CHO THỎI NHIÊN LIỆU RẮN HỖN HỢP DO NGA CHẾ TẠO
Vật liệu chống cháy cho nhiên liệu rắn hỗn hợp do Nga chế tạo có dạng ống trụ trịn với tổng chiều dài là ≈ 650mm, đường kính ngồi ≈ 65mm, đường kính trong ≈ 62mm được chia thành 2 phần: phần trụ thân có tổng chiều dài ≈ 605mm, phần cốc trụ đáy dài ≈45mm. Phần trụ thân được ghép nối với phần cốc trụ đáy bằng 1 lớp keo đặc biệt có khả năng hóa rắn cùng với q trình hóa rắn cho thỏi nhiên liệu. Phần trụ thân và cốc trụ đáy có mầu nâu nhạt, đã được chế tạo hoàn chỉnh từ trước. Nhiên liệu rắn hỗn hợp sẽ được đúc rót thẳng vào trong lịng của lớp vật liệu chống cháy này ở nhiệt độ cao trong điều kiện có hút chân khơng. Bám dính giữa bề mặt của thỏi nhiên liệu với bề mặt trong của vật liệu chống cháy được giải quyết bằng một lớp keo đặc biệt đã được quét sẵn lên bề mặt trong của lớp vật liệu chống cháy trước khi đúc rót nhiên liệu ít nhất 48 giờ.[8,1]
Hình 3.1 – Hình ảnh vỏ chống cháy cho nhiên liệu rắn hỗn hợp
Ở áp suất bình thường, dưới tác dụng của ngọn lửa, lớp vỏ chống cháy cho nhiên liệu rắn hỗn hợp cháy đều, khói đen, phần tro rất mịn và ít. Khi tách ra khỏi nguồn lửa, ngọn lửa trên vật liệu sẽ tự tắt sau 10 đến 15 giây nhưng vẫn duy trì hiện
tượng cháy khơng tạo thành ngọn lửa trên vật liệu khoảng 20 đến 25 giây. Chỉ số oxy của lớp chống cháy này bằng 23,7.
Để xác định được bản chất của vật liệu chống cháy cho thỏi nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp của Nga, đề tài tiến hành phân tích phổ hồng ngoại của mẫu vật liệu, các peak đặc trưng của mẫuđược trình bày trong hình 3.2 sau [4]:
Hình 3.2 – Phổ hồng ngoại của chất chống cháy do Nga chế tạo
- Peak ở vị trí 3422cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm – OH
- Peak ở vị trí 2921cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm metylen – CH2 – - Peak ở vị trí 2238cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của nhóm chức R – C ≡ N - Peak ở vị trí 1203cm-1 đặc trưng cho mạch butadien – C = C – C –
- Peak ở vị trí 968,58cm-1 đặc trưng cho vòng benzen thế 3 lần (a):
Từ kết quả phân tích phổ hồng ngoại mẫu vật liệu chống cháy của Nga cho thấy, mẫu vật liệu có chứa các nhóm chức đặc trưng như: - OH, - C ≡ N,mạch butadienvà các tác nhân thế tri trong vòng benzen... Kết hợp với tham khảo tài liệu kỹ thuật của sản phẩm do đối tác Nga cung cấp thì vật liệu chống cháy được chế tạo trên cơ sở cao su nitril NBR 26 có phối trộn với họ nhựa phenol focmandehyt trong thành phần vật liệu chống cháy của Nga.
Khả năng bền nhiệt và hàm tro của vật liệu chống cháy cho thỏi nhiên liệu rắn hỗn hợp có ý nghĩa quan trọng trong vấn đề thiết kế chế tạo động cơ của vật thể bay. Vật liệu có độ bền nhiệt cao, hàm tro thấp sẽ cho phép động cơ hoạt động ổn định trong giải áp suất và nhiệt độ theo thiết kế ban đầu. Ngược lại khi vật liệu có hàm tro lớn thì rất dễ gây ra hiện tượng tắc lỗ loa phụt khi động cơ làm việc, dễ dẫn đến áp suất trong động cơ tăng lên đột ngột gây cháy nổ động cơ. Để đánh giá khả năng bền nhiệt và xác định hàm tro của vật liệu, mẫu vật liệu được khảo trên thiết bị phân tích nhiệt TGA, kết quả thu được được trình bày trên hình 3.3
Từ kết quả này ta nhận thấy Quan sát giản đồ TGA của vật liệu chống cháy của Nga chế tạo cho thấy mẫu vật liệu có khả năng bền nhiệt khá tốt. Mẫu vật liệu có 2 vùng phân hủy rõ ràng, là khoảng 3500C- 4700C và 4700C- 5500C , ứng với cực đại ứng phân hủy ở 2 nhiệt độ 414,690C (độ suy giảm khối lượng là 35,8%) và 533,660C (độ suy giảm khối lượng là 59,9%).
Kết quả phân tích nhiệt cịn cho thấy phần tro cuối của quá trình phân hủy mẫu xấp xỉ 5% (ở trên 5500), chứng tỏ trong thành phần vật liệu hàm lượng chất độn vô cơ là nhỏ. Điều này phù hợp với đặc điểm của vật liệu chống cháy được giới thiệu trong phần tổng quan.
Hình 3.3 - Giản đồ phân tích nhiệt của chất chống cháy do Nga chế tạo
Bên cạnh đó,tiếp tục phân tích sự biến đổi của vật liệu thơng qua nhiệt độ thủy tinh hóa trên giản đồ DSC như sau:
Hình 3.4 – Giản đồ DSC của chất chống cháy do Nga chế tạo
Ta thấy vật liệu có nhiệt độ thủy tinh hóa Tg (1) = 71,96oC, chứng tỏ phần nhựa họ phenol focmandehyt chiếm tỉ lệ khá cao đồng thời phần vật liệu chịu nhiệt chiếm tỉ lệ rất thấp trong thành phần của loại vật liệu chống cháy này.
Cũng trên giản đồ DSC cho thấy, ngồi Tg (1) như đã nói ở trên còn xuất hiện hai giá trị Tg nữa là Tg (2) ở -5 0C và Tg (3) ở – 55 0 C. Mặc dù có hiệu ứng nhiệt rất nhỏ nhưng sự xuất hiện của hai giá trị Tg (2) và Tg (3) chứng tỏ rằng vật liệu chống cháy cho nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp của tên lửa IGLA không phải là đơn chất mà là một hệ blend giữa cao su kết hợp với nhựa và các bột độn khác. Đặc biệt, sự xuất hiện Tg (3) ở - 55 0 C là vùng nhiệt độ thủy tinh hóa đặc trưng của cao su nitril cho thấy kết quả phân tích phổ IR và TGA nói trên là hợp lý.
Và để xác định bản chất hóa học và thành phần của một số loại bột độn có trong vật liệu chống cháy do Nga chế tạo, chúng tôi đã sử dụng phương pháp chụp
phổ EDX chụp các mẫu do của Nga. Các kết quả chụp EDX tại các vị trí khác nhau như sau:
Hình 3.6 - Kết quả chụp EDX mẫu vật liệu chống cháy của Nga (Vị trí 2)
Kết quả chụp EDX tại 2 vị trí đặc trưng trên bề mặt mẫu vật liệu chống cháy do Nga chế tạo đều cho thấy thành phần hóa học của vật liệu chủ yếu là các chất
hữu cơ, thành phần bột độn vô cơ chiếm tỷ lệ rất nhỏ: Tổng khối lượng thành phần Cacbon và oxy chiếm khoảng từ 96 đến 97% ; Tổng khối lượng thành phần bột độn vô cơ chiếm dưới 5%, chủ yếu là hợp chất của nhôm và Molipden. Kết quả này khá phù hợp với kết quả phân tích nhiệt ở trên cho phép khẳng định vật liệu chống cháy do Nga chế tạo sử dụng rất ít bột độn. Cũng từ kết quả này cho phép nhận định, hợp chất của Nhôm trong thành phần vật liệu chống cháy của Nga có vai trị là phụ gia chống cháy, hợp chất của Molipden có vai trị như một phụ gia cơng nghệ nhằm tăng cường khả năng cán luyện, dàn trải thành tấm phẳng và khả năng dễ tháo khuôn cho sản phẩm sau khi ép.
Dựa trên các tài liệu tham khảo, các tiêu chuẩn và các phép đo đạc tính năng kỹ thuật của mẫu vật liệu chống cháy của Nga, kết quả được đưa ra ở bảng 3.1:
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu chống cháy do Nga chế tạo
Tên chỉ tiên Mẫu chống cháy do Nga chế tạo
Cao su nền để chế tạo vật liệu -
Độ bền kéo đứt, kG/cm2. không nhỏ hơn 130 đến 150
Độ dãn đến đứt, không nhỏ hơn 33,0
Độ dãn dư, % 6
Độ cứng, ShoreA 96-98
Thời gian làm việc, giây 9-11 Chỉ số Oxy, L.O.I 23.7 Hàm lượng tro, % 4.5-5.5
Khối lượng riêng ( g/ cm3) 1,23 Như vậy, qua việc tham khảo tài liệu, kết hợp với phân tích khảo sát mẫu vật liệu chống cháy cho nhiên liệu rắn hỗn hợp do Nga chế tạo có thể rút ra một số nhận
- Vật liệu chống cháy cho nhiên liệu rắn hỗn hợp do Nga chế tạo trên cơ sở cao su nitril NBR-26 có phối trộn với nhựa phenol phocmandehyt.
- Vật liệu có độ bền cơ lý tốt: độ bền kéo đứt 130 kG/cm2, chỉ số oxy 23,7, hàm tro xấp xỉ 5% .
- Thời gian làm việc 9 - 11 giây.