục tăng áp suất làm giảm hàm lượng cabon (ở 100 atm 43,34%) 3.3.4.4 Ảnh hưởng xúc tác salicylate chì đến bề mặt cháy TP Kết chụp bề mặt TP ballistic có -POM thành phần sử dụng xúc tác salisilate chì (M24) áp suất khác Hình 3.33 Kết EDX Hình 3.34 40at m 60atm 80atm 100atm Hình 3.33 Hình ảnh bề mặt cháy TP ballistic có -POM sử dụng xúc tác salicylate chì Hình 3.34 Thành phần sản phẩm cháy TP có -POM salicylate chì 18 Lượng carbon bề mặt cháy tăng dần, chậm Ban đầu áp suất thấp 40 atm giá trị 36,58 %, tăng lên đến 80 atm hàm lượng cabon 37,72 %, dù tăng lên 100 atm lượng carbon tăng lên 42,38 % 3.4 Nghiên cứu ảnh hƣởng -POM đến độ an định TP 3.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thử nghiệm đến áp suất khí thuốc Sự phụ thuộc áp suất khí TP chứa -POM sinh cốc LAVA mẫu nhiệt độ khác đưa Hình 3.35 350 90 100 110 120 300 Delta P (mmHg) 250 200 150 100 50 0 100 200 Time (h) Hình 3.35 Đường cong P-t mẫu nhiệt độ khác Ảnh hưởng nhiệt độ đến áp suất khí thuốc điểm gãy thử nghiệm LAVA đưa Hình 3.36 Hình 3.36 Sự thay đổi áp suất điểm gãy theo nhiệt độ Kết cho thấy, áp suất khí thuốc tất mẫu điểm gãy tăng lên tăng nhiệt độ thử nghiệm Khi tăng nhiệt độ từ 90 oC lên 120 oC làm tăng áp suất khí thuốc điểm gãy lên gấp 2, chí có mẫu tăng gấp lần (mẫu M4) 19 3.4.2 Ảnh hưởng hàm lượng -POM đến mức độ sinh khí mẫu Sự ảnh hưởng tốc độ sinh khí (tăng áp suất) mẫu có hàm lượng -POM khác nhiệt độ 110 oC theo thời gian áp suất khí thuốc sinh mơ tả đồ thị Hình 3.37 3.38 So sánh mức độ sinh khí 600 500 Áp suất (mmHg) M0TB M1TB M2TB M3TB M4TB M5TB 400 300 200 100 001 011 021 Thời gian (h) Hình 3.37 Đồ thị phụ thuộc áp suất theo thời gian 110oC Hình 3.37 cho thấy, mẫu M0 áp suất tăng không nhiều sau thời gian thử nghiệm, đường phụ thuộc P-t mẫu M0TB nằm cùng, gần nằm ngang Nhưng với 4% γ-POM (mẫu M1) đường cong P-t trở nên dốc (đường M1TB) xu hướng dốc hơn, cao thể rõ với lượng γ-POM lớn (8%-M2, 12%-M3, 16%-M4 20%-M5) Hình 3.38 Ảnh hưởng tỷ lệ %γ-POM/%Cen2 đến tốc độ sinh khí Hình 3.38 cho thấy mẫu có hàm lượng γ-POM (tỷ lệ hàm lượng % POM/% Cen2) cao, áp suất khí TP sinh có giá trị cao 20 Kết hồi quy liệu cho thấy quy luật hàm mũ tương đồng với thay đổi tốc độ tăng khí, kết tổng hợp Bảng 3.13 Bảng 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ %γ-POM/%Cen2 đến tốc độ sinh khí Phƣơng trình hồi Các tham số x quy: y  a  b  c Nhiệt độ (oC) a b c 90 0,5720 1,6793 0,6404 100 3,22134 2,30563 0,91492 110 28,0285 23,1612 0,92589 120 121,6261 106,1588 0,82982 Trong Bảng 3.13 thông số a giá trị tốc độ tăng áp suất tới hạn thử nghiệm LAVA, a thay đổi lớn tăng nhiệt độ Thử nghiệm 110oC, giá trị tốc độ tăng áp suất lớn 28 mmHg/h dừng thí nghiệm 3.4.3 Ảnh hưởng γ-POM đến thời gian chịu nhiệt TP Sự phụ thuộc thời gian chịu nhiệt (thời gian đạt điểm gãy) mẫu theo tỷ lệ -POM/Cen2 nhiệt độ khác đưa Hình 3.39 Hình 3.39 Sự ảnh hưởng γ-POM đến thời gian chịu nhiệt mẫu Hình 3.39 cho thấy, 90oC tăng hàm lượng γ-POM thời gian kết thúc thí nghiệm nhỏ, nhiệt độ lớn hơn, thời gian đạt điểm gãy giảm đáng kể (đường phụ thuộc hạ xuống thấp) 3.4.4 Ảnh hưởng γ-POM đến áp suất khí sinh điểm gãy Sự phụ thuộc áp suất khí sinh điểm gãy theo tỷ lệ %POM/%Cen2 Hình 3.40 21 Hình 3.40 Ảnh hưởng hàm lượng γ-POM đến áp suất điểm gãy 3.5 Ứng dụng thiết kế đơn thành phần TP bình tích áp TLPKTT 3.5.1 Tính tốn thiết kế đơn thành phần Xác lập đơn thành phần TP dùng cho bình tích áp TLPKTT Bảng 3.14 Bảng 3.14 Thành phần TP cho bình tích áp TLPKTT TT Thành phần cấu tử Yêu cầu Hàm lượng nitrocellulose (N=12,05), % 45 ÷ 54 Hàm lượng nitroglycerin, % 27 ÷ 36 Hàm lượng γ-POM, % Hàm lượng phtalate đồng chì, %, khơng nhỏ Hàm lượng centralite số 2, % 1,2÷1,9 Hàm lượng dibutyl phtalate, % 1,8÷2,8 12±1,5 1,2 Hàm lượng vaseline, % 0,9÷1,6 3.5.2 Chế tạo TP dùng cho bình tích áp TLPKTT Thành phần phối liệu nitromas Bảng 3.15 Bảng 3.15 Thành phần phối liệu nitromas TT Hạng mục Đơn vị Lƣợng phối liệu Hàm lượng NG % 31,5 Hàm lượng NC % 48,5 % 12,0 Hàm lượng -POM Hàm lượng Vaseline % 1,1 Hàm lượng DBP % 2,4 Hàm lượng centralite No2 % 1,8 Hàm lượng phthalate đồng chì % 1,7 Hàm lượng stearate kẽm % 0,03 Thỏi TP sau chế tạo đưa Bảng 3.16 22 Bảng 3.16 Kết phân tích tiêu kỹ thuật sản phẩm chế thử Kết phân tích TT Hạng mục Hàm lượng NG, % 30,2 Hàm lượng dibutyl phtalat, % 2,0 Hàm lượng centralite II, % 1,61 Hàm lượng vaseline, % 0,93 Nhiệt lượng cháy, kcal/kg 809,1 An định hóa học theo Vi-ây lặp 10 chu kỳ, Tốc độ cháy, mm/s 59 10 phút 5,38 3.5.3 Kết thử nghiệm tính thuật phóng TP Kết thể Bảng 3.17, Hình 3.42 Hình 3.43: Hình 3.42 Kết thử nghiệm TP Hình 3.43 Kết thử nghiệm TP nước chế thử Bảng 3.17 Kết thử nghiệm so sánh tính xạ thuật TT TP Áp suất lớn nhất, Pmax bar Yêu cầu TP nước TP chế thử < 240 175,36 151,27 Thời gian cháy, s > 11 13,90 12,46 Áp suất trung bình đoạn ổn định, Ptb, bar < 95 78,27 88,23 Kết thử nghiệm Bảng 3.17 cho thấy, thỏi TP chế thử có thời gian cháy 12,46 s (lớn 11 s) đạt yêu cầu đề 23 KẾT LUẬN Với nội dung thực Luận án đạt kết đóng góp sau: Những kết a) Đã nghiên cứu tương hợp của -POM với số hợp phần thuốc phóng (NC, xentralit No2, DBP vazolin) thuốc phóng ballistic phương pháp DSC, VST TGA Kết nghiên cứu cho thấy, -POM hoàn toàn tương hợp hoá học với NC, xentralit No2, DBP, vazolin thuốc phóng ballistic Kết góp phần khẳng định rằng, sử dụng -POM thành phần thuốc phóng ballistic b) Đã nghiên cứu ảnh hưởng -POM đến nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy tốc độ cháy thuốc phóng keo ballistic Kết nghiên cứu cho thấy, tăng hàm lượng -POM thuốc phóng làm giảm nhiệt lượng, giảm tốc độ cháy tăng thể tích khí cháy Cụ thể là, tăng hàm lượng -POM lên % làm nhiệt lượng cháy giảm trung bình 11,557 kcal/kg, tốc độ cháy giảm trung bình 0,21 mm/s (ở 80 atm), thể tích khí cháy tăng trung bình 4,19 ml/g tính hệ số nhiệt hoá thực nghiệm  -POM -4,59 (kcal/(kg  %)) Bên cạnh đó, kích thước hạt -POM loại xúc tác có ảnh hưởng đến tốc độ cháy thuốc phóng Kết nghiên cứu cho thấy, nên sử dụng kích thước hạt khơng 45μm xúc tác phthalate đồng chì phù hợp cho điều chỉnh tốc độ cháy thuốc phóng bình tích áp tên lửa phịng khơng tầm thấp c) Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng -POM đến độ bền kéo, nén thuốc phóng Kết nghiên cứu cho thấy, -POM khơng tạo liên kết hóa học với thuốc phóng đóng vai trị chất độn trơ Khi phối liệu -POM thuốc phóng, hàm lượng -POM nên lựa chọn không 12 %, thuốc phóng đảm bảo độ giãn dài đạt % d) Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng -POM đến độ an định hoá học thuốc phóng phương pháp áp kế (LAVA) Kết nghiên cứu cho thấy, có mặt -POM làm giảm độ an định thuốc phóng keo ballistic Điều thể qua tăng lượng tạo khí, tăng áp suất, giảm thời gian chịu nhiệt thuốc phóng keo ballistic rõ rệt tăng hàm lượng -POM thử nghiệm LAVA Trên sở kết nghiên cứu, đưa khuyến nghị thơng số quy trình đo an định cho TP ballistic có sử dụng -POM sau: nhiệt độ 110oC; thời gian không 13,5 h; áp suất giới hạn 282 mmHg; tốc độ tăng áp suất (Wgh) không 28 mmHg/h e) Đã ứng dụng kết nghiên cứu thiết kế 01 đơn thành phần TP dùng cho bình tích áp TLPKTT Kết thử nghiệm cho thấy, sản phẩm 24 thỏi TP chế thử đạt tiêu kích thước, hình dạng, lượng thử nghiệm động mẫu đạt yêu cầu xạ thuật Những đóng góp luận án a) Bằng phương pháp DSC, TGA, VST chứng minh tương hợp -POM với cấu tử thuốc phóng ballistic (NC No3, DBP, vaseline, centralite No2) thực nghiệm xác định hệ số nhiệt hoá  -POM -4,59 (kcal/(kg  %)) b) Đã đưa quy luật ảnh hưởng -POM đến độ bền kéo nén, độ an định, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy tốc độ cháy thuốc phóng ballistic áp suất khác c) Bước đầu ứng dụng kết nghiên cứu thiết kế đơn thành phần chế tạo thỏi thuốc phóng dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT Kết cho thấy, thỏi thuốc phóng chế thử có tính đạt yêu cầu kỹ thuật đề (kích thước, hình dạng, đặc trưng lượng tiêu xạ thuật) Hướng nghiên cứu luận án a) Nghiên cứu tìm phương pháp phù hợp để xác định khả tương hợp polyme với hợp phần TP ballistic dùng cho tên lửa b) Nghiên cứu chủng loại xúc tác, kích thước (nano), chế hoạt động giảm tốc độ cháy để làm sở nghiên cứu, sản xuất loại thuốc phóng keo có -POM cháy áp suất thấp c) Nghiên cứu xây dựng quy trình phương pháp áp kế để đánh giá độ an định thuốc phóng có chất sinh khí DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Duong Ngoc Co, Pham Van Toai, Nguyen Manh Tuong, Le Duy Binh, Nguyen Trung Toan (2020), “Researching on the compatibility of polyoxymethylene and energetic materials”, (CASEAN-6) 6th Academic conference on natural science for young scientists, master and PhD students from Asean contries, 23-26 Oct 2019, pp 177-182 Dương Ngọc Cơ, Phạm Văn Toại, Nguyễn Mạnh Tường, Phạm Kim Đạo, (2020), “Nghiên cứu ảnh hưởng -polyoxymethylene đến độ bền học thuốc phóng nitroxenlulo nitroglyxerin”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, số 9-2020, pp 112-117 Dương Ngọc Cơ, Phạm Văn Toại, Nguyễn Mạnh Tường, Lê Duy Bình, Phạm Kim Đạo (2020), “Nghiên cứu ảnh hưởng  - Polyoxymethylene đến nhiệt lượng cháy, tốc độ cháy thể tích khí cháy thuốc phóng hai gốc sở nitroxenlulo nitroglyxerin”, Tạp chí Hố học, T.58, số 5E1,2, pp 121-125 Dương Ngọc Cơ, Phạm Văn Toại, Nguyễn Mạnh Tường, Phạm Kim Đạo (2020), “Nghiên cứu tương hợp hoá học Nitroxenlulo với  - Polyoxymethylene”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, số 71 (02-2021), trang 110-115 Dương Ngọc Cơ, Phạm Văn Toại, Nguyễn Mạnh Tường, Phạm Quang Hiếu (2021), Nghiên cứu xây dựng đơn thành phần thuốc phóng ứng dụng cho bình PAD tên lửa phịng khơng tầm thấp (tương đương thỏi thuốc 9X154 Nga), Tạp chí Hố học Ứng dụng, số 2(57)/2021, trang 19-22 ... tử TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến tính chất hố lý TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến tốc độ cháy TP; - Nghiên cứu ảnh hưởng - POM đến khả sinh khí TP; - Ứng dụng kết nghiên cứu thiết... phần thuốc phóng ballistic b) Đã nghiên cứu ảnh hưởng -POM đến nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy tốc độ cháy thuốc phóng keo ballistic Kết nghiên cứu cho thấy, tăng hàm lượng -POM thuốc phóng. .. 3.21 Ảnh hưởng hàm lượng PbO đến tốc độ cháy TP 3.3.3.3 Ảnh hưởng salicylate chì đến tốc độ cháy TP Kết đo tốc độ cháy TP dùng xúc tác salicylate chì áp suất khác đưa Bảng 3.12 Bảng 3.2 Tốc độ cháy