Cỏc mẫu thử được chuẩn bị cú thành phần như trong bảng 3.2 (HN-01, HN-02, HN-03) đều chứa 2% hợp chất cao phõn tử được nộn ộp trong ống
kim loại hỡnh trụ, kớch thước Φ10mm x 40mm như khi chế tạo thỏi THT Cỏc mẫu thử được đốt ngoài khụng khớ, nhiệt độ 28oC, độ ẩm 85%, cỏch sensor thiết bị đo phổ hồng ngoại SR-5000 là 5m.
Cỏc phổ hồng ngoại được ghi tự động như trỡnh bày trờn hỡnh 3.9.
(THT với 2% PVC) C ướ ng độ ph ỏt x ạ , W /cm 2 Bước súng, àm
(THT với 2% NC) C ướ ng độ ph ỏt x ạ , W /cm 2 Bước súng, àm
(THT với 2% PVAc)
Hỡnh 3.9: Phổ hồng ngoại của cỏc mẫu THT sử dụng chất kết dớnh khỏc nhau
So sỏnh cường độ phỏt xạ của cỏc mẫu THT sử dụng cỏc chất kết dớnh PVC, PVAc và NC theo phổ hồng ngoại, kết quả trỡnh bày trờn bảng 3.5.
C ướ ng độ ph ỏt x ạ , W /cm 2 Bước súng, àm
Bảng 3.5: So sỏnh cường độ phỏt xạ hổng ngoại cực đại của THT sử dụng chất kết dớnh PVC, PVAc và NC ở cỏc dải phổ.
Cường độ phỏt xạ hồng ngoại cực đại (W/cm2) TT mẫu Chất kết dớnh Hàm lượng Dải 3ữ5 àm Dải 8ữ14 àm 1 PVC 2% 0,083 ữ 0,120 0,030 ữ 0,046 2 NC 2% 0,056 ữ 0,105 0,020 ữ 0,030 3 PVAc 2% 0,133 ữ 0,228 0,030 ữ 0,045
Qua bảng 3.5 và hỡnh 3.9 thấy rằng cỏc mẫu đều phỏt ra bức xạ vựng hồng ngoại 3-5àm và 8-14àm. Cỏc đỉnh phổ phỏt xạ hồng ngoại thể hiện cường độ phỏt xạ hồng ngoại cực đại, 3 đường cong phổ phỏt xạ khỏc nhau thể hiện số liệu ở 3 thời điểm khỏc nhau với thời gian lặp là 0,5 giõy. Cỏc đỉnh phổ cho thấy, mẫu chứa PVAc cho phổ hồng ngoại cú cường độ mạnh hơn ở cả hai vựng 3-5àm và 8-14àm, tiếp đến là mẫu THT cú chứa PVC và thấp nhất là mẫu chứa NC.
Kết luận
Trờn cơ sở cỏc nghiờn cứu trờn thấy rằng, với cựng tỷ lệ chất kết dớnh là 2% đối với cỏc cao phõn tử PVC, NC, PVAc khụng làm thay đổi nhiều đặc trưng năng lượng và phỏt xạ hồng ngoại do tỷ lệ thành phần của chỳng trong THT khụng cao. Vựng phổ phỏt xạ hồng ngoại của cỏc mẫu THT trong dải 3- 14àm, chủ yếu ở trong dải 3-5àm và 8-14àm. Khi thay đổi chất kết dớnh, độ bền hoỏ học và cơ học của THT cú thay đổi, trong đú chất kết dớnh PVC cho độ bền cơ học cao nhất và khả năng hỳt ẩm nhỏ nhất. Về phỏt xạ hồng ngoại, mẫu cú chứa chất kết dớnh PVAc cú cường độ phỏt xạ lớn nhất ở vựng 3-5àm, cũn ở vựng 8-14àm thỡ chờnh lệch khụng nhiều so với chất kết dớnh PVC và NC.
năng lượng đó cú sự thay đổi đỏng kể, độ bền hoỏ – lý của THT tăng lờn, sự khỏc biệt cỏc đặc trưng hoỏ – lý rừ ràng hơn. Tuy nhiờn, cỏc đặc trưng của THT thay đổi vẫn tuõn theo quy luật như ở THT cú chất kết dớnh tỷ lệ là 2% . Như vậy, với cỏc mẫu THT đó khảo sỏt, sơ bộ cú thể chọn PVC làm chất kết dớnh cho THT phỏt xạ hồng ngoại vỡ cú đặc trưng năng lượng đỏp ứng yờu cầu, cho đặc trưng hồng ngoại tương đương hai chất kết dớnh PVAc và NC nhưng cú độ bền cơ học lớn nhất, khả năng hỳt ẩm nhỏ nhất.
3.3. Nghiờn cứu ảnh hưởng hàm lượng chất kết dớnh cao phõn tử
3.3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dớnh đến kết cấu cỏc viờn (hay hạt) phụi THT
Đơn pha chế cho THT phỏt xạ hồng ngoại trờn cơ sở hỗn hợp của hai muối kali peclorat, kali nitrat với bo, silic, hợp kim nhụm-magiờ. Tỷ lệ thành phần như ở mục 3.1.3 trang 68: Kali peclorat: 15%; Kali nitrat: 29%; Bo: 8%; Silic: 8%; Hợp kim nhụm-magiờ: 40%. PVC được thờm vào với tỷ lệ phần khối lượng 2%, 5%, 7% và 10%.
Hỗn hợp trờn được chuẩn bị, trộn đều qua cỏc bước cụng nghệ trộn khụ và trộn ướt, tạo thành hạt phụi hỗn hợp cú kớch thước 0,6 – 1,0mm, sau đú được chụp ảnh SEM để nghiờn cứu trạng thỏi bề mặt mẫu.
(2% PVC) (5% PVC)
(7% PVC) (10% PVC)
Hỡnh 3.9: Ảnh SEM cỏc hạt phụi THT phỏt xạ hồng ngoại cú hàm lượng chất kết dớnh PVC khỏc nhau
Qua ảnh hạt phụi THT thấy rằng khi hàm lượng chất kết dớnh tăng, chất oxy hoỏ và chất chỏy kim loại được bao phủ tốt hơn, chặt khớt hơn. Chớnh vỡ vậy khả năng xõm nhập ẩm khú hơn và độ bền cơ lý tăng lờn.
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dớnh cao phõn tử đến cỏc đặc trưng hoỏ- lý
Hàm lượng chất kết dớnh trong cỏc THT thụng thường khụng vượt quỏ 10-12% [40]. Hàm lượng cao hơn sẽ ảnh hưởng khụng cú lợi đến đặc trưng năng lượng. Trong cỏc mẫu nghiờn cứu THT phỏt xạ hồng ngoại, chất kết dớnh PVC được thay đổi từ 1% đến 10%. Cỏc hỗn hợp được chế tạo thành hạt
phụi, sau đú ộp thành cỏc thỏi hỡnh trụ và tiến hành xỏc định cỏc thụng số hoỏ lý và độ bền cơ lý.
Độ bền cơ học của THT phỏt xạ hồng ngoại được xỏc định qua kết quả đo lực nộn gõy vỡ mẫu hỡnh trụ.
Mẫu thử được tạo ra như sau:
Lượng hạt phụi THT: (900 ± 5)mg Áp lực nộn: 1.500 KG/ cm2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mẫu hỡnh trụ cú kớch thước φ 10,4 mm, cao 6,9 mm .
Điều kiện thử đo lực nộn gõy vỡ: Tốc độ nộn của mỏy thử độ bền cơ lý: 100mm/ phỳt.
Cỏc thụng số hoỏ – lý: nhiệt lượng chỏy, thể tớch sản phẩm khớ, nhiệt độ bựng chỏy, lực nộn vỡ của cỏc mẫu thử được đo đạc theo phương phỏp đo nờu trong chương 2, trỡnh bày trong bảng 3.6 và biểu đồ hỡnh 3.10.
Bảng 3.6: Quan hệ cỏc thụng số húa lý THT với hàm lượng chất kết dớnh PVC Hàm lượng PVC (%) Nhiệt lượng chỏy (cal/g) Thể tớch sản phẩm khớ (ml/g) Nhiệt độ bựng chỏy (0C) Lực nộn vỡ (N) 1 1.437,21 120,68 466 75 2 1.390,45 125,67 464 105 5 1.387,94 136,51 462 125 7 1.246,94 148,48 462 145 10 1.169,25 175,07 460 150
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% Hàm lượng PVC (%)
Nhiệt lượng chỏy
Thể tớch sản phẩm khớ
Nhiệt độ bựng chỏy
Hỡnh 3.10: Biểu đồ biến thiờn nhiệt lưọng chỏy, thể tớch sản phẩm khớ, nhiệt độ bựng chỏy của cỏc mẫu THT cú hàm lượng PVC khỏc nhau
Từ kết quả bảng 3.6 và biểu đồ hỡnh 3.10 thấy rằng khi tăng hàm lượng chất kết dớnh từ 1% lờn 10% thỡ lực nộn gõy vỡ trụ THT tăng từ 75N lờn 150N. Điều đú chứng tỏ rằng hàm lượng chất kết dớnh tăng, cỏc cấu tử được bao phủ tốt hơn, tăng khả năng nộn ộp THT và tăng liờn kết trong khối THT.
Kết quả cũng cho thấy độ nhạy với xung nhiệt (thể hiện qua nhiệt độ bựng chỏy) của hỗn hợp giảm dần khi tăng hàm lượng PVC. Sở dĩ như vậy vỡ cỏc chất chỏy kim loại trong THT thường cú nhiệt độ bựng chỏy cao, chẳng hạn TbcAl > 8000C,Tbc B > 9000C và TbcSi > 9000C... Khi tăng hàm lượng chất kết dớnh, PVC cú nhiệt độ bựng chỏy thấp hơn cỏc chất chỏy kim loại, làm cho hỗn hợp cú nhiệt độ bựng chỏy thấp đi nhưng sự chờnh lệch này là khụng nhiều.
Khi tăng hàm lượng chất kết dớnh, nhiệt lượng chỏy của hỗn hợp giảm. Nguyờn nhõn là do bản thõn chất kết dớnh là chất chỏy cho năng lượng thấp hơn so với cỏc chất chỏy kim loại.
Tăng hàm lượng chất kết dớnh cũng làm tăng thể tớch sản phẩm chỏy dạng khớ. Điều này lý giải là do chất kết dớnh PVC khi chỏy tạo thành CO,
Nhi ệ t l ượ ng ch ỏy ( ca l/ g) Th ể tớch s ả n ph ẩ m khớ (ml/ g) Nhi ệ t độ bựn g chỏy ( o C)
CO2, H2O (hơi), HCl, Cl2... là những sản phẩm ở dạng khớ. Trong khi đú cỏc kim loại khi chỏy tạo ra cỏc oxit kim loại hầu hết ở dạng rắn.
Túm lại, khi tăng tỷ lệ chất chỏy – kết dớnh PVC, nhiệt độ bựng chỏy, nhiệt lượng chỏy của hỗn hợp THT giảm cũn độ bền nộn và thể tớch khớ thỡ tăng lờn.
3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dớnh PVC đến phổ phỏt xạ
hồng ngoại
Cỏc mẫu THT với hàm lượng PVC khỏc nhau được đốt chỏy trong khụng khớ ở nhiệt độ 28oC, độ ẩm 85%, cỏch sensor thiết bị đo phổ hồng ngoại SR-5000 là 5m. Cỏc phổ hồng ngoại được ghi tự động, thể hiện trờn hỡnh 3.11.
(a) (b)
(c) (d)
Hỡnh 3.11: Phổ hồng ngoại của cỏc mẫu THT cú hàm lượng PVC khỏc nhau:
Qua hỡnh 3.11 thấy rằng cỏc mẫu chế tạo khi chỏy, cơ bản đều phỏt ra vựng hồng ngoại từ 3-14 àm, tập trung ở 3-5 àm và 8-14 àm. Khi tăng hàm lượng chất kết dớnh, phổ hồng ngoại cú sự dịch chuyển một chỳt về phớa hồng ngoại cú bước súng lớn hơn: đỉnh súng 3,5 àm; 4,5 àm và 7,8 àm dịch chuyển gần đến đỉnh 4 àm, 5àm và 8 àm. Cường độ phỏt xạ cú thay đổi nhưng khụng nhiều, cường độ vựng 3-5 àm giảm đi trong khi cường độ vựng 8-14 àm tăng lờn. Nguyờn nhõn chủ yếu là do nhiệt độ chỏy bị giảm đi khi hàm lượng chất kết dớnh tăng, đẩy phổ phỏt xạ hồng ngoại về phớa bước súng dài hơn theo qui luật dịch chuyển Wien. Tuy nhiờn do hàm lượng chất kết dớnh trong THT khụng lớn nờn sự thay đổi hàm lượng chất kết dớnh khụng ảnh hưởng nhiều đến vựng phổ và cường độ phỏt xạ hồng ngoại.
Kết luận
Từ những kết quả nghiờn cứu thu được cho thấy rằng khi hàm lượng chất kết dớnh PVC từ 1% tăng lờn đến 10%, vật liệu cú cấu trỳc chặt hơn nờn độ bền nộn của THT tăng (từ 75N lờn đến 150N). Đồng thời, khi hàm lượng chất kết dớnh PVC tăng thỡ nhiệt lượng chỏy, nhiệt độ bựng chỏy giảm trong khi đú thể tớch sản phẩm khớ tăng. Hàm lượng PVC tăng, phổ hồng ngoại khi chỏy của THT cú dịch chuyển nhẹ, cường độ vựng 3-5 àm giảm đi và vựng 8-14 àm tăng lờn. Từ những nghiờn cứu với cỏc mẫu THT trờn cú thể chọn hàm lượng kết dớnh PVC từ 5 - 7% là phự hợp với yờu cầu của THT phỏt xạ hồng ngoại.
3.4. Nghiờn cứu lựa chọn khối lượng phõn tử của chất kết dớnh PVC phự hợp với chế độ cụng nghệ
3.4.1. Ảnh hưởng của khối lượng phõn tử PVC đến độ nhớt, thời gian hoà tan và độ xuyờn kim của hỗn hợp
Cỏc mẫu PVC cú KLPT khỏc nhau (theo xỏc định của nhà sản xuất) được cõn với lượng bằng nhau, hoà tan trong cựng lượng hỗn hợp dung mụi (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
xyclohecxanon và metyletylxeton để đạt dung dịch 5%. Thời gian hoà tan tớnh từ lỳc bắt đầu cho chất vào dung mụi đến khi hoà tan hoàn toàn. Sau khi hoà tan kết thỳc, pha loóng thành dung dịch 1%, tiến hành đo độ nhớt.
Dung dịch PVC 5% được trộn với cỏc cấu tử chất oxi húa, chất chỏy theo đơn thành phần nghiờn cứu như trờn, trộn liờn tục trong vũng 20 phỳt rồi đo độ xuyờn kim. Kết quả về thời gian hoà tan, độ nhớt của dung dịch PVC, độ xuyờn kim của THT được nờu trong bảng 3.7.
Bảng 3.7: Độ nhớt, thời gian hoà tan và độ xuyờn kim của cỏc mẫu thử dựng PVC cú KLPT khỏc nhau
Số TT mẫu
Khối lượng phõn tử PVC
Thời gian hoà tan (giõy) Độ nhớt (cP) Độ xuyờn kim của THT (giõy) 1 43.000 30 11,18 267 2 62.000 35 16,72 286 3 80.000 55 17,41 290 4 97.000 110 24,26 317 5 223.000 230 46,87 274
* Độ xuyờn kim ở đõy quy ước là thời gian lỳn kim vào hỗn hợp (sec)
Qua bảng 3.7 thấy rằng, khối lượng phõn tử của PVC tăng, thời gian hoà tan, độ nhớt của dung dịch tăng. Độ nhớt tăng từ 11,1772 cP đến 46,8692 cP, thời gian hoà tan tăng từ 30s đến 230s, độ xuyờn kim tăng từ 267s đến 317s khi KLPT của PVC tăng từ 43.000 đến 223.000. Riờng mẫu PVC 223.000 cú độ xuyờn kim giảm xuống đến 274s. Điều này rất quan trọng cho việc thiết lập chế độ cụng nghệ chế tạo THT. Chất kết dớnh PVC cú khối lượng phõn tử phự hợp hoà tan nhanh, cú độ nhớt hợp lý, dễ pha trộn với cỏc cấu tử chất oxi hoỏ, chất chỏy và cỏc phụ gia khỏc, khụng cần sử dụng với tỷ
lệ lớn hỗn hợp. Với cỏc THT cú độ xuyờn kim nhỏ, độ linh động của hỗn hợp lớn do ma sỏt giảm, thời gian trộn ướt cho hỗn hợp được kộo dài hơn, tạo cho hỗn hợp cú độ đồng đều hơn và an toàn hơn trong cụng nghệ chế tạo THT. Từ cỏc nghiờn cứu về ảnh hưởng của khối lượng phõn tử chất kết dớnh PVC, để phự hợp với yờu cầu về cụng nghệ chế tạo THT cú thể chọn PVC cú khối lượng phõn tử là 80.000.
3.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng phõn tử chất kết dớnh PVC đến kết cấu cỏc viờn (hay hạt) phụi thuốc hoả thuật
Trờn hỡnh 3.12 dưới đõy là ảnh SEM bề mặt cỏc hạt phụi THT với độ phúng đại ảnh là 4000 lần.
(a) (b) (c) (d) (e) Hỡnh 3.12: Ảnh kớnh hiển vi điện tử quột của hạt phụi THT với chất kết dớnh PVC cú KLPT khỏc nhau: a. PVC 43.000; b. PVC 62.000; c. PVC 80.000; d. PVC 97.000; e. PVC 223.000
Qua ảnh hạt phụi THT thấy rằng khối lượng phõn tử của PVC tăng, khả năng bao phủ tốt hơn. Tuy nhiờn, khi tiếp tục tăng KLPT của PVC sẽ xuất hiện lượng vún cục chẩt kết dớnh PVC, khụng cú tớnh chất bao phủ hạt cấu tử của phụi THT. Điều đú cú thể lý giải là do độ nhớt của dung dịch tăng, khả năng phõn tỏn chất kết dớnh trờn toàn bộ bề mặt cỏc hạt cấu tử khú khăn, xuất hiện một lượng chất kết dớnh khụng cú tỏc dụng bao phủ.
3.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng phõn tử PVC đến đến độ hỳt ẩm và độ
bền nộn của THT
Cỏc mẫu THT sử dụng PVC cú KLPT 43.000, 62.000, 80.000, 97.000 và 223.000 được chế tạo thành hạt phụi, sau đú ộp thành cỏc thỏi hỡnh trụ và tiến hành xỏc định độ hỳt ẩm theo thời gian lưu mẫu ở điều kiện nhiệt độ 25oC, độ ẩm 100% và đo độ bền nộn.
Mẫu hỡnh trụ và điều kiện thử độ bền nộn như sau: Lượng hạt phụi THT: (900 ± 5)mg
Mẫu hỡnh trụ cú kớch thước φ 10,4 mm, cao 6,9 mm . Áp lực nộn tạo mẫu trụ THT: 1.500 KG/ cm2.
Tốc độ nộn của thiết bị đo độ bền nộn: 100mm/ phỳt.
Kết quả đo độ hỳt ẩm và độ bền nộn của cỏc mẫu thớ nghiệm được trỡnh bày trong bảng 3.8.
Bảng 3.8: Độ hỳt ẩm và độ bền nộn của cỏc thỏi THT dựng PVC cú KLPT khỏc nhau Số TT mẫu Khối lượng phõn tử Số ngày lưu mẫu Đụ hỳt ẩm (%) Lực nộn vỡ (N) 5 0,73 151 10 2,17 - 15 3,19 - 1 43.000 20 3,99 - 5 0,58 168 10 1,82 - 15 2,51 - 2 62.000 20 3,21 - 5 0,53 212 10 1,56 - 15 2,24 - 3 80.000 20 2,81 - 5 0,9 219 10 2,55 - 15 3,68 - 4 97.000 20 4,42 - 5 1,65 175 10 3,51 - 15 4,56 - 5 223.000 20 5,25 -
Qua bảng 3.6 thấy rằng khi khối lượng phõn tử của PVC tăng từ 43.000 lờn 80.000 thỡ độ hỳt ẩm của thỏi THT giảm từ 3,99% xuống cũn 2,81%. Khi khối lượng phõn tử tăng tiếp từ 80.000 đến 223.000 thỡ độ hỳt ẩm lại tăng.
KLPT của PVC tăng thỡ lực nộn gõy vỡ trụ hỗn hợp tăng từ 151 N (ở KLPT 43.000) đến 219 N (ở KLPT 97.000) và sau đú lại giảm xuống cũn 175N (ở KLPT 223.000). Về lý thuyết, nếu tiếp tục tăng khối lượng phõn tử của PVC thỡ kết dớnh nội càng lớn nghĩa là độ bền nộn càng cao. Tuy nhiờn, số liệu thử nghiệm cho thấy nếu tăng quỏ giới hạn thỡ độ bền nộn khụng tăng