Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của γ-polyoxymetylen đến các đặc tính cơ-lý-hóa, năng lượng và tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:142

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu khả năng tương hợp, quy luật ảnh hưởng của γ-POM đến độ bền kéo nén, an định hoá học, tốc độ cháy, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy của TP keo hai gốc ballistic trên nền NC và NG; nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tốc độ cháy (chủng loại và hàm lượng) đến tốc độ cháy của TP chứa γ-POM. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kĩ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của γ-polyoxymetylen đến các đặc tính cơ-lý-hóa, năng lượng và tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic

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 -POLYOXYMETYLEN ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CƠ – LÝ – HÓA, NĂNG LƢỢNG VÀ TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG BALLISTIC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2021
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 -POLYOXYMETYLEN ĐẾN CÁC ĐẶC TÍNH CƠ – LÝ – HÓA, NĂNG LƢỢNG VÀ TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG BALLISTIC Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9 52 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Phạm Văn Toại 2. PGS. TS. Nguyễn Mạnh Tƣờng Hà Nội – 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Nghiên cứu sinh Dƣơng Ngọc Cơ
ii LỜI CẢM ƠN Luận án này đƣợc thực hiện và hoàn thành tại Viện Hóa học–Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng và Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới TS Phạm Văn Toại và PGS. TS Nguyễn Mạnh Tƣờng đã tận tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Sự động viên, khuyến khích kịp thời cùng những kiến thức khoa học chuyên ngành sâu đƣợc các thầy cung cấp, chia sẻ là cơ sở, tiền đề và là nguồn động lực to lớn giúp NCS thực hiện và hoàn thành các nội dung nghiên cứu của luận án. NCS trân trọng cảm ơn các Thủ trƣởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; Thủ trƣởng Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Hóa học–Vật liệu, Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; các giảng viên, các nhà khoa học, cùng bạn bè đồng nghiệp đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu. Cuối cùng, NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình, đã thông cảm động viên và chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện cho NCS trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh Dƣơng Ngọc Cơ
iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................... x MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ................................................................................. 5 1.1. Tính chất, thành phần thuốc phóng ballistic ............................................. 5 1.1.1. Khái niệm và thành phần thuốc phóng ballistic................................ 5 1.1.2. Tính chất thuốc phóng keo ballistic .................................................. 9 1.1.3. Thuốc phóng dùng cho bình tích áp (PAD) TLPKTT .................... 28 1.2. Vai trò của -POM trong thuốc phóng .................................................... 30 1.2.1. Khái niệm, phân loại -POM .......................................................... 30 1.2.2. Một số tính chất quan trọng của γ - POM....................................... 32 1.2.3. Khả năng ức chế cháy của - POM trong thuốc phóng ballistic..... 36 1.3. Tƣơng hợp hoá học của thuốc phóng với các chất .................................. 38 1.3.1. Khái niệm chung về tƣơng hợp hoá học trong thuốc phóng .......... 38 1.3.2. Khả năng tƣơng hợp của các chất với thuốc phóng ........................ 39 1.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng - POM trong thuốc phóng keo .............. 41 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................. 41 1.4.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .................................................. 42 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 45 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................. 45 2.2. Hoá chất và thiết bị nghiên cứu .............................................................. 45 2.2.1. Hóa chất .......................................................................................... 45 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu ......................................................................... 46 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................ 47 2.3.1. Phƣơng pháp tạo mẫu thuốc phóng keo.......................................... 47
iv 2.3.2. Phƣơng pháp tạo bề mặt dập cháy thuốc phóng ............................. 49 2.3.3. Các phƣơng pháp nghiên cứu tƣơng hợp ........................................ 51 2.3.4. Phƣơng pháp xác định đặc trƣng năng lƣợng thuốc phóng ............ 53 2.3.5. Các phƣơng pháp xác định độ an định thuốc phóng ...................... 53 2.3.6. Phƣơng pháp đo độ bền kéo nén của thuốc phóng ......................... 53 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 54 3.1. Nghiên cứu tƣơng hợp của - POM với các cấu tử.................................. 54 3.1.1. Khả năng tƣơng hợp của -POM với NC No3 ................................ 54 3.1.2. Tƣơng hợp của γ-POM với DBP, vaseline và centralite No2 ......... 56 3.1.3. Tƣơng hợp của γ-POM với TP ballistic .......................................... 57 3.2. Ảnh hƣởng của γ-POM đến tính chất cơ - lý - hoá của thuốc phóng ...... 62 3.2.1. Ảnh hƣởng của -POM đến độ bền kéo, nén của thuốc phóng ...... 62 3.2.2. Ảnh hƣởng của γ-POM đến nhiệt lƣợng cháy ............................... 68 3.2.3. Ảnh hƣởng của γ-POM đến thể tích khí sinh ra khi cháy............... 71 3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của -POM đến tốc độ cháy của TP .................. 73 3.3.1. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng -POM đến tốc độ cháy TP ................ 74 3.3.2. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt -POM đến tốc độ cháy TP ........... 76 3.3.3. Ảnh hƣởng của phụ gia tốc độ cháy đến tốc độ cháy TP ............... 79 3.3.4. Ảnh hƣởng của γ-POM và phụ gia xúc tác đến bề mặt cháy TP .... 92 3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của -POM đến độ an định của TP ................. 103 3.4.1. Ảnh hƣởng của nhiệt độ thử nghiệm đến áp suất khí thuốc ......... 103 3.4.2. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng -POM đến mức độ sinh khí ............. 105 3.4.3. Ảnh hƣởng của γ-POM đến thời gian chịu nhiệt của TP.............. 108 3.4.4. Ảnh hƣởng của γ-POM đến áp suất khí sinh ra tại điểm gãy ....... 109 3.5. Ứng dụng thiết kế đơn thành phần TP bình tích áp TLPKTT ............... 111 3.5.1. Tính toán thiết kế đơn thành phần ................................................ 111 3.5.2. Chế tạo TP dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT ......................... 113 3.5.3. Kết quả thử nghiệm tính năng thuật phóng của TP ...................... 114
v KẾT LUẬN ................................................................................................... 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 121 PHỤ LỤC ...................................................................................................... 128
vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT β Hệ số nhiệt các chất, KJ/(kg.%) E Thể tích khí sinh ra của 2,5 g TP (Thử nghiệm VST) ν Hệ số phụ thuộc áp suất của tốc độ cháy P Áp suất khí thuốc, atm Pgh Áp suất giới hạn trong thí nghiệm LAVA, mmHg P1 Áp suất tại thời điểm 1 giờ trong thí nghiệm LAVA, mmHg Pi Áp suất tại thời điểm i giờ trong thí nghiệm LAVA, mmHg Qv Nhiệt lƣợng cháy, Kcal/kg  Là hằng số dẫn nhiệt, (cm2/s) Kb Hệ số cân bằng oxi của thuốc phóng M Thể tích khí sinh ra của hỗn hợp chất kiểm tra và γ-POM, mL S Thể tích khí sinh ra của 2,5 g γ-POM (Thử nghiệm VST), mL m Độ bền kéo tối đa, N/mm2 b Độ bền kéo tại điểm đứt, N/mm2 m Biến dạng kéo lớn nhất, N/mm2 b Biến dạng kéo đứt, N/mm2 R Hằng số khí T Nhiệt độ cháy TP, oK To Nhiệt độ cháy ban đầu, oK Tp Nhiệt độ bề mặt pha K, oK Tg Nhiệt độ thuỷ tinh hoá, oC u Tốc độ cháy, mm/s VR Thể tích khí sinh ra do sự tƣơng tác giữa chất kiểm tra và γ-POM W Thể tích khí cháy TP, l/kg Wgh Tốc độ tăng áp suất giới hạn trong thí nghiệm LAVA, mmHg/h DG Dietylenglycol Dinitrat
vii DBP Dibutylphthalate DNT Dinitrotoluene DEP Dietylphthalate DPA Diphenyl anmine DINA Dietanol nitroamin dinitrat ĐKTC Điều kiện tiêu chuẩn DSC Phân tích nhiệt quét vi sai (Differential Scanning Calorimetry) DTA Phân tích nhiệt vi sai (Differential thermal analysis) DMA Phân tích cơ động học (Dynamic Mechanical Analysis) - POM γ-polyoxymethylene HMX Thuốc nổ octogen IST Kiểm tra bảo quản đẳng nhiệt (Isothermal Storage Test) MVST Kiểm tra áp kế chân không (Manometric Vacuum Stability Test) NC Nitrocellulose NG Nitroglycerin NIBGTN Nitro isobutyl glycerin trinitrate NLTLKB Nhiên liệu tên lửa keo ballistic NLTLRHH Nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp NLTL Nhiên liệu tên lửa NM Nitromass – Bán thành phẩm sau trộn, nấu TP NCS Nghiên cứu sinh PAD Bình tích áp tên lửa phòng không tầm thấp POM polyoxymethylene PVST Kiểm tra độ bền áp suất chân không (Pressure Vacuum Stability Test) PIST Kiểm tra áp suất trong điều kiện đẳng nhiệt (Pressure Isothermal Storage Test) PKTT Phòng không tầm thấp
viii RDX Thuốc nổ hecxogen STANAG Tiêu chuẩn của NATO TGA Phân tích nhiệt trọng lƣợng (Thermogravimetric Analysis) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN/QS Tiêu chuẩn Việt Nam trong lĩnh vực quân sự TPTN Thuốc phóng thuốc nổ TP Thuốc phóng TLPKTT Tên lửa phòng không tầm thấp VST Phƣơng pháp độ bền chân không (Vacuum Stability Testing)
ix DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số loại TP keo ballistic ................................................................ 5 Bảng 1.2. Thành phần cơ bản TP keo ballistic ................................................... 6 Bảng 1.3. Độ bền nén của TP ballistic .............................................................. 15 Bảng 1.4. Độ bền kéo của TP ballistic .............................................................. 16 Bảng 1.5. Độ bền cơ học của TP ballistic độ nhớt thấp. ................................... 16 Bảng 1.6. Một số lý thuyết xúc tác quá trình cháy TP ballistic ........................ 22 Bảng 1.7. Danh mục các loại POM................................................................... 31 Bảng 1.8. Yêu cầu kỹ thuật của -POM ............................................................ 32 Bảng 2.1. Thành phần phối liệu các mẫu dùng cho thí nghiệm........................ 47 Bảng 3.1. Khả năng tƣơng hợp của γ-POM với các thành phần theo VST ...... 56 Bảng 3.2. Độ bền nén của TP với hàm lƣợng γ-POM khác nhau ..................... 63 Bảng 3.3. Độ bền kéo của TP với hàm lƣợng γ-POM khau nhau .................... 66 Bảng 3.4. Kết quả tính toán nhiệt độ cháy TP bằng phần mềm REAL ............ 69 Bảng 3.5. Hệ số nhiệt của các hợp phần trong TP keo hai gốc [103] ............... 70 Bảng 3.6. Tính toán hệ số nhiệt của γ-POM ..................................................... 70 Bảng 3.7. Kết quả tính toán sản phẩm khí sinh ra khi cháy TP ........................ 72 Bảng 3.8. Phân bố kích thƣớc hạt γ-POM ........................................................ 76 Bảng 3.9. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt γ-POM đến tốc độ cháy của TP ...... 77 Bảng 3.10. Tốc độ cháy của TP dùng đồng chì phthalate ở áp suất khác nhau 80 Bảng 3.11. Tốc độ cháy của TP dùng PbO ở các áp suất khác nhau ................ 84 Bảng 3.12. Tốc độ cháy của TP dùng chì salicylate ở áp suất khác nhau ........ 87 Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của tỷ lệ %γ-POM/%Cen2 đến tốc độ sinh khí ......... 107 Bảng 3.14. Đơn thành phần của TP cho bình tích áp TLPKTT...................... 112 Bảng 3.15 Thành phần phối liệu nitromas ...................................................... 113 Bảng 3.16. Kết quả phân tích các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm chế thử ..... 114 Bảng 3.17. Kết quả thử nghiệm so sánh tính năng xạ thuật ........................... 116
x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Đƣờng cong biến dạng kéo của polyme thuỷ tinh ............................. 15 Hình 1.2. Sự suy giảm độ biến dạng của TP sau thời gian bảo quản ............... 16 Hình 1.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến tính chất cơ học của TP ballistic ........ 17 Hình 1.4 Các giai đoạn của quá trình cháy TP keo ballistic ............................. 18 Hình 1.5. Sự phụ thuộc của tốc độ cháy theo áp suất ....................................... 21 Hình 1.6. Ảnh hƣởng của áp suất đến tốc độ cháy và độ nhạy nhiệt độ TP ..... 23 Hình 1.7. Sự giảm năng lƣợng hoạt hóa của TP khi có xúc tác cháy ............... 24 Hình 1.8. Mô hình phản ứng cháy của TP có và không xúc tác cháy .............. 25 Hình 1.9. Bình tích áp sinh khí (PAD) tên lửa PKTT....................................... 29 Hình 1.10. Hình vẽ thỏi TP dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT .................... 30 Hình 1.11. Quá trình phân huỷ nhiệt của γ-POM ............................................. 34 Hình 1.12. Phân bố nhiệt độ và sản phẩm quá trình phân huỷ -POM............. 35 Hình 1.13. Các hiệu ứng diễn ra khi TP tiếp xúc với vật liệu khác. ................. 38 Hình 2.1. Quy trình chế tạo mẫu thí nghiệm..................................................... 48 Hình 2.2. Sơ đồ lắp thuốc lên bề mặt đồng ....................................................... 50 Hình 3.1. Giản đồ DSC của γ-POM, NC No3, γ-POM/NC No3 ....................... 54 Hình 3.2. Giản đồ DSC của hỗn hợp TP ballistic và -POM ............................ 57 Hình 3.3. Giản đồ TG của -POM và TP ballistic ............................................. 59 Hình 3.4. Giản đồ TG của -POM ...................................................................... 59 Hình 3.5. Giản đồ TG của TP ballistic ............................................................... 60 Hình 3.6. Đƣờng cong ứng suất – biến dạng nén.............................................. 62 Hình 3.7. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng -POM đến độ bền nén của TP ............. 64 Hình 3.8. Đƣờng cong ứng suất – biến dạng kéo.............................................. 65 Hình 3.9. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng -POM đến độ bền kéo của TP ............. 66 Hình 3.10. Hình ảnh mẫu sau khi đo độ bền kéo đứt........................................ 67 Hình 3.11. Hình ảnh SEM của -POM ............................................................. 67
xi Hình 3.12. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng γ- POM đến nhiệt lƣợng cháy TP ....... 68 Hình 3.13. Ảnh hƣởng γ- POM đến thể tích khí sinh ra khi cháy TP .............. 71 Hình 3.14. Hình ảnh mẫu đo tốc độ cháy (a), bộ gá đo tốc độ cháy (b) ........... 73 Hình 3.15. Ảnh hƣởng hàm lƣợng -POM đến tốc độ cháy của TP ................. 74 Hình 3.16 Hình ảnh bề mặt của TP: a) không có -POM và b) có -POM ......... 75 Hình 3.17. Ảnh hƣởng của kích thƣớc hạt γ-POM đến tốc độ cháy của TP .... 77 Hình 3.18. Ảnh hƣởng của áp suất đến tốc độ cháy TP có đồng chì phthalate 81 Hình 3.19. Ảnh hƣởng của đồng chì phthalate đến tốc độ cháy của TP........... 83 Hình 3.20. Ảnh hƣởng của áp suất đến tốc độ cháy TP dùng xúc tác PbO ...... 85 Hình 3.21. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng PbO đến tốc độ cháy của TP ............... 86 Hình 3.22. Ảnh hƣởng của áp suất đến tốc độ cháy TP dùng chì salicylate .... 88 Hình 3.23. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng chì salicylate đến tốc độ cháy của TP 89 Hình 3.24. Ảnh hƣởng của xúc tác khác nhau đến tốc độ cháy của TP ........... 90 Hình 3.25. Sơ đồ lắp đặt thuốc lên trụ đồng và bề mặt dập cháy ..................... 92 Hình 3.26. Bề mặt cháy TP có và không có -POM tại áp suất khác nhau ..... 93 Hình 3.27. Thành phần nguyên tố trên bề mặt cháy mẫu M0........................... 94 Hình 3.28. Thành phần nguyên tố trên bề mặt cháy mẫu M3........................... 95 Hình 3.29. Thành phần nguyên tố trên bề mặt cháy TP có đồng chì phthalate 96 Hình 3.30. Bề mặt cháy của TP ballistic có -POM và đồng chì phthalate ...... 98 Hình 3.31. Bề mặt cháy TP có -POM và xúc tác PbO .................................... 99 Hình 3.32. Thành phần nguyên tố trên bề mặt TP có -POM và PbO ........... 100 Hình 3.33. Bề mặt cháy TP có -POM và chì salicylate................................. 101 Hình 3.34. Thành phần nguyên tố trên bề mặt TP có -POM và chì salicylate102 Hình 3.35. Đƣờng cong P-t của mẫu ở các nhiệt độ khác nhau...................... 103 Hình 3.36. Sự thay đổi áp suất tại điểm gãy theo nhiệt độ ............................. 104 Hình 3.37. Đồ thị phụ thuộc áp suất theo thời gian ở 110oC .......................... 106 Hình 3.38. Ảnh hƣởng của tỷ lệ %γ-POM/%Cen2 đến tốc độ sinh khí ........ 106 Hình 3.39. Sự ảnh hƣởng của γ-POM đến thời gian chịu nhiệt của mẫu ....... 108
xii Hình 3.40. Ảnh hƣởng của hàm lƣợng γ-POM đến áp suất tại điểm gãy ....... 109 Hình 3.41. Sơ đồ nguyên lý chế tạo TP ballistic............................................. 113 Hình 3.42. Kết quả thử nghiệm TP của nƣớc ngoài........................................ 115 Hình 3.43. Kết quả thử nghiệm TP chế thử .................................................... 115
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Thuốc phóng (TP) là thành phần quan trọng trong kết cấu của vũ khí, đạn dƣợc. Công dụng chính của TP là đƣa quả đạn từ vị trí bắn đến mục tiêu cần tiêu diệt. Trong các kết cấu của tên lửa, TP sẽ đảm nhận chức năng này. Bên cạnh đó, do tính chất phức tạp của tên lửa trong quá trình làm việc từ khi phóng đến khi gặp mục tiêu nên có những loại TP đảm nhận chức năng tạo khí cho bình tích áp để đảm bảo thực hiện một số nhiệm vụ nhƣ: nâng cánh tên lửa khi rời khỏi ống phóng, bệ phóng; quay tuabin, tạo ra dòng điện để cấp cho các hệ điều khiển của đầu tự dẫn. Các bình tích áp này thƣờng có thời gian hoạt động dài nên yêu cầu TP phải có nhiệt lƣợng cháy trung bình, cháy với tốc độ thấp và sinh nhiều khí. Trong thành phần của TP dùng cho bình tích áp này thƣờng sử dụng các chất hóa dẻo năng lƣợng có nhiệt lƣợng cháy thấp hơn so với nitroglycerin (NG) nhƣ: diethylen glycol dinitrate, triethylen glycol dinitrate hoặc các hợp chất chứa nhóm nitramine, hợp chất azit. Bên cạnh đó, có thể sử dụng các chất không làm tăng năng lƣợng mà làm giảm tốc độ cháy của TP thông qua hiệu ứng thu nhiệt khi phân hủy các chất này trong pha ngƣng tụ (các chất này đƣợc gọi là các chất ức chế cháy). γ-polyoxymethylen (γ-POM) là một trong số ít các chất đáp ứng đƣợc yêu cầu kể trên. Việc đƣa γ-POM vào trong TP có thể ảnh hƣởng đến tính chất cơ lý, độ bền hóa học. Trong trƣờng hợp γ-POM không tƣơng hợp với TP, quá trình tiếp xúc có thể dẫn đến mất an toàn, thay đổi nhiệt độ phân hủy, tăng độ nhạy. Những điều này chƣa đƣợc đề cập nghiên cứu đầy đủ ở trong nƣớc, cũng nhƣ ở nƣớc ngoài do tính bảo mật thông tin quân sự. Đối với các loại TP ballistic thông thƣờng (H, NDT, RSI), đã có nhiều công trình nghiên cứu ở nƣớc ngoài liên quan đến độ bền cơ-lý, tốc độ cháy,
2 xúc tác cháy. Tuy nhiên đối với các loại TP đặc biệt, trong đó có TP chứa γ- POM ít công trình nghiên cứu cụ thể đƣợc công bố. Trong các sách giáo trình, sách tham khảo chỉ đề cập sử dụng -POM nhƣ chất tạo khí cho các bình tích áp khí thuốc sử dụng trong kỹ thuật tên lửa cũng nhƣ trong lĩnh vực dân sinh. Hiện nay, trong quân đội ta đang sử dụng nhiều loại tên lửa mà trong bình tích áp có sử dụng loại TP có γ-POM nhƣ: A72M, A87, Igla, R60MK…. nhƣng do đã đƣợc bảo quản trong thời gian dài nên các loại TP, thuốc nổ, thuốc hoả thuật nói chung và TP của bình tích áp nói riêng đã xuống cấp, cần sửa chữa, thay mới. Từ các lý do trên, thấy rằng việc nghiên cứu khả năng tƣơng hợp và quy luật ảnh hƣởng của γ-POM đến tính chất cơ - lý - hoá, năng lƣợng, cháy của TP keo ballistic là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Vì vậy, Nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của γ- polyoxymetylen đến các đặc tính cơ-lý-hóa, năng lượng và tốc độ cháy của thuốc phóng ballistic” để đáp ứng nhu cầu đặt ra ở trên. 2. Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu khả năng tƣơng hợp, quy luật ảnh hƣởng của γ-POM đến độ bền kéo nén, an định hoá học, tốc độ cháy, nhiệt lƣợng cháy, thể tích khí cháy của TP keo hai gốc ballistic trên nền NC và NG. Nghiên cứu ảnh hƣởng của phụ gia tốc độ cháy (chủng loại và hàm lƣợng) đến tốc độ cháy của TP chứa γ-POM. 3. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu: Luận án nghiên cứu về TP keo ballistic có γ-POM, sự tƣơng hợp hoá học, các quy luật ảnh hƣởng của γ-POM đến độ bền kéo nén, độ an định hoá học, nhiệt lƣợng, thể tích khí, tốc độ cháy của TP ballistic.
3 4. Nội dung nghiên cứu: Để thực hiện mục tiêu nêu trên, nội dung nghiên cứu của luận án gồm: - Nghiên cứu tƣơng hợp của - POM với các cấu tử và TP ballistic; - Nghiên cứu ảnh hƣởng của - POM đến tính chất cơ - lý - hoá của TP ballistic; - Nghiên cứu ảnh hƣởng của - POM đến tốc độ cháy của TP, ảnh hƣởng của các loại phụ gia và hàm lƣợng đến tốc độ cháy của TP có - POM; - Nghiên cứu ảnh hƣởng của - POM đến độ an định của TP; - Ứng dụng kết quả nghiên cứu thiết kế đơn thành phần TP dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu phân tích và tổng hợp, phƣơng pháp so sánh và đối chiếu, phƣơng pháp thực nghiệm phù hợp nội dung và mục tiêu nghiên cứu. Các phƣơng pháp thực nghiệm gồm: Phƣơng pháp tạo nitromass, cán keo hoá, đúc ép TP ballistic và chế tạo các mẫu phục vụ phân tích, đo đạc; các phƣơng pháp đánh giá khả năng tƣơng hợp hoá học; các phƣơng pháp đo tốc độ cháy, thể tích khí cháy, nhiệt lƣợng cháy; phƣơng pháp đo độ bền kéo nén; các phƣơng pháp đo độ an định hoá học của TP keo ballistic. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Luận án là công trình nghiên cứu có hệ thống về ảnh hƣởng của γ-POM đến các tính chất cơ – lý – hoá, năng lƣợng, cháy của TP ballistic trên nền NC và NG, trên cơ sở đó đã bƣớc đầu ứng dụng vào thiết kế chế thử TP cho bình tích áp tên lửa PKTT. Các kết quả của luận án có thể đƣợc sử dụng tham khảo trong quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo TP keo hai gốc ballistic có sử dụng γ-POM của bình tích áp tên lửa cỡ nhỏ.
4 7. Bố cục của luận án: Luận án bao gồm: Phần mở đầu, 03 chƣơng nội dung, kết luận, danh mục các công trình khoa học đã công bố, danh mục tài liệu tham khảo. Mở đầu: Nêu rõ tính cấp thiết của luận án, khái quát chung về mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án và giới thiệu tóm tắt bố cục của luận án. Chƣơng 1. Tổng quan: Về khái niệm, thành phần, tính chất TP keo ballistic, γ-POM, tƣơng hợp hoá học của TP, đánh giá về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, các nội dung cần giải quyết trong luận án. Chƣơng 2. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu: Trình bày về đối tƣợng nghiên cứu; hoá chất nguyên vật liệu; thiết bị; phƣơng pháp chuẩn bị mẫu; các phƣơng pháp đánh giá khả năng tƣơng hợp; các phƣơng pháp đo đạc đặc trƣng cơ –lý - hóa, năng lƣợng, cháy của TP keo ballistic; phƣơng pháp đánh giá độ an định của TP. Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận: Chƣơng này tập trung giải quyết các nội dung nghiên cứu đã đặt ra của luận án: Nghiên cứu tƣơng hợp của - POM với các cấu tử và TP ballistic; ảnh hƣởng của - POM đến tính chất cơ - lý - hoá, tốc độ cháy, độ an định của TP; bƣớc đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu thiết kế đơn thành phần TP dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT.
5 Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Tính chất, thành phần thuốc phóng ballistic 1.1.1. Khái niệm và thành phần thuốc phóng ballistic TP keo hai gốc ballistic là hệ rắn đồng nhất, gồm nhiều cấu tử, có khả năng cháy theo quy luật lớp song song mà không cần có sự tham gia của oxi bên ngoài, khi cháy tạo ra nhiệt lƣợng và thể tích sản phẩm khí lớn, đƣợc sử dụng làm nguồn năng lƣợng đẩy đầu đạn, đạn phản lực và tên lửa đến mục tiêu [1], [3-4]. Một số loại TP keo ballistic cơ bản đƣợc đƣa ra trong Bảng 1.1 [1], [90]. Bảng 1.1. Một số loại TP keo ballistic RSI- RND НДП- Thành phần (%) H HM-2 NDT-3 NM-2 12K SI 5A Colocxilin 56,5 53,5 55,5 55,5 58,0 56,5 43 Nitroglycerin 28,0 27,0 26,5 12,7 16,5 12,6 30 Nitrodiglycol - - - - 15,0 - - Centralite 3,0 - 3,0 3,0 3,0 - 2,5 Dinitrotoluen 11,0 15,0 9,0 11,0 4,0 12,0 - Dibutylphthalate - - 4,5 - - 2,0 3,5 -POM - - - - - - 12,0 Vaseline 2,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 - Magie oxit - 2,0 - - - 2,0 - Chì oxit - - - 1,0 1,0 - - CaCO3 - - - 1,0 1,0 - - Khác 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 8,7 Q, cal/g 870 870 765 850 835 850 - u (p= 100at), mm/s 10 10,5 - 12,0 10,5 10,5 -
6 TP ballistic có bản chất, thành phần gồm nitrocellulose (NC), các dung môi hoá dẻo, các chất an định và các phụ gia [1], [3-4], [6], [83], [86], [92]. Trong đó, NC là cấu tử cơ bản bảo đảm năng lƣợng của TP, chất hoá dẻo là các dung môi có năng lƣợng cao, sau khi hoá dẻo NC đƣợc giữ lại trong TP nhƣ nguồn năng lƣợng thứ hai [86]. Tuy nhiên, khi cháy ở điều kiện áp suất thấp, thời gian cháy kéo dài, trong thành phần TP thƣờng có thêm các phụ gia thay đổi tốc độ cháy và phụ gia ổn định cháy. Thành phần cơ bản của TP ballistic nhƣ trong Bảng 1.2 [1], [4]. Bảng 1.2. Thành phần cơ bản TP keo ballistic TT Thành phần Hàm lƣợng, % 1 NC 54 ÷ 60 2 Dung môi hóa dẻo 25 ÷ 45 3 Chất hóa dẻo phụ và điều chỉnh năng lƣợng 8 ÷ 11 4 Chất an định hóa học 1÷3 5 Phụ gia công nghệ đến 2 6 Chất xúc tác và ổn định quá trình cháy đến 5 Vai trò của các cấu tử trong TP ballistic nhƣ sau [1], [4]: Nitrocellulose (NC): Nitrocellulose là sản phẩm của quá trình este hóa giữa cellulose và axit nitric với sự có mặt của tác nhân hút nƣớc. Tuỳ theo mục đích sử dụng, ngƣời ta có thể hóa dẻo NC bằng nhiều loại dung môi khác nhau. Trong thành phần TP, NC chiếm hàm lƣợng lớn nhất và là cấu tử cơ bản tạo năng lƣợng cho TP, khi cháy cho lƣợng nhiệt lớn. Ngoài vai trò là cấu tử mang năng lƣợng, NC còn quyết định các đặc tính cơ, lý của TP. Thông thƣờng, NC dùng cho TP ballistic có hàm lƣợng nitơ 11,75 % đến 12,09 % (gọi là colocxilin, NC No3).