Nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA CaCO3, Ckt VÀ<br /> HỖN HỢP GIỮA CHÚNG ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA<br /> THUỐC PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA<br /> Lê Duy Bình1,*, Phạm Văn Toại2, Nguyễn Việt Bắc1<br /> <br /> Tóm tắt: Sự có mặt của các phụ gia CaCO3, Ckt hoặc hỗn hợp của CaCO3 với Ckt<br /> đều làm cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng. Theo đó, U100 = 12,75 mm/s, ν = 0,79<br /> tương ứng 1,7 % CaCO3 hoặc U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 tương ứng 0,4 % Ckt<br /> hoặc U100 = 15,82 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 0,4 % Ckt + 1,7 % CaCO3. So với<br /> CaCO3 thì Ckt cho tốc độ cháy cũng như hệ số mũ ν tăng nhanh hơn. Sự kết hợp của<br /> CaCO3 với Ckt ngoài việc làm cho tốc độ cháy tăng nhanh hơn, đồng thời làm giảm<br /> sự tăng nhanh của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt. Để ứng dụng được cho mác<br /> thuốc phóng NDSI-2K thì yêu cầu tốc độ cháy từ 13,5 đến 15,5 mm/s và hệ số mũ ν<br /> không lơn hơn 0,6. Do đó, các phụ gia Ckt hoặc hỗn hợp của Ckt với CaCO3 đều cho<br /> tốc độ cháy đạt yêu cầu song không đảm bảo hệ số ν.<br /> Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia (CaCO3, Ckt,).<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Sự cháy của thuốc phóng là quá trình dị thể, phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó có thành<br /> phần hóa học của nó. Để nghiên cứu tính chất cháy của thuốc phóng thông thường người<br /> ta phải đi xét cho từng hệ nền cụ thể. Việc thay đổi thành phần trong hệ nền sẽ dẫn đến sự<br /> thay đổi giá trị (B, ν) trong quy luật cháy, u = B.pν, nhưng cơ chế tác dụng của các cấu tử<br /> trong thành phần là không thay đổi. Vì vậy, việc xác lập đơn thành phần mẫu nền cho quá<br /> trình nghiên cứu là cần thiết, thông qua đó ta đánh giá được ảnh hưởng của các cấu tử đến<br /> quy luật cháy. Việc nghiên cứu tính chất cháy đối với các chất như NC, NG, DG, DINA<br /> hay DNT, xentralit, DPA, DBP, … cũng như ảnh hưởng của chúng đến quá trình cháy của<br /> hệ thuốc phóng đã được đề cập nhiều [6, 7, 8]. Vấn đề mấu chốt hiện nay là phần lớn cơ<br /> chế cháy sẽ thay đổi khi có thêm các chất phụ gia xúc hoặc tác cháy. Vì vậy, ngày nay<br /> người ta thường ít quan tâm đến sự cháy của các hệ thuốc phóng không chứa xúc tác mà<br /> chủ yếu tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật cháy<br /> của thuốc phóng. Qua đó, xác lập được hệ xúc tác cháy tối ưu, làm cơ sở cho quá trình<br /> thiết kế đơn thành phần cho từng mác thuốc phóng cụ thể.<br /> Trong nước, các công trình [1-5] đã đề cập đến ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác<br /> cháy đến tốc độ cháy của thuốc phóng nói chung. Tuy nhiên, các nghiên cứu này cũng chỉ<br /> dừng lại ở áp suất 100 at mà chưa đi sâu nghiên cứu về quy luật cháy của nó đối với mẫu<br /> nền tại các áp suất khác nhau. Bài báo này, giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của<br /> phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp Ckt với CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy của mẫu thuốc<br /> phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA. Thông qua nghiên cứu, đã đánh giá khả năng<br /> ứng dụng cho mác thuốc phóng NDSI-2K.<br /> 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> - Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA với các chất phụ gia<br /> Ckt, CaCO3 và hỗn hợp của Ckt với CaCO3.<br /> - Phạm vi nghiên cứu: các quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất và<br /> hàm lượng của các chất phụ gia, xúc tác cháy.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 169<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> 2.2.1. Phương pháp xác lập đơn thành phần mẫu nền<br /> Như đã trình bày trong phần mở đầu và kết hợp với các nghiên cứu [1, 2], nhóm tác giả<br /> đã xác lập đơn thành phần mẫu nền trên cơ sở hướng tới mác thuốc phóng NDSI-2K. Đơn<br /> thành phần mẫu nền được cho trong bảng 1.<br /> Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3), % 58,5 ± 0,05<br /> 2 Nitro glyxerin (NG), % 28,0 ± 0,05<br /> 3 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), % 8,60 ± 0,02<br /> 4 Xentralit số 2, % 1,40 ± 0,01<br /> 5 Vazơlin, % 0,70 ± 0,01<br /> Các chất phụ gia CaCO3 và Ckt được lựa chọn trên cơ sở tính toán, tổ hợp các giá trị<br /> giữa chúng. Kết quả khi thay thế vào công thức tính toán nhiệt lượng, phải đảm bảo giá trị<br /> thấp nhất hoặc cao nhất của nó vẫn nằm trong vùng cho phép nhằm hạn chế ảnh hưởng của<br /> nhiệt độ cháy (thông qua việc khống chế nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của thuốc<br /> phóng. Hàm lượng các phụ gia được cho trong bảng 2.<br /> Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia CaCO3 và Ckt.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Canxi cacbonat (CaCO3), % 0,85 ÷ 2,55<br /> 2 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0,20 ÷ 0,50<br /> 2.2.2. Phương pháp tạo mẫu<br /> Tạo mẫu (thỏi) thuốc phóng: các hợp phần được phối trộn theo đơn thành phần đã<br /> xác định (bảng 1) trong môi trường nước ở 55oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn<br /> 2,5 giờ, modul bằng 6/1 [tỷ lệ nước so với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromas) quy khô].<br /> Nitromas sau công đoạn trộn được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến<br /> 60 %), sau đó được định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia (bảng 2).<br /> Mẫu không cho phụ gia gọi là mẫu nền được ký hiệu MĐ00 và mẫu nền thêm phụ gia<br /> được ký hiệu MĐi (i ≥ 1). Tiến hành cán keo hóa mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng<br /> 80 đến 95oC và đúc ép định hình ở 72oC đến 76oC (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các<br /> thỏi thuốc phóng sau khi nén ép định hình có dạng hình trụ, đường kính 7 mm và được<br /> cắt thành các đoạn ngắn, có chiều dài khoảng 70 mm.<br /> 2.2.3. Phương pháp đo tốc độ cháy<br /> Đo tốc độ cháy ở các áp suất không đổi, từ 10 at đến 100 at, trong bom đo áp, ở môi<br /> trường khí trơ, theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001.<br /> 2.2.4. Phương pháp tính toán thông số hiệu quả xúc tác cháy<br /> Hiệu quả xúc tác cháy được thể hiện qua đại lượng Z(p), là tỷ số giữa tốc độ cháy của<br /> mẫu chứa xúc tác cháy với mẫu nền tại áp suất cháy tương ứng.<br /> Đại lượng Z(p) được tính qua biểu thức:<br /> U ( p)<br /> Z ( p) <br /> U (0 p )<br /> Trong đó: - U(p) là tốc độ cháy của mẫu chứa xúc tác cháy tại áp suất P, mm/s;<br /> - U(0p) là tốc độ cháy của mẫu nền tại áp suất P, mm/s.<br /> 2.2.5. Phương pháp xác định các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy<br /> Như đã biết, khoảng áp suất từ 2 đến 15 MPa được cho là khoảng áp suất đặc trưng<br /> đối với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng<br /> hàm mũ như sau [8]:<br /> <br /> <br /> 170 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> u  B. p v<br /> Trong đó, hệ số B và hệ số mũ ν được xác định thông qua đồ thị tương quan giữa tốc<br /> độ cháy tại các áp suất khác nhau. Đơn vị của tốc độ cháy được tính bằng mm/s.<br /> 2.2.6. Phương pháp trình bày đồ thị tương quan giữa các hàm phụ thuộc<br /> Đồ thị tương quan giữa hàm u(p), Z(p) theo áp suất; hệ số mũ ν theo hàm lượng (phần<br /> trăm theo khối lượng so với mẫu nền ban đầu) của các phụ gia xúc tác cháy được biểu thị<br /> thông qua việc nhập số liệu thực nghiệm (đối với tốc độ cháy) và tính toán tương ứng (đối<br /> với hiệu quả xúc tác cháy, như mục 2.2.4) trên phần mềm Origin 8.0.<br /> 2.3. Vật tư, hóa chất<br /> Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 % (do Nhà máy Z195 sản<br /> xuất), nitro glyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) [do nhóm nghiên cứu tự<br /> tổng hợp], xentralit số 2, canxi cacbonat (CaCO3), vazơlin (AR, Trung Quốc), cacbon kỹ<br /> thuật (N220, AR, Hàn Quốc). Các hoá chất nêu trên đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản<br /> xuất thuốc phóng.<br /> 2.4. Thiết bị và dụng cụ<br /> - Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; 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 thống<br /> gia nhiệt; tủ sấy Binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10-2; 10-3 và 10-4 (gam); bình<br /> hút ẩm; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh.<br /> - Hệ thiết bị đo tốc độ cháy: máy đo thời gian cháy (độ chính xác 10-6s), được chế tạo<br /> tại Việt Nam, hệ thống các bình khí trơ để tạo áp suất, đồ gá mẫu và bom chứa mẫu ở áp<br /> suất xác định.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Với đơn thành phần đã lựa chọn như trong bảng 1, thông qua công thức thực nghiệm cổ<br /> điển [8], nhóm tác giả đã tính toán được nhiệt lượng cháy của các mẫu thuốc phóng. Kết<br /> quả được trình bày như trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Kết quả tính toán nhiệt lượng cháy theo công thức thực nghiệm của các mẫu<br /> thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA khi có các chất phụ gia (MĐi).<br /> TT Đại lượng Đơn vị Tính toán Yêu cầu<br /> 1 Nhiệt lượng cháy, Qv cal/g 1055…1070 1050…1070<br /> Thực nghiệm cho thấy, việc tính toán nhiệt lượng cháy thông qua công thức thực<br /> nghiệm hoàn toàn phù hợp với kết quả đo thực tế. Như vậy, việc lựa chọn đơn thành phần<br /> mẫu nền và các phụ gia CaCO3, Ckt hoặc hỗn hợp giữa chúng với hàm lượng đã nêu trong<br /> bảng 1 và bảng 2 đều cho giá trị nhiệt lượng chênh lệch nhau không lớn và đạt yêu cầu<br /> theo quy định. Đây là cơ sở để có thể bỏ qua yếu tố nhiệt lượng cháy ảnh hưởng đến quá<br /> trình cháy của thuốc phóng.<br /> 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu thuốc<br /> phóng nền NC-NG-DINA (MĐ00), được trình bày trong bảng 4.<br /> Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy.<br /> Ký Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Mẫu nền + % (phụ gia)<br /> hiệu 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ01 MĐ00 + 0,85 % CaCO3 12,73 10,77 9,74 7,56 6,39 -<br /> MĐ02 MĐ00 + 1,70 % CaCO3 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 171<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> MĐ03 MĐ00 + 2,55 % CaCO3 12,77 11,14 10,09 7,81 6,44 -<br /> Từ kết quả bảng 4, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc giữa tốc độ<br /> cháy [U(p)] với hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của CaCO3<br /> khác nhau đối với mẫu nền MĐ00, lần lượt cho trên các hình 1 và hình 2.<br /> 13 U, mm/s 1.10<br /> 4 Z<br /> 2<br /> 12 3<br /> <br /> 11<br /> 3<br /> 10 1.05<br /> 2<br /> <br /> 9<br /> <br /> <br /> <br /> 8<br /> 1.00<br /> <br /> <br /> 1<br /> 7 1<br /> <br /> <br /> P, at P, at<br /> 6 0.95<br /> 40 50 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100<br /> <br /> Hình 1. Sự phụ thuộc U(p) theo p. Hình 2. Sự phụ thuộc Z(p) theo p.<br /> 1 – MĐ00;<br /> 2 – MĐ00 + 0,85 % CaCO3; 1 – MĐ00 + 0,85 % CaCO3;<br /> 3 – MĐ00 + 1,70 % CaCO3; 2 – MĐ00 + 1,70 % CaCO3;<br /> 4 – MĐ00 + 2,55 % CaCO3. 3 – MĐ00 + 2,55 % CaCO3.<br /> Bảng 4, hình 1 và hình 2 cho thấy, sự có mặt của phụ gia CaCO3 làm cho tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy giảm ở áp suất 40 at với hàm lượng từ 0,85 % đến 2,55 % hoặc áp suất<br /> ở 50 at với hàm lượng từ 0,85 % đến 1,7 %. Trong khi đó, ở áp suất từ 70 at đến 100 at với<br /> hàm lượng từ 0,85 % đến 2,55 % hoặc áp suất 50 at với hàm lượng 2,55 %, tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy tăng. Tại mỗi áp suất cháy, tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy tăng<br /> theo hàm lượng CaCO3. Khi hàm lượng CaCO3 càng lớn, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br /> cháy tăng càng chậm. Nguyên nhân là do trong mọi trường hợp CaCO3 đều cho khả năng<br /> hội tụ và tăng cường khung muội cacbon trong vùng sản phẩm cháy. Do đó, tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng của nó. Đối với tốc độ cháy ở áp suất thấp (40 at<br /> đến 50 at) hoặc hàm lượng thấp, việc tạo khung muội cacbon này không đủ bù phần nhiệt<br /> cháy bị mất đi để đốt cháy CaCO3, do CaCO3 là hợp chất có hệ số nhiệt lượng âm, -1,26<br /> kcal/kg.%. Ở áp suất cao (70 at đến 100 at), các quá trình hóa học diễn ra nhanh hơn hoặc ở<br /> hàm lượng đủ lớn, khả năng hội tụ dẫn đến tăng cường khung muội tốt hơn nên phần nhiệt<br /> mất đi nhỏ hơn so các quá trình mà nó hình thành. Khi đạt đến mức bão hòa, tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy tăng chậm, thậm chí giảm nếu hàm lượng lớn hơn 2,55 % CaCO3. Khi<br /> đó, phần nhiệt mất đi tăng nhanh, trong khi khung muội cacbon yếu dần do tác động bởi<br /> trọng lực của các khối hội tụ.<br /> Mặt khác, thông qua đồ thị hàm u(p), có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo<br /> hàm lượng của CaCO3 đưa vào mẫu nền. Kết quả được trình bày trong bảng 5.<br /> Bảng 5. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng CaCO3.<br /> Ký Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Mẫu nền + % (phụ gia) U100, mm/s Z100<br /> hiệu B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ01 MĐ00 + 0,85 % CaCO3 0,40 0,75 40-100 12,73 1,08<br /> MĐ02 MĐ00 + 1,70 % CaCO3 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br /> MĐ03 MĐ00 + 2,55 % CaCO3 0,41 0,75 40-100 12,77 1,09<br /> Biểu diễn kết quả bảng 5 dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν theo hàm<br /> lượng của CaCO3, như hình 3 sau đây.<br /> <br /> <br /> 172 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> 0.80<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.75<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.70<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.65<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> CaCO3<br /> 0.60<br /> -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5<br /> <br /> Hình 3. Sự phụ thuộc của hàm mũ ν theo hàm lượng CaCO3.<br /> Bảng 5 và hình 3 cho thấy, sự có mặt của phụ gia CaCO3 một mặt có thể làm tốc độ<br /> cháy (ở 100 at) tăng đến 9 %, mặt khác, nó còn làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào<br /> áp suất. Khi đó, hệ số mũ ν đạt giá trị cực đại khoảng 0,79 (tương ứng với hàm lượng<br /> CaCO3 khoảng 1,7 %). Trong khi, giá trị này đối với mẫu nền (MĐ00) là 0,61.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến quy luật tốc độ cháy<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00<br /> được trình bày trong bảng 6.<br /> Bảng 6. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy.<br /> Ký Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Mẫu nền + % (phụ gia)<br /> hiệu 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ04 MĐ00 + 0,2 % Ckt 12,32 10,22 9,21 7,18 6,08 2,01<br /> MĐ05 MĐ00 + 0,4 % Ckt 13,56 11,21 10,03 7,58 6,32 2,24<br /> MĐ06 MĐ00 + 0,5 % Ckt 13,83 11,46 10,22 7,67 6,34 2,17<br /> Kết quả bảng 6, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc giữa tốc độ cháy<br /> [U(p)] với hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của Ckt khác nhau<br /> đối với mẫu nền MĐ00 lần lượt trên các hình 4 và hình 5.<br /> 14 U, mm/s 1.20<br /> Z<br /> 13<br /> 4<br /> 3<br /> 12 1.15<br /> <br /> <br /> 11<br /> 3<br /> 1.10<br /> 10<br /> <br /> <br /> 9 1.05 2<br /> <br /> <br /> 8 1.00<br /> 2<br /> <br /> 7 1<br /> 0.95<br /> 1<br /> P, at P, at<br /> 6 0.90<br /> 40 50 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100<br /> <br /> Hình 4. Sự phụ thuộc U(p) theo p. Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p.<br /> 1 – MĐ00;<br /> 2 – MĐ00 + 0,2 % Ckt; 1 – MĐ00 + 0,2 % Ckt;<br /> 3 – MĐ00 + 0,4 % Ckt; 2 – MĐ00 + 0,4 % Ckt;<br /> 4 – MĐ00 + 0,5 % Ckt. 3 – MĐ00 + 0,5 % Ckt.<br /> Bảng 6, hình 4 và hình 5 cho thấy, sự có mặt của phụ gia Ckt làm cho tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy giảm ở áp suất từ 40 at đến 50 với hàm lượng từ 0,2 % đến 0,5 %<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 173<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> hoặc ở áp suất từ 70 at đến 80 at với hàm lượng khoảng 0,2 %. Trong khi đó, ở áp suất 100<br /> at với hàm lượng từ 0,2 % đến 0,5 % hoặc áp suất từ 70 at đến 80 at với hàm lượng từ 0,4<br /> % đến 0,5 %, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng. Tại mỗi áp suất cháy, tốc độ cháy<br /> và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng Ckt. Ngoài ra, khi hàm lượng Ckt càng lớn,<br /> tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng càng chậm. Nguyên nhân là do sản phẩm cháy<br /> của Ckt có thể tạo ra khung muội cacbon trên bề mặt cháy của thuốc phóng. Do đó, tốc độ<br /> cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng của nó. Tuy nhiên, ở áp suất từ 40 at<br /> đến 50 at hoặc ở áp suất từ 70 at đến 80 at nhưng hàm lượng thấp (0,2 % Ckt), việc tạo<br /> khung muội cacbon này không đủ bù phần nhiệt cháy bị mất đi để đốt cháy Ckt (như đã<br /> biết Ckt là hợp chất có hệ số nhiệt lượng âm, -33 kcal/kg.%). Ở áp suất 100 at, các quá<br /> trình hóa học diễn ra nhanh hơn hoặc áp suất từ 70 at đến 80 at nhưng hàm lượng đủ lớn<br /> (từ 0,4 % đến 0,5 % Ckt), khả năng tạo ra và tăng cường khung muội tốt hơn nên phần<br /> nhiệt mất đi nhỏ hơn so các quá trình mà nó hình thành. Khi hàm lượng Ckt đạt đến mức<br /> bão hòa (lớn hơn 0,5 %), dẫn đến tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng chậm.<br /> Mặt khác, thông qua đồ thị hàm phụ thuộc, u(p) ta có thể thống kê mối quan hệ giữa hệ số<br /> mũ ν theo hàm lượng Ckt, như trong bảng 7.<br /> Bảng 7. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng Ckt.<br /> Ký Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Mẫu nền + % (phụ gia) U100, mm/s Z100<br /> hiệu B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ04 MĐ00 + 0,2 % Ckt 0,36 0,77 40-100 12,32 1,05<br /> MĐ05 MĐ00 + 0,4 % Ckt 0,29 0,83 40-100 13,56 1,15<br /> MĐ06 MĐ00 + 0,5 % Ckt 0,27 0,85 40-100 13,83 1,18<br /> Biểu diễn kết quả bảng 7 dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν với hàm<br /> lượng Ckt ta thu được hình 6.<br /> 0.90<br /> <br /> <br /> <br /> 0.85<br /> <br /> <br /> <br /> 0.80<br /> <br /> <br /> <br /> 0.75<br /> <br /> <br /> <br /> 0.70<br /> <br /> <br /> <br /> 0.65<br /> <br /> <br /> %Ckt<br /> 0.60<br /> -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5<br /> <br /> Hình 6. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt.<br /> Bảng 7 và hình 6 cho thấy, sự có mặt của phụ gia Ckt cho tốc độ cháy (100 at) và hệ số<br /> mũ ν tăng. So với CaCO3 thì Ckt cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng nhanh hơn theo hàm<br /> lượng của nó. Khi đó, tốc độ cháy (100 at) và hệ số mũ ν tăng tương ứng khoảng 18 %, hệ<br /> số mũ ν khoảng 0,85 đối với 0,5 % Ckt và khoảng 9 %, hệ số mũ ν khoảng 0,79 đối với 1,7<br /> % CaCO3.<br /> 3.3. Ảnh hưởng của CaCO3 kết hợp với Ckt đến quy luật tốc độ cháy<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ<br /> cháy của mẫu nền MĐ00, được trình bày trong bảng 8.<br /> <br /> <br /> 174 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng … trên nền NC-NG-DINA.”<br />  Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 8. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy.<br /> Ký Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Mẫu nền + % (phụ gia)<br /> hiệu 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ02 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,0 % Ckt 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br /> MĐ07 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,2 % Ckt 15,52 13,30 11,89 8,90 7,09 -<br /> MĐ08 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,4 % Ckt 15,82 13,84 12,48 9,53 7,68 -<br /> Từ kết quả bảng 8, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy<br /> [u(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các giá trị của hàm lượng Ckt kết<br /> hợp 1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 7 và hình 8.<br /> 16 U, mm/s 1.4<br /> Z<br /> 14 3<br /> 4 1.3<br /> <br /> 12<br /> 2<br /> 3 1.2<br /> <br /> 10<br /> <br /> <br /> 1.1<br /> <br /> 8 1<br /> 1.0 1<br /> <br /> 2<br /> P, at P, at<br /> 6 0.9<br /> 40 50 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100<br /> <br /> Hình 7. Sự phụ thuộc U(p) theo p. Hình 8. Sự phụ thuộc Z(p) theo p.<br /> 1–MĐ00;<br /> 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt; 1 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt;<br /> 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt;<br /> 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt. 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt.<br /> Kết quả hình 7 và hình 8 cho thấy, khi Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3, tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng Ckt tại mọi giá trị áp suất trong khoảng từ 40 at<br /> đến 100 at. Nguyên nhân là do bản thân Ckt và CaCO3 là những phụ gia tương ứng cho khả<br /> năng tăng cường và hội tụ trên khung muội cacbon trong vùng sản phẩm cháy. Do đó, khi<br /> được kết hợp với nhau, chúng là những tác nhân bổ trợ tốt cho quá trình hội tụ và tăng<br /> cường khung muội cacbon. Thực tế, ở hàm lượng 1,7 % CaCO3 cho tốc độ cháy tăng tại áp<br /> suất lớn hơn 70 at, trong khi đó, Ckt cho tốc độ cháy tăng ở áp suất 100 at hoặc áp suất từ<br /> 70 at đến 80 at nhưng với hàm lượng đủ lớn. Khi được kết hợp với nhau, do tính chất cộng<br /> hưởng trên vùng sản phẩm cháy, nên tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy khi đó đều tăng<br /> theo hàm lượng của Ckt.<br /> Thông qua đồ thị hàm phụ thuộc, u(p) ta có thể thống kê mối quan hệ giữa hệ số mũ ν<br /> theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 như trong bảng 9.<br /> Bảng 9. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 .<br /> Ký Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Mẫu nền + % (phụ gia) U100, mm/s Z100<br /> hiệu B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ02 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,0 % Ckt 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br /> MĐ07 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,2 % Ckt 0,31 0,86 40-100 15,52 1,32<br /> MĐ08 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,4 % Ckt 0,42 0,79 40-100 15,82 1,35<br /> Từ kết quả ở bảng 9, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số<br /> mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 như hình 9 sau đây.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 175<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> 0.88<br /> <br /> <br /> <br /> 0.86<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.84<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.82<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0.80<br /> <br /> <br /> %Ckt<br /> 0.78<br /> -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4<br /> <br /> Hình 9. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3.<br /> Bảng 9 và hình 9 cho thấy, ở áp suất 100 at, khi kết hợp giữa Ckt với 1,7 % CaCO3, tốc<br /> độ cháy có thể tăng lên đến 35 % so với mẫu nền. Trong khi đó, đối với các đơn phụ gia<br /> CaCO3 hoặc Ckt ở hàm lượng tương ứng chỉ đạt lần lượt là 9 % và 15 %. Ngoài ra, hệ số<br /> mũ ν có tăng khi hàm lượng Ckt khoảng 0,2 % nhưng lại giảm khi hàm lượng của nó<br /> khoảng 0,4 %. Như vậy, khi Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3, ở cùng hàm lượng 0,4 % Ckt, hệ số<br /> ν của nó đã giảm từ 0,83 xuống còn 0,79. Qua đây, ta có thể thấy sự có mặt của CaCO3<br /> (~1,7 %) đã khống chế sự tăng của hệ số ν theo Ckt khi hàm lượng của nó đủ lớn (lớn hơn<br /> khoảng 0,33 %, theo hình 9).<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> - Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng đến quy<br /> luật tốc độ cháy đối với thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA, kết quả cho thấy,<br /> so với mẫu nền (U100 = 11,75 mm/s, ν = 0,61), sự có mặt của các phụ gia CaCO3, Ckt và<br /> hỗn hợp của Ckt với CaCO3 đều làm cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng. Theo đó, U100 =<br /> 12,75 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 1,7 % CaCO3, U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 tương ứng 0,4<br /> % Ckt và U100 = 15,82 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 0,4 % Ckt + 1,7 % CaCO3.<br /> - So với phụ gia CaCO3 thì phụ gia Ckt cho tốc độ cháy cũng như hệ số mũ ν tăng<br /> nhanh hơn. Sự kết hợp của Ckt với CaCO3 ngoài việc làm cho tốc độ cháy tăng nhanh<br /> hơn đồng thời làm giảm sự tăng nhanh của hệ số ν theo hàm lượng Ckt.<br /> - Để ứng dụng được cho thuốc phóng NDSI-2K thì yêu cầu tốc độ cháy từ 13,5 mm/s<br /> đến 15,5 mm/s và hệ số mũ ν không lớn hơn 0,6. Do đó, các phụ gia Ckt hoặc Ckt kết hợp<br /> với CaCO3 đều có thể cho tốc độ cháy đạt yêu cầu nhưng chưa đảm bảo hệ số ν.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Đỗ Đức Trí, Lê Duy Bình và cộng sự (2014), “Một số kết quả nghiên cứu hoàn thiện<br /> công nghệ chế tạo thuốc phóng NDSI-2K dùng cho đạn PG-9”, Tạp chí Nghiên cứu<br /> KH&CN Quân sự, Viện KH&CNQS, số đặc san TPTN’14, tr.116-124.<br /> [2]. Le Duy Binh and coworker (2016), “Effect of catalyst on the burning rate of energy<br /> materials based on NC-NG-DINA”, The 4th academic conference on natural science<br /> for young scientists, master and PhD. Students from Asean countries, Bangkok,<br /> Thailand.15-18, December, 2015, p.230-239.<br /> [3]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2004), “Khả năng nâng cao tốc độ cháy cho nhiên liệu<br /> tên lửa keo”, Tạp chí Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số đặc<br /> san Vật liệu nổ 10/2004, tr.91-94.<br /> <br /> <br /> 176 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [4]. Hoàng Thế Vũ và cộng sự (2004), “Ảnh hưởng của hàm lượng muội than lên tốc độ<br /> cháy của nhiên liệu keo”, Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số<br /> đặc san Vật liệu nổ, 10/2004, tr.104-107.<br /> [5]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2009), “Khả năng tăng tốc độ cháy của nhiên liệu tên<br /> lửa keo năng lượng cao bằng phụ gia cacbon kỹ thuật”, Tạp chí Nghiên cứu<br /> KH&CNQS, Viện KH&CNQS, số đặc biệt, 10/2009, tr.43-46.<br /> [6]. Денисюк А. П., Демидова Л. А (2004), “Особенности влияния некоторых<br /> катализаторов на горение баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва,<br /> Т. 40, № 3, c.69-76.<br /> [7]. Денисюк А. П., Шепелев Ю. Г., Русин Д. Л., Шумский И. В (2001), “Влияние<br /> гексогена и октогена на эффективность действия катализаторов горения<br /> баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва, Т. 37, № 2, c.77-8.<br /> [8]. Денисюк А. П (1994), “Физико-химические свойства баллистических порохов и<br /> ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет<br /> им. Менделеева, Издательство Москва.<br /> ABSTRACT<br /> STUDY ON THE EFFECT OF CaCO3, Ct ADDITIVES AND THEIR MIXTURE ON<br /> BURNING RATE LAW OF BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA<br /> <br /> Using of CaCO3, Ct additives or their mixture can increase the burning rate of<br /> ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results showed that with the ratio<br /> of. Accordingly, U100 = 12,75 mm/s, ν = 0,79; U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 and U100<br /> = 15,82 mm/s, ν = 0,79 corresponding to 1,7 % CaCO3, 0,4 % Ct and 0,4 % Ct +<br /> 1,7 % CaCO3. The burning rate and ν exponent of sample containing Ct increase<br /> more quickly than the CaCO3. The mixture of Ct and CaCO3 is not only increasing<br /> burning rate but also decreasing ν by content of Ct. The requirement of burning rate<br /> and ν in NDSI-2K propellant is 13,5 to 15,5 mm/s and ≤ 0,6 respectively. Thus, the<br /> Ct or mixture of Ckt with CaCO3 additives can meet the burning rate but ν exponent<br /> is still high for propellant of NDSI-2K.<br /> Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; Ct and CaCO3 additives.<br /> <br /> Nhận bài ngày 25 tháng 01 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 08 tháng 6 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1Viện Hóa học Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;<br /> 2<br /> Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng.<br /> *<br /> Email: binhld.pro.pro@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 177<br />