Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NGDINA

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN BỀ MẶT DẬP CHÁY<br /> VÀ THÀNH PHẦN SẢN PHẨM CHÁY TRÊN BỀ MẶT DẬP CHÁY<br /> CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALLISTIC TRÊN NỀN NC-NG-DG VÀ<br /> NC-NG-DINA<br /> Lê Duy Bình1*, Nguyễn Việt Bắc2<br /> Tóm tắt: Trên cơ sở các tài liệu chuyên môn kết hợp với thực nghiệm đã nghiên<br /> cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần sản phẩm cháy trên<br /> bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-<br /> DINA. Kết quả nghiên cứu đạt được có ý nghĩa quan trọng, góp phần tạo dữ liệu<br /> khoa học để khẳng định ảnh hưởng của áp suất đến tính chất, cơ chế cháy của<br /> thuốc phóng, chứng minh khả năng sử dụng xúc tác cháy và hướng tới nghiên cứu<br /> một số hiện tượng cháy xói mòn và sinh muội trong quá trình thuốc phóng cháy.<br /> Từ khóa: Thuốc phóng, NC-NG-DG, NC-NG-DINA, Bề mặt cháy, Thành phần, Sản phẩm cháy, Áp suất.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Trên thế giới, việc nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt cháy và thành<br /> phần sản phẩm cháy đối với các loại vật liệu năng lượng nói chung đã có từ lâu [3, 4,<br /> 5, 6]. Thực tế, các nghiên cứu cũng chỉ mới dừng lại ở một số nhóm thuốc phóng<br /> điển hình, trong khi có rất nhiều đối tượng khác nhau cần được làm sáng tỏ hơn.<br /> Ở trong nước, một vài công trình của nhóm tác giả đã công bố [1, 2] có đề cập đến<br /> bề mặt dập cháy và thành phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy nhưng ở áp<br /> suất khí quyển. Để hiểu rõ bản chất hơn, cần có nghiên cứu ở các áp suất cháy khác<br /> nhau và trong điều kiện kín, chứa khí trơ. Khi đó, hệ được xem như tương đồng với<br /> điều kiện cháy thực tế của thuốc phóng trong động cơ hoặc buồng đốt của súng pháo.<br /> Ngày nay, xu hướng nghiên cứu tính chất cháy của vật liệu năng lượng nói<br /> chung và thuốc phóng nói riêng vẫn tiếp tục được tiến hành, việc nghiên cứu ảnh<br /> hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần của sản phẩm cháy trên bề<br /> mặt dập cháy rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Một mặt để giải thích rõ hơn về<br /> cơ chế cháy của thuốc phóng, mặt khác, để nghiên cứu ứng dụng cũng như làm rõ<br /> vai trò của xúc tác cháy trong thuốc phóng, qua đó, điều chỉnh tốc độ cháy của<br /> thuốc phóng để đảm bảo đạt các tính năng xạ thuật theo yêu cầu.<br /> Tiếp nối các kết quả nghiên cứu từ các công trình đã công bố và một số nghiên<br /> cứu mới của nhóm tác giả đã đạt được trong thời gian gần đây, bài báo này trình bày<br /> một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành<br /> phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy đối với thuốc phóng keo ballistic trên<br /> nền nitratxenlulo - nitroglyxerin - đietylenglycolđinitrat (NC-NG-DG) và<br /> nitratxenlulo - nitroglyxerin - đietanolnitroaminđinitrat (NC-NG-DINA).<br /> 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> - Bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-<br /> NG-DINA;<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 141<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> - Thành phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo<br /> ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Phương pháp tạo mẫu<br /> - Tạo mẫu (thỏi) thuốc phóng: các hợp phần được phối trộn theo đơn thành phần<br /> đã xác định trên nền NC-NG-DG(1) và NC-NG-DINA(2) trong môi trường nước ở<br /> 55oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ, mô đun bằng 6/1 [tỷ lệ nước so<br /> với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromass) qui khô]. Nitromass sau công đoạn trộn<br /> được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau đó nó được<br /> định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia, xúc tác cháy(3) (bảng 1).<br /> Mẫu không cho phụ gia xúc tác cháy được gọi là mẫu nền. Tiến hành cán keo hóa<br /> mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95oC, đúc ép định hình ở 66 đến 76oC<br /> (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau khi nén ép định hình có<br /> kích thước Ф7 mm.<br /> Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.<br /> TT Thành phần NC-NG-DG(1) NC-NG-DINA(2) Ghi chú(3)<br /> 1 Nitratxenlulo (NC), % 58,0 ÷ 60,0 57,0 ÷ 59,0<br /> 2 Nitroglyxerin (NG), % 15,8 ÷ 17,2 27,0 ÷ 29,0<br /> 3 Đietylenglycoldinitrat (DG), % 14,5 ÷ 16,5 -<br /> 4 Đietanolnitroamindinitrat (DINA), % - 8,0 ÷ 10,0<br /> 5 Xentralit, % 2,0 ÷ 3,0 0,8 ÷ 1,6<br /> 6 Điphenyl amin (DPA), % 0,0 ÷ 1,0 -<br /> 7 Đinitro toluen (DNT), % 1,0 ÷ 3,0 -<br /> 8 Chì (II) oxit (PbO), % 1,7 ÷ 2,3 0,5 ÷ 1,5 Xúc tác cháy<br /> 9 Coban (II) oxit (CoO), % 0,3 ÷ 0,7 - Xúc tác cháy<br /> 10 Canxi cacbonat (CaCO3), % 0,3 ÷ 0,7 1,5 ÷ 2,5 Ổn định cháy<br /> 11 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % - 0,0 ÷ 0,4 Phụ gia cháy<br /> 12 Vazơlin, % 0,7 ÷ 1,3 0,3 ÷ 0,9<br /> - Tạo mẫu bề mặt cháy (hoặc bề mặt dập cháy): dựa trên nguyên lý cơ chế cháy<br /> của thuốc phóng, được chia làm 5 giai đoạn (vùng): vùng nung nóng, vùng chuyển<br /> pha (pha K), vùng ngọn lửa sơ cấp, vùng khoảng tối, vùng ngọn lửa thứ cấp và<br /> vùng các sản phẩm khí. Khi gắn thỏi thuốc phóng (hình trụ đường kính 7 mm,<br /> chiều cao 10 mm) bởi một lớp keo đặc biệt trên một cọc đồng nhẵn bóng và phẳng,<br /> cọc kim loại đồng có đặc tính lan truyền nhiệt nhanh. Khi đó, tại bề mặt tiếp xúc<br /> giữa thỏi thuốc phóng đã cháy hết và cọc kim loại sẽ hình thành nên vùng chuyển<br /> pha K, qua đó xác định được bề mặt dập cháy của thuốc phóng.<br /> - Phương pháp tạo bề mặt cháy tại các áp suất cháy khác nhau: ứng dụng thiết bị<br /> đo tốc độ cháy trong bom đo áp, ở môi trường khí trơ (khí nitơ), theo tiêu chuẩn 06<br /> TCN 888:2001. Nguyên lý của phương pháp được mô tả như sau: cọc đồng chứa<br /> thỏi thuốc phóng (hình 2) được gắn chắc chắn vào gá đo, trên mặt đầu của thỏi<br /> thuốc được đính một ít thuốc mồi, sau đó luồn dây may xo vào giữa lớp thuốc mồi,<br /> hai đầu dây may xo được nối với hai thanh điểm hỏa. Đặt gá đo vào bom đo 1 trên<br /> <br /> <br /> 142 L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> hình 1, tiến hành lắp nắp bom đo và siết chặt, nối hai thanh điểm hỏa với hệ thiết bị<br /> điểm hỏa 6 hình 1. Kiểm tra thông mạch rồi tiến hành xả khí nitơ từ các bình nạp<br /> khí vào bom đo. Khi kim đồng hồ chỉ đến áp suất cần đo thì khóa van xả của bình<br /> nạp khí, sau đó mở van xả từ bình khí cân bằng để duy trì áp suất không đổi trong<br /> quá trình đo. Ấn nút điểm hỏa để đốt thỏi thuốc phóng, khi thỏi thuốc phóng cháy<br /> hết, tiến hành xả khí từ từ trong bom đo để các sản phẩm trên bề mặt cháy không bị<br /> cuốn theo khí xả ra ngoài môi trường.<br /> * Thiết bị, dụng cụ: Bom đo, bình cân bằng, đồng hồ đo áp, bình nạp khí (khí<br /> nitơ). Sơ đồ thiết bị được chỉ ra trên hình 1.<br /> <br /> <br /> 1- Bom đo; 2- Bình cân bằng;<br /> 3- Bình nạp; 4- Đồng hồ đo áp;<br /> 5- Bộ gá mẫu; 6- Máy điểm hỏa;<br /> 7- Máy đo thời gian; 8- Termostat.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Thiết bị đốt tạo bề mặt dập cháy ở các áp suất không đổi khác nhau.<br /> Thỏi thuốc phóng trước và sau khi đốt cháy được trình bày trên các hình 2 và hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Thỏi thuốc phóng trước khi cháy. Hình 3. Thỏi thuốc phóng sau khi cháy.<br /> 2.2.2. Phương pháp đo đạc, kiểm tra mẫu<br /> + Phương pháp xác định bề mặt dập cháy: sau khi thỏi thuốc phóng được kích<br /> cháy, mẫu lưu trên cọc đồng (hình 3) được đem đi soi chụp dưới kính hiển vi điện<br /> tử quét (SEM) để quan sát bề mặt dập cháy của sản phẩm cháy.<br /> + Phương pháp xác định thành phần sản phẩm cháy: thành phần sản phẩm<br /> cháy trên bề mặt dập cháy được xác định bằng phương pháp EDX.<br /> 2.3. Vật tư, hoá chất<br /> Nitratxenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 %, nhà máy Z sản<br /> xuất; đietylenglycol đinitrat (DG), nitroglyxerin (NG) và đietanolnitraminđinitrat<br /> (DINA) do nhóm nghiên cứu tự tổng hợp; điphenylamin (DPA), đinitrotoluen<br /> (DNT), xentralit số 2 (Cent 2), canxicacbonat (CaCO3), vazơlin và stearat kẽm<br /> (Trung Quốc); carbon kỹ thuật (N220, Hàn Quốc); chì oxit và coban oxit, (Sigma-<br /> Aldrich, Đức).<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 143<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> 2.4. Thiết bị, máy móc<br /> - Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu vật liệu: thiết bị trộn khuấy; bộ thiết bị lọc hút;<br /> máy cán keo hóa; thiết bị nén ép tạo hình (máy ép thủy lực 50 tấn, có điều khiển); hệ<br /> thống gia nhiệt; tủ sấy binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10-2 ;10-3 và 10-4<br /> (gam); bình hút ẩm exicator; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh;<br /> - Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu và đo bề mặt dập cháy: dụng cụ tạo bề mặt dập<br /> cháy (cọc đồng kim loại), thiết bị chụp hình ảnh bề mặt dập cháy bằng kính hiển vi<br /> điện tử quét SEM, EDX.<br /> 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy của sản phẩm cháy<br /> Trên cơ sở những kiến thức chuyên môn kết hợp với các công trình đã công bố<br /> trong thời gian gần đây, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất<br /> đến bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. Kết<br /> quả nghiên cứu được trình bày ở các hình 4, 5, 6 và 7 với độ phóng đại 100 lần.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> p = 10 at p = 40 at p = 70 at p = 100 at<br /> Hình 4. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DG không xúc tác,<br /> tại các áp suất khác nhau.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> p = 10 at p = 40 at p = 70 at p = 100 at<br /> Hình 5. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DG có xúc tác,<br /> tại các áp suất khác nhau.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> p = 10 at p = 40 at p = 70 at p = 100 at<br /> Hình 6. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DINA không xúc tác,<br /> tại các áp suất khác nhau.<br /> <br /> <br /> 144 L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> p = 10 at p = 40 at p = 70 at p = 100 at<br /> Hình 7. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DINA có xúc tác,<br /> tại các áp suất khác nhau<br /> Thuốc phóng keo ballistic là hỗn hợp gồm rất nhiều cấu tử (khoảng 10 cấu tử<br /> khác nhau), sự cháy không đồng đều giữa các cấu tử, đặc biệt đối với những cấu tử<br /> được xem như trơ, chẳng hạn như DNT, xentralit, dibutyl phtalat (DBP),<br /> vazơlin,… khi có mặt trong thuốc phóng chúng có tốc độ cháy rất thấp so với các<br /> cấu tử chính như NC, NG, DG, DINA hay một số cấu tử mang năng lượng khác.<br /> Điều này chính là nguyên nhân gây ra muội trên bề mặt dập cháy của sản phẩm<br /> cháy. Mức độ tạo ra khung muội (độ cao, mật độ và cấu trúc) và độ bền của khung<br /> muội theo áp suất phụ thuộc vào bản chất, thành phần của các cấu tử có trong<br /> thuốc phóng. Thuốc phóng trền nền như nhau, khung muội và độ bền của chúng<br /> theo áp suất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của các chất phụ gia, xúc tác cháy.<br /> Quan sát kết quả nghiên cứu thu được ở trên các hình 4, 5, 6 và 7 có thể thấy:<br /> Bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo balistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-<br /> DINA khi có xúc tác và không xúc tác đều hình thành nên khung muội cacbon<br /> trong sản phẩm cháy. Khung muội cacbon của mẫu không có xúc tác (mẫu nền)<br /> thường ít, mật độ thưa và thấp (quan sát trực tiếp trên ảnh SEM) hơn so với mẫu có<br /> xúc tác. Mặt khác, khi tăng áp suất cháy, khung muội cacbon có xu hướng giảm<br /> dần và vụn ra (dễ dàng quan sát được ở p = 100 at).<br /> Đối với mẫu nền (không có xúc tác cháy), tại áp suất 10 at, khung muội trên bề<br /> mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG thường nhiều và dày hơn, trong<br /> khi ở các áp suất từ 40 đến 100 at thì có xu hướng ít và mật độ thưa hơn so với<br /> khung muội trên bề mặt dập cháy của thuốc trên nền NC-NG-DINA. Nguyên nhân<br /> có thể được giải thích: đối với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG có chứa thêm<br /> phụ gia DNT. Theo các tài liệu [1, 2, 3, 4], bản thân DNT khi cháy vẫn có thể tạo ra<br /> khung muội cacbon gián tiếp trong quá trình cháy. Tuy nhiên, khung muội cacbon<br /> này thường “yếu ớt” hơn so với khung muội được tạo bởi cacbon kỹ thuật (Ckt, cấu<br /> tử ban đầu được bổ sung trực tiếp vào thành phần của thuốc phóng). Vì vậy, khung<br /> muội cacbon được tăng cường từ các sản phẩm cháy của DNT chỉ bền ở áp suất thấp<br /> (khoảng 10 at) nhưng lại dễ bị “bẻ gãy” ở áp suất cao (lớn hơn 40 at).<br /> Đối với các mẫu chứa xúc tác cháy thì lại có xu hướng ngược lại. Khung muội<br /> trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG có xu hướng nhiều và<br /> dày hơn (ở cùng áp suất) so với khung muội trên bề mặt cháy của thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DINA. Điều này cho thấy, xúc tác cháy (PbO, CoO) tạo ra khung<br /> muội cacbon bền hơn so với khung muội cacbon được tạo bởi cacbon kỹ thuật có<br /> trong thành phần.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 145<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và xúc tác cháy đến thành phần sản<br /> phẩm cháy trên bề mặt dập cháy<br /> Cơ chế cháy của thuốc phóng được chia làm 5 giai đoạn (vùng): vùng nung<br /> nóng, vùng chuyển pha (pha K), vùng ngọn lửa sơ cấp, vùng khoảng tối, vùng<br /> ngọn lửa thứ cấp và vùng các sản phẩm khí.<br /> Quá trình phân hủy của thuốc phóng bắt đầu từ sự đứt gãy, thu nhiệt của nhóm -<br /> NO2 trong NC, NG hay các chất hóa dẻo nitroeste khác, sau đó chúng tham gia vào<br /> các phản ứng cháy với sản phẩm trung gian trong quá trình phân rã của các chất<br /> ban đầu. Theo tài liệu [4, 5, 6] năng lượng hoạt hóa của quá trình tách nhóm -NO2<br /> của các nitroeste vào khoảng 160 kJ/mol, còn quá trình oxy hóa sau đó vào khoảng<br /> 80 kJ/mol. Trong quá trình cháy của thuốc phóng, các chất có độ bền nhiệt thấp<br /> nhất và có khả năng phản ứng cao (NC, NG) sẽ bị phân hủy trước, còn các thành<br /> phần trơ khác như DNT, DBP, xentralit, vazơlin,… sẽ được chuyển hóa sang trạng<br /> thái lỏng hoặc khí, thậm chí, có thể không bị phân hủy ở pha rắn (đặc biệt là đối<br /> với một số loại thuốc phóng có nhiệt lượng trung bình và thấp hoặc thuốc phóng<br /> được tạo thành từ các thành phần tương đối khác nhau về độ bền nhiệt). Vì thế, từ<br /> bề mặt cháy của sản phẩm cháy, các thành phần này có thể vừa bị phân hủy, đồng<br /> thời cũng bị bay hơi hoặc phân tán bởi các luồng khí. Khi đó, trong một vài trường<br /> hợp chúng có thể không bị cháy hoàn toàn, kể cả ở trong vùng tiếp theo. Khi tăng<br /> áp suất thì nhiệt độ trên bề mặt cháy sẽ tăng, vận tốc phản ứng hóa học tăng trong<br /> pha rắn cùng với sự tham gia của các sản phẩm khí.<br /> Như vậy, bản chất của quá trình cháy thuốc phóng được qui định ở vùng chuyển<br /> pha (sản phẩm còn lại trên bề mặt dập cháy). Thành phần của các sản phẩm trung<br /> gian trong pha K phụ thuộc vào tính chất lý hóa của các cấu tử trong thuốc phóng,<br /> đồng thời phụ thuộc cả vào áp suất mà tại đó xảy ra quá trình cháy.<br /> Bằng thực nghiệm, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất<br /> và xúc tác cháy đến thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy đối với thuốc<br /> phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. Kết quả nghiên cứu được trình bày<br /> ở các bảng 2, 3, 4 và 5.<br /> Bảng 2. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DG (không xúc tác) theo áp suất.<br /> Khối lượng, %<br /> Áp suất<br /> C(K) O(K) Ca(K) Co(K) Pb(M) Tổng cộng<br /> 10 78,49 21,51 - - - 100,0<br /> 40 71,60 26.42 - - - 98,02<br /> 70 57,12 39,88 - - - 97,00<br /> 100 54,24 41,90 96,14<br /> <br /> Bảng 3. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DG (có xúc tác) theo áp suất.<br /> Khối lượng, %<br /> Áp suất<br /> C(K) O(K) Ca(K) Co(K) Pb(M) Tổng cộng<br /> 10 24,84 23,23 3,66 7,30 40,41 99,44<br /> <br /> <br /> 146 L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 40 22,57 24,02 7,02 1,98 44,42 100,0<br /> 70 24,49 25,35 5,85 7,87 36,45 100,0<br /> 100 37,57 42,02 2,49 1,10 16,03 99,21<br /> <br /> Bảng 4. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DINA (không xúc tác) theo áp suất.<br /> Khối lượng, %<br /> Áp suất<br /> C(K) O(K) Ca(K) Co(K) Pb(M) Tổng cộng<br /> 10 66,38 30,18 - - - 96,56<br /> 40 54,65 41,78 - - - 96,43<br /> 70 44,07 47,84 - - - 91,91<br /> 100 47,16 45,77 - - - 92,93<br /> <br /> Bảng 5. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DINA (có xúc tác) theo áp suất.<br /> Khối lượng, %<br /> Áp suất<br /> C(K) O(K) Ca(K) Co(K) Pb(M) Tổng cộng<br /> 10 29,17 37,19 19,77 - 13,32 99,45<br /> 40 22,85 32,52 28,35 - 16,14 99,86<br /> 70 31,48 32,27 15,14 - 18,69 97,58<br /> 100 38,68 31,30 10,77 - 11,14 91,89<br /> Từ kết quả bảng 2, 3, 4 và 5 cho thấy:<br /> Khi tăng áp suất cháy (từ 10 đến 100 at), đối với mẫu không có xúc tác thì hàm<br /> lượng cacbon giảm dần từ 78,49 xuống 54,24 % (mẫu trên nền NC-NG-DG) và từ<br /> 66,38 xuống 47,16 % (mẫu trên nền NC-NG-DINA). Trong khi hàm lượng oxi<br /> tăng dần từ 21,51 lên 41,90 % (mẫu trên nền NC-NG-DG) và từ 30,18 lên 45,77 %<br /> (mẫu trên nền NC-NG-DINA). Việc hàm lượng cacbon giảm và oxy tăng trong<br /> thành phần sản phẩm cháy có thể được giải thích, khi tăng áp suất cháy, quá trình<br /> cháy càng diễn ra hoàn toàn. Tuy nhiên, khi có xúc tác cháy, qui luật này có sự<br /> khác biệt tại những vùng áp suất cháy khác nhau, tại vùng áp suất từ 10 đến 40 at,<br /> đối với mẫu trên nền NC-NG-DG, hàm lượng cacbon giảm từ 24,84 xuống 22,57<br /> % và đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA từ 29,17 xuống 22,85 %, tại vùng áp<br /> suất từ 40 đến 100 at thì hàm lượng cacbon của cả hai loại thuốc phóng này đều có<br /> xu hướng tăng, từ 22,57 lên 37,57 % (mẫu NC-NG-DG) và từ 22,85 lên 38,68 %<br /> (mẫu NC-NG-DINA). Riêng về hàm lượng oxy trong thành phần sản phẩm cháy<br /> của mẫu trên nền NC-NG-DG tăng lên từ 23,23 lên 42,02 %, trong khi, đối với<br /> mẫu trên nền NC-NG-DINA lại có xu hướng giảm từ 37,19 xuống 31,30 %. Mặt<br /> khác, tổng hàm lượng các chất rắn (Ca(K); Co(K) và Pb(M)) cũng tăng dần trong<br /> khoảng áp suất từ 10 đến 40 at, từ 51,37 lên 53,42 % (đối với mẫu trên nền NC-<br /> NG-DG) và từ 33,09 lên 44,49 % (đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA), nhưng<br /> sau đó có xu hướng giảm dần khi tăng áp suất, từ 53,42 xuống 19,62 (đối với mẫu<br /> trên nền NC-NG-DG, từ 44,49 xuống 21,91 % (đối với mẫu trên nền NC-NG-<br /> DINA). So với mẫu trên nền NC-NG-DINA ta thấy, khi không có xúc tác cháy,<br /> hàm lượng cacbon trong mẫu trên nền NC-NG-DG cao hơn và hàm lượng oxy thấp<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 147<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> hơn nhưng khi có xúc tác cháy thì hàm lượng cacbon lại thấp hơn và hàm lượng<br /> oxy lại cao hơn. Bên cạnh đó, tổng hàm lượng sản phẩm cháy trên các mẫu cho<br /> thấy, mẫu trên nền NC-NG-DG khi có xúc tác cháy, quá trình cháy, hầu như không<br /> sinh thêm tạp chất khác, sản phẩm cháy chỉ còn lại C, O, Ca, Co và Pb với tổng<br /> gần 100 %, trong khi đối với các mẫu trên nền NC-NG-DG không có xúc tác, mẫu<br /> trên nền NC-NG-DINA kể cả có và không có xúc tác, quá trình vẫn sinh ra tạp chất<br /> khác, đặc biệt là đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA không có xúc tác, tỷ lệ tạp<br /> chất chiếm gần 10 %.<br /> Các kết quả nghiên cứu và phân tích ở trên đã chứng tỏ rằng, hiệu quả xúc tác<br /> cháy của cặp PbO, CoO trong thuốc phóng trên nền NC-NG-DG tốt hơn so với<br /> hiệu quả xúc tác cháy của PbO trong thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA. Mặt<br /> khác, khi có xúc tác cháy, hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn so với mẫu không có xúc<br /> tác cháy. Ngoài ra, khi áp suất cháy càng cao, tỷ lệ sinh ra tạp chất khác càng lớn.<br /> Việc áp suất cháy càng lớn, càng sinh ra nhiều tạp chất được cho là khi đó những<br /> phản ứng có sự tương tác của các xúc tác cháy sẽ cho hiệu quả xúc tác cháy kém đi<br /> và thay vào đó là sẽ sinh ra một số phản ứng phụ khác.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo<br /> ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, kết quả cho thấy, đối với mẫu nền<br /> khi không có xúc tác cháy, tại áp suất thấp (khoảng 10 at), khung muội cacbon trên<br /> bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG thường nhiều và dày hơn,<br /> trong khi đó, ở các áp suất cao hơn (khoảng 40 đến 100 at) hiện tượng này có xu<br /> hướng ít và mật độ thưa hơn so với khung muội cacbon trên bề mặt dập cháy của<br /> thuốc trên nền NC-NG-DINA. Khi có xúc tác cháy, mức độ “tản vụn” của khung<br /> muội cacbon trên bề mặt dập cháy đối với thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA sẽ<br /> nhanh hơn (theo áp suất) so với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG. Điều này<br /> cho thấy, sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất đối với mẫu thuốc phóng trên<br /> nền NC-NG-DINA lớn hơn (khi có xúc tác cháy) và nhỏ hơn (khi không có xúc tác<br /> cháy) so với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG.<br /> Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất (tăng dần từ 10 đến 100 at) và xúc tác<br /> cháy đến thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo<br /> ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, nghiên cứu cho thấy, đối với mẫu<br /> nền, hàm lượng cacbon giảm dần và hàm lượng oxy tăng dần. Trong khi với mẫu<br /> có xúc tác, tại vùng áp suất từ 10 đến 40 at, hàm lượng cacbon giảm, tổng hàm<br /> lượng các chất rắn [Ca(K); Co(K) và Pb(M)] tăng và tại vùng áp suất từ 40 đến 100 at,<br /> hàm lượng cacbon tăng, tổng hàm lượng các chất rắn giảm. Riêng về hàm lượng<br /> oxy trong thành phần sản phẩm cháy của mẫu trên nền NC-NG-DG tăng theo áp<br /> suất, nhưng đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA lại giảm theo áp suất. Mẫu trên<br /> nền NC-NG-DG khi có xúc tác, quá trình cháy, hầu như không sinh thêm tạp chất<br /> khác, trong khi đối với các mẫu trên nền NC-NG-DG không có xúc tác, mẫu trên<br /> nền NC-NG-DINA kể cả có và không có xúc tác, quá trình vẫn sinh ra tạp chất,<br /> đặc biệt, đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA không có xúc tác. Khi áp suất cháy<br /> càng cao khả năng sinh tạp chất càng nhiều.<br /> <br /> <br /> <br /> 148 L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Lê Duy Bình và cộng sự, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia đến tốc<br /> độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG”, Tạp chí Hóa<br /> học, số 53 (5e1), tr.48-53, 2015.<br /> [2]. Le Duy Binh and coworker, “Effect of catalyst on the burning rate of energy<br /> materials based on NC-NG-DINA”, The 4th academic conference on natural<br /> science for young scientists, master and PhD. Students from Asean countries,<br /> Bangkok, Thailand.15-18 December, pp230-239, 2015.<br /> [3]. Ньен Чан Аунг, “Влияние состава пороха на эффективность действия<br /> катализаторов горения”, Автореферат диссертации кандидата<br /> химических наук, Москва, Российский химико-технологический<br /> университет имю Д.Ию Менделеева, 2008.<br /> [4]. Денисюк А. П., Демидова Л. А., “Особенности влияния некоторых<br /> катализаторов на горение баллиститных порохов”, Физика горения и<br /> взрыва, Т. 40, № 3, С. 69-76, 2004.<br /> [5]. Денисюк А. П., Шепелев Ю. Г., Русин Д. Л., Шумский И. В. “Влияние<br /> гексогена и октогена на эффективность действия катализаторов<br /> горения баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва, Т. 37, № 2,<br /> С. 77-8, 2001.<br /> [6]. Денисюк А. П, “Физико-химические свойства баллистических порохов и<br /> ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический<br /> университет им. Менделеева, Издательство Москва, 1994.<br /> ABSTRACT<br /> EFFECTS OF PRESSURE ON BURNING SURFACE OF BALLISTIC<br /> PROPELLANT BASED ON NC-NG-DG AND NC-NG-DINA<br /> Based on the specific materials combination with experimental works,<br /> effects of pressures on the burning surface and the composition of combustion<br /> products of ballitsic propellant based on NC-NG-DG and NC-NG-DINA was<br /> researched. The investigation results obtained are of important signification<br /> contributing to scientific data confirming the effect of pressure on properties<br /> and mechanism of propellant ignition, proving possibility of catalyst in<br /> propellant ignition, leading to investigation on the phenomenon of erosive<br /> burning and forming carbon black during burning process.<br /> Keywords: Propellants, NC-NG-DG, NC-NG-DINA, Burning surface, Composition, Burning product,<br /> Pressure.<br /> Nhận bài ngày 21 tháng 11 năm 2016<br /> Hoàn thiện ngày 14 tháng 01 năm 2017<br /> Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017<br /> <br /> <br /> Địa chỉ: 1Viện Thuốc phóng thuốc nổ- TCCNQP;<br /> 2<br /> Viện Hóa học – Vật liệu, Viện KH-CNQS;<br /> *<br /> Email: binhld.12p7.pro@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017 149<br />