Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy PbO, Ckt và CaCO3 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 HỆ PHỤ GIA, XÚC TÁC CHÁY<br /> PbO, Ckt VÀ CaCO3 ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC<br /> PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA<br /> Lê Duy Bình1*, Phạm Văn Toại2, Nguyễn Việt Bắc1<br /> <br /> Tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy PbO, Ckt và<br /> CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-<br /> DINA cho thấy, với tỷ lệ ≥ 1,4 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt cho tốc độ cháy<br /> U100 ~ 14,2 mm/s và hệ số mũ ν ~ 0,61, đạt yêu cầu, nhưng tốc độ cháy ở áp suất<br /> cao (120 at) bị giảm. Trong khi đó, ở tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt<br /> cho tốc độ cháy cao (U100 = 17,14 mm/s) nhưng hệ số mũ ν tương đối lớn (ν =<br /> 0,78). Tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy tối ưu cho hệ thuốc phóng keo trên nền NC-NG-<br /> DINA là: 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt. Khi đó, U100 = 13,58 mm/s (yêu<br /> cầu từ 13,5 mm/s đến 15,5 mm/s) và hệ số mũ ν = 0,53 (yêu cầu nhỏ hơn 0,6). Với tỷ<br /> lệ này, mẫu thu được đáp ứng yêu cầu của mác thuốc phóng NDSI-2K.<br /> Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia xúc tác cháy.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Từ các kết quả nghiên cứu ở bài báo trước cho thấy, phụ gia Ckt hoặc hỗn hợp của Ckt<br /> với CaCO3 khi thêm vào mẫu nền NC-NG-DINA cho tốc độ cháy đạt yêu cầu nhưng hệ số<br /> mũ ν còn tương đối cao (ν ≥ 0,79). Do đó, sự cần thiết phải nghiên cứu lựa chọn, khảo sát<br /> ảnh hưởng của xúc tác cháy khác kết hợp với các phụ gia này nhằm thu được mẫu có tốc<br /> độ cháy cũng như hệ số mũ ν đạt yêu cầu.<br /> Một số công trình [1-5] đã đề cập đến ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy trên cơ sở<br /> PbO, Ckt và CaCO3, tuy nhiên, chưa đi sâu nghiên cứu tính quy luật cháy của nó. Vì vậy,<br /> việc giải thích khả năng sử dụng chúng trong khoảng xác định còn hạn chế.<br /> Nối tiếp các công trình đã công bố, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của hệ<br /> phụ gia, xúc tác cháy này đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-<br /> DINA, qua đó, đánh giá, so sánh khả năng sử dụng chúng 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 phụ gia, xúc<br /> tác cháy Ckt, CaCO3 và PbO.<br /> - Phạm vi nghiên cứu: quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất và hàm<br /> lượng của các phụ gia, xúc tác cháy.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần<br /> Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Nitrat xenlulo (NC), % 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 /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 141<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Để nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia xúc, tác cháy đến quá trình cháy của thuốc<br /> phóng, thông thường ta cần phải xác lập được đơn thành phần với hàm lượng cụ thể cho<br /> mẫu nền. Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo này, nhóm tác giả đã xác lập đơn thành<br /> phần mẫu nền trên cơ sở hướng tới thuốc phóng NDSI-2K. Đơn thành phần mẫu nền phục<br /> vụ quá trình nghiên cứu, được trình bày trong bảng 1.<br /> Các chất phụ gia CaCO3, Ckt và xúc tác cháy PbO được lựa chọn trên cơ sở khi thay thế<br /> vào công thức tính toán nhiệt lượng, đảm bảo chênh lệch nhau không lớn nhằm hạn chế<br /> ảnh hưởng của nhiệt độ cháy (nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của thuốc phóng. Hàm<br /> lượng các phụ gia, xúc tác cháy được cho trong bảng 2.<br /> Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy CaCO3, Ckt và PbO.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Canxi cacbonat (CaCO3), % 1,70<br /> 2 Chì (II) oxít (PbO), % 0 ÷ 1,40<br /> 3 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0 ÷ 0,50<br /> Với đơn thành phần mẫu nền cho trong bảng 1 và các phụ gia, xúc tác cháy cho trong<br /> bảng 2, khi tính toán nhiệt lượng cháy thông qua công thức thực nghiệm [6] đều cho kết<br /> quả từ 1053 cal/g đến 1070 cal/g. Số liệu này cho thấy, sự chênh lệch nhiệt lượng cháy<br /> giữa các mẫu nghiên cứu là không lớn và nằm trong vùng cho phép.<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 xác<br /> định (bảng 1) trong môi trường nước ở 55oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ,<br /> modul bằng 6/1 [tỷ lệ nước so với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromas) quy khô]. Nitromas<br /> sau công đoạn trộn được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau<br /> đó được định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia (bảng 2). Mẫu không<br /> cho phụ gia gọi là mẫu nền được ký hiệu MĐ00 và mẫu nền thêm phụ gia được ký hiệu<br /> MĐi (i ≥ 1). Tiến hành cán keo hóa mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95oC và<br /> đúc ép định hình ở 72oC đến 76oC (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau<br /> khi nén ép định hình có dạng hình trụ, đường kính 7 mm và được cắt thành các đoạn ngắn,<br /> 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 đối<br /> với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng hàm mũ<br /> như sau [6]:<br /> u  B. p v<br /> <br /> <br /> 142 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <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 %, nhà máy Z195 sản<br /> xuất, nitrog lyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) do nhóm nghiên cứu tự<br /> tổng hợp, xentralit số 2, canxicacbonat (CaCO3), vazơlin (AR, Trung Quốc), cacbon kỹ<br /> thuật (N220, AR, Hàn Quốc). Các hoá chất đã nêu đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất<br /> thuốc phóng.<br /> - Riêng đối với chì oxit, PbO của hãng Sigma-Aldrich (Đức) là loại tinh khiết PA.<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 10-6 s), 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 /> 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với 0,2 % Ckt và 1,7 %<br /> CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu thuốc phóng nền MĐ00 được trình bày trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với<br /> 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00.<br /> Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)<br /> 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ07 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,0%PbO 15,52 13,30 11,89 8,90 7,09 -<br /> MĐ09 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,2%PbO 15,87 13,46 12,21 9,54 8,11 -<br /> MĐ10 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,5%PbO 14,91 12,56 11,49 9,23 8,06 -<br /> MĐ11 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,8%PbO 14,35 12,09 11,08 8,93 7,90 -<br /> MĐ12 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+1,4%PbO 14,20 11,87 10,81 8,90 8,04 -<br /> Ta có thể biểu diễn kết quả bảng 3 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 hàm lượng của PbO khác nhau<br /> kết hợp 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3 như trên các hình 1 và 2.<br /> Hình 1 và hình 2 cho thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy đạt lớn nhất (đường 3<br /> hình 1 và đường 2 hình 2) tương ứng với hàm lượng PbO khoảng 0,2 % tại mọi áp suất.<br /> Khi hàm lượng PbO tăng trong khoảng 0,2 % đến 1,4 %, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br /> cháy giảm chậm trong khoảng áp suất từ 40 at đến 50 at và giảm nhanh hơn trong khoảng<br /> áp suất từ 70 at đến 100 at.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 143<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> 16 1.40<br /> U, mm/s Z<br /> <br /> 14 4 1.35<br /> 5 6<br /> 1.30<br /> 12<br /> 3<br /> 1.25<br /> 2<br /> 10 4<br /> 1.20<br /> 3<br /> 1.15<br /> 2 5<br /> 8<br /> 1.10<br /> 1<br /> <br /> 1 1.05<br /> <br /> P, at<br /> 6 1.00 P, at<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 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,0 % PbO; 1 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,0 % PbO<br /> 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,2 % PbO; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,2 % PbO;<br /> 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,5 % PbO; 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,5 % PbO;<br /> 5 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,8 % PbO; 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 0,8 % PbO;<br /> 6 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 1,4 % PbO. 5 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt + 1,4 % PbO.<br /> Trở lại kết quả bảng 3 ta thấy, khi kết hợp giữa PbO với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3, ở<br /> hàm lượng khoảng 0,2 % PbO, có thể được xem như là tối ưu đối với mẫu thuốc phóng<br /> trên nền NC-NG-DINA. Tuy nhiên, tốc độ cháy của nó cũng chỉ tăng lớn nhất khoảng 2<br /> % so với khi không có PbO. Điều này cho thấy, tác dụng tăng tốc độ cháy của PbO đối<br /> với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA là tương đối thấp.<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 PbO khi được kết hợp với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3, kết quả được trình bày<br /> trong bảng 4.<br /> Bảng 4. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng PbO<br /> kết hợp với 0,2 % Ckt + 1,7 % CaCO3.<br /> Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy) U100, mm/s Z100<br /> B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ07 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,0%PbO 0,31 0,86 40-100 15,52 1,32<br /> MĐ09 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,2%PbO 0,54 0,73 40-100 15,87 1,35<br /> MĐ10 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,5%PbO 0,68 0,67 40-100 14,91 1,27<br /> MĐ11 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+0,8%PbO 0,71 0,65 40-100 14,35 1,22<br /> MĐ12 MĐ00+1,7%CaCO3+0,2%Ckt+1,4%PbO 0,82 0,61 40-100 14,20 1,21<br /> Từ số liệu bảng 4, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số<br /> mũ ν theo hàm lượng PbO khi kết hợp với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3 như trên hình 3.<br /> Hình 3 cho thấy, hệ số mũ ν giảm từ 0,86 xuống còn 0,61 tương ứng với hàm lượng<br /> PbO tăng từ 0 % đến 1,4 %. Mức độ giảm càng chậm khi hàm lượng của nó càng lớn. Mặc<br /> dù PbO cho tăng tốc độ cháy không lớn nhưng có tác dụng làm giảm sự phụ thuộc của tốc<br /> độ cháy vào áp suất (hệ số mũ ν giảm nhanh). Đây cũng chính là nguyên nhân giải thích<br /> tại sao cần phải bổ sung PbO vào thành phần thuốc phóng keo.<br /> Qua nghiên cứu mục 3.1 cho thấy, khi áp suất 40 at, ở hàm lượng 1,4 % PbO, tốc độ<br /> cháy có dấu hiệu tăng. Điều này cho thấy, hàm lượng của nó đã vượt giới hạn bão hòa. Do<br /> đó, nhóm nghiên cứu lựa chọn giá trị 0,8 % PbO để phục vụ nghiên cứu tiếp theo.<br /> <br /> <br /> 144 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> 0.90<br /> <br /> <br /> 0.85<br /> <br /> <br /> 0.80<br /> <br /> <br /> 0.75<br /> <br /> <br /> 0.70<br /> <br /> <br /> 0.65<br /> <br /> <br /> 0.60<br /> <br /> %PbO<br /> 0.55<br /> 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4<br /> <br /> <br /> Hình 3. Sự phụ thuộc của hàm mũ ν theo hàm lượng PbO<br /> kết hợp với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của Ckt kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3<br /> Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Ckt khi kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3<br /> đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00 được trình bày trong bảng 5.<br /> Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt khi kết hợp với<br /> 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00.<br /> Ký Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)<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 /> MĐ13 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,0%Ckt 11,51 10,23 9,78 8,59 7,67 -<br /> MĐ14 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,1%Ckt 13,58 10,52 9,91 8,89 7,88 -<br /> MĐ11 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,2%Ckt 14,35 12,09 11,08 8,93 7,90 -<br /> MĐ15 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,4%Ckt 17,14 14,38 12,96 9,96 8,37 3,36<br /> MĐ16 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,5%Ckt 17,35 14,54 13,10 10,01 8,38 -<br /> Từ số liệu bảng 5, ta 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 hàm lượng của Ckt kết hợp với<br /> 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3 như trên hình 4 và hình 5.<br /> 18 1.50<br /> U, mm/s Z<br /> 6 1.45<br /> 5<br /> 16<br /> <br /> 5 1.40<br /> 14<br /> 1.35 4<br /> <br /> 12 4 1.30<br /> 3<br /> 1.25<br /> <br /> 10 1.20<br /> 3<br /> 1.15<br /> 2<br /> 1.10<br /> 8 1 2<br /> 1.05<br /> 1<br /> 1.00<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 4. Sự phụ thuộc u(p) theo p Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p<br /> 1 – MĐ00;<br /> 2 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt; 1 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt;<br /> 3 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt; 2 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt;<br /> 4 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt; 3 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt;<br /> 5 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt; 4 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt;<br /> 6 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,5 % Ckt.. 5 – MĐ00 + 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,5 % Ckt..<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 145<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Hình 4 và hình 5 cho thấy, khi được kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3, tốc độ<br /> cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng Ckt tại mọi áp suất trong khoảng 40 at<br /> đến 100 at. Khi ở cùng hàm lượng như nhau, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng<br /> nhanh hơn ở áp suất khoảng 80 at đến 100 at và tăng chậm hơn ở áp suất từ 40 at đến 70<br /> at. Khi hàm lượng Ckt đủ lớn (lớn hơn 0,4 %), tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng<br /> chậm dần.<br /> Về cơ bản, sự tương tác của Ckt cho dù ở dạng đơn lẻ hoặc được kết hợp với CaCO3<br /> hoặc PbO + CaCO3 khi cùng hàm lượng Ckt, đều cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy<br /> tăng nhanh ở áp suất cao và tăng chậm, thậm chí trong một vài trường hợp giảm ở áp suất<br /> thấp với mẫu không có xúc tác cháy PbO.<br /> Thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm<br /> lượng Ckt kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3, được trình bày trong bảng 6.<br /> Bảng 6. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng Ckt<br /> kết hợp với 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3.<br /> Ký Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy) 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 /> MĐ13 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,0%Ckt 1,59 0,42 40-100 11,51 0,98<br /> MĐ14 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,1%Ckt 1,08 0,53 40-100 13,58 1,15<br /> MĐ11 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,2%Ckt 0,71 0,65 40-100 14,35 1,22<br /> MĐ15 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,4%Ckt 0,47 0,78 40-100 17,14 1,46<br /> MĐ16 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO3+0,5%Ckt 0,45 0,79 40-100 17,35 1,48<br /> Từ số liệu bảng 6, 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 với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3 như trên hình 6.<br /> Bảng 6 và hình 6 cho thấy, ở áp suất 100 at, khi không có Ckt, hệ số mũ ν còn khoảng<br /> 0,42. Tuy nhiên, hiệu quả xúc tác cháy chỉ đạt, Z = 0,98 (giảm so với mẫu nền). Trong khi<br /> đó, sự có mặt của Ckt làm cho tốc độ cháy tăng lần lượt được khoảng 15 % tương ứng 0,1<br /> % Ckt, 22 % tương ứng 0,2 % Ckt, 46 % tương ứng 0,4 % Ckt và 48 % tương ứng 0,5 % Ckt<br /> nhưng đồng thời, hệ số mũ ν tăng tương đối nhanh từ 0,42 lên 0,79 tương ứng hàm lượng<br /> Ckt từ 0 % đến 0,5 %.<br /> 0.80<br /> <br /> 0.75<br /> <br /> <br /> 0.70<br /> <br /> <br /> 0.65<br /> <br /> <br /> 0.60<br /> <br /> <br /> 0.55<br /> <br /> <br /> 0.50<br /> <br /> <br /> 0.45<br /> <br /> %Ckt<br /> 0.40<br /> -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6<br /> <br /> Hình 6. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp<br /> với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3 đối với mẫu nền MĐ00.<br /> <br /> <br /> 146 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của … trên nền NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy, sự kết hợp giữa PbO với tỷ lệ 0,8 % PbO và 1,7<br /> % CaCO3 cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng rõ rệt. Ở tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 %<br /> CaCO3 + 0,5 % Ckt, tốc độ cháy có thể tăng lên khoảng 48 % tương ứng 17,35 mm/s (100<br /> at). Tuy nhiên, giá trị ν của nó cũng tương đối lớn, đạt 0,79. Rõ ràng, với hệ số mũ ν này,<br /> việc ứng dụng trong thiết kế thuốc phóng cho đạn phản lực là không khả thi. Trong khi đó,<br /> với tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt (mẫu MĐ14), mặc dù tốc độ cháy có thấp<br /> hơn nhưng lại đảm bảo được hệ số mũ ν. Theo đó, U100 = 13,58 mm/s và hệ số mũ ν =<br /> 0,53, đạt yêu cầu.<br /> Về lý thuyết, đối với mẫu MĐ12, có thể nâng hàm lượng PbO lớn hơn 1,4 % để giảm<br /> hệ số ν xuống dưới 0,6. Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy, khi đó tốc độ cháy ở áp suất<br /> 100 at mặc dù vẫn đạt yêu cầu song tốc độ cháy ở áp suất 120 at giảm nhanh đáng kể.<br /> Điều này chứng tỏ rằng, hàm lượng PbO đã đạt đến giá trị bão hòa.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> - Đã nghiên cứu được ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác trên cơ sở PbO, Ckt và CaCO3<br /> đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA. Kết quả cho<br /> thấy, với tỷ lệ (≥ 1,4) % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt cho tốc độ cháy (100 at) và hệ số<br /> ν đạt yêu cầu nhưng tốc độ cháy ở áp suất cao (120 at) bị giảm. Trong khi đó, ở tỷ lệ 0,8 %<br /> PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt cho tốc độ cháy cao (U100 = 17,14 mm/s) nhưng hệ số ν<br /> tương đối lớn (ν khoảng 0,78).<br /> - Tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy tối ưu cho hệ thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA là:<br /> 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt, khi đó U100 = 13,58 mm/s và hệ số mũ ν = 0,53.<br /> Với tỷ lệ này, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu cho mác thuốc phóng NDSI-2K.<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 /> [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 (1994), “Физико-химические свойства баллистических порохов и<br /> ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет<br /> им. Менделеева, Издательство Москва.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 147<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> ABSTRACT<br /> EFFECT OF PbO, Ct AND CaCO3 CATALYST ADDITIVES ON BURNING RATE<br /> LAW OF BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA<br /> The investigation was made on the effect of mixture PbO with Ct and CaCO3 to<br /> the burning rate law of ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results<br /> showed that: combination of PbO with Ct and CaCO3 increases effect burning<br /> catalyst. The burning rate (at 100 at) and ν exponent can meet requirement but the<br /> burning rate at high pressure (120 at) is decreased at the ratio (≥1,4) % PbO + 1,7<br /> % CaCO3 + 0,2 % Ct. The burning rate is high but exponent of ν is still high at the<br /> ratio 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ct. The optimal catalyst additives ratio<br /> for propellant based on NC-NG-DINA is: 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ct.<br /> According to that U100 = 13,58 mm/s (request is from 13,5 mm/s to 15,5 mm/s),<br /> exponent of ν is about 0,53 (requirement is not more than 0,6). This ratio completely<br /> satified the requirements of NDSI-2K propellant.<br /> Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; Ct and CaCO3 additives; Catalyts of PbO.<br /> <br /> Nhận bài ngày 25 tháng 01 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 8 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Viện 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 /> 148 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của … trên nền NC-NG-DINA.”<br />