Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ HỆ PHỤ GIA, XÚC<br />
TÁC CHÁY ĐƠN VÀ HỖN HỢP ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY<br />
CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA<br />
Lê Duy Bình1, Phạm Văn Toại2, Nguyễn Việt Bắc1<br />
<br />
Tóm tắt: Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy<br />
salixilat chì, phtalat chì đồng và hỗn hợp PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano),<br />
Co3O4 (≤ 10µm), spinen và salixilat chì với Ckt đến quy luật tốc độ cháy của thuốc<br />
phóng keo trên nền NC-NG-DINA cho thấy, xúc tác cháy phtalat chì đồng hoặc các<br />
hỗn hợp của PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano), Co3O4 (≤ 10µm) hoặc spinen<br />
cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hiệu quả xúc<br />
tác cháy kém hơn so với salixilat chì không có Ckt. So với hệ xúc tác cháy PbO với<br />
Ckt đã nghiên cứu thì salixilat chì cho tốc độ cháy cao hơn và quá trình cháy ít phụ<br />
thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, với tỷ lệ 2,1 % salixilat chì + 1,7<br />
% CaCO3 cho U100 = 13,65 mm/s và hệ số mũ ν = 0,40. Với kết quả nghiên cứu đạt<br />
được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác cháy salixilat chì để thay thế<br />
hỗn hợp PbO với Ckt cho thuốc phóng NDSI-2K là có triển vọng.<br />
Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia xúc tác cháy (salixilat chì, phtalat chì<br />
đồng; Spinen; PbO; Co3O4(nano); Co3O4(≤10µm), Ckt, CaCO3).<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy trên cơ sở PbO, Ckt và CaCO3 đến<br />
quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA cho thấy, với tỷ<br />
lệ xúc tác cháy tối ưu là 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt mặc dù cho hiệu quả xúc<br />
tác cháy đạt yêu cầu, tuy nhiên, hệ số mũ ν vẫn còn cao. Do đó, sự cần thiết phải nghiên<br />
cứu lựa chọn hệ xúc tác cháy khác để có thể tăng thêm tốc độ cháy đồng thời giảm thiểu<br />
sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất.<br />
Nối tiếp các kết quả nghiên cứu đã đạt được, bài báo này giới thiệu kết quả khảo sát<br />
một số hệ phụ gia, xúc tác cháy đơn và hỗn hợp khác, bao gồm: salixilat chì, phtalat chì<br />
đồng và hỗn hợp của PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano), Co3O4 (≤ 10µm), spinen và<br />
salixilat chì với phụ gia Ckt.<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 hệ phụ gia,<br />
xúc tác cháy gồm: Ckt, CaCO3, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen, Co3O4 (kích<br />
thước hạt nano) và Co3O4 (kích thước hạt ≤ 10µm).<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 />
2.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần<br />
Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo này, nhóm tác giả đã xác lập đơn thành phần<br />
mẫu nền trên cơ sở hướng tới thuốc phóng NDSI-2K [1, 2, 3, 4]. Đơn thành phần mẫu nền<br />
phục vụ quá trình nghiên cứu, được cho trong bảng 1.<br />
Các chất phụ gia, xúc tác cháy Ckt, CaCO3, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen,<br />
Co3O4 (kích thước hạt nano) và Co3O4 (kích thước hạt ≤ 10µm) được lựa chọn trên cơ sở<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 149<br />
Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
khi thay thế vào công thức tính toán nhiệt lượng, đảm bảo chênh lệch nhau không lớn<br />
nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cháy (nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của<br />
thuốc phóng. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy được cho trong bảng 2.<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 />
Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy.<br />
TT Thành phần Hàm lượng<br />
1 Canxi cacbonat (CaCO3), % 1,70<br />
2 Chì (II) oxít (PbO), % 0,80<br />
3 Co3O4 (kích thước hạt nano), % 0,80<br />
4 Co3O4 (≤10µm), % 0,80<br />
5 Phtalat chì đồng, % 0,80<br />
6 Salixilat chì, % 0,80 ÷ 2,60<br />
7 Spinen, % 0,80<br />
8 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0,10<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 [5] đều cho kết<br />
quả từ 1065 cal/g đến 1070 cal/g. Như vậy, chênh lệch nhiệt lượng giữa các mẫu nghiên<br />
cứu không lớn và hoàn toàn 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) qui 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 />
<br />
<br />
<br />
150 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<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 [5]:<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), phtalat chì đồng, salixilat chì, spinen (do Viện TPTN chế<br />
tạo). Các hoá chất đã nêu trên đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng.<br />
- Riêng đối với chì oxít PbO, Co3O4(nano) và Co3O4(≤10µm) là những hóa chất tinh khiết,<br />
loại PA của hãng Sigma-Aldrich (Đức) và được sử dụng nguyên mẫu.<br />
2.4. Thiết bị và dụng cụ<br />
- Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; bộ bị lọc hút; máy<br />
cán keo hóa; thiết bị nén ép tạo hình (máy ép thủy lực 50 tấn, có điều khiển); hệ thống gia<br />
nhiệt; tủ sấy Binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10-2 ;10-3 và 10-4 (gam); bình hút<br />
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 xúc tác cháy đơn đến quy luật tốc độ cháy<br />
Bài báo tiến hành khảo sát ảnh hưởng của 02 loại xúc tác cháy đơn mà hiện đang được<br />
ứng dụng trong các loại thuốc phóng keo balistit, gồm: salixilat chì và phtalat chì đồng đến<br />
tốc độ cháy của mẫu nền. Kết quả được trình bày trong bảng 3.<br />
Bảng 3. Ảnh hưởng của xúc tác cháy salixilat chì và phtalat chì đồng<br />
kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu nền.<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 />
MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br />
MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì 12,76 11,24 10,42 8,65 7,65 -<br />
MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO3+1,7%salixilat chì 13,16 11,96 11,27 9,63 8,67 -<br />
MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%phtalat chì đồng 11,94 10,12 9,27 7,89 7,35 3,73<br />
<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 151<br />
Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
Từ kết quả bảng 3, 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 một số hàm lượng của salixilat<br />
chì và phtalat chì đồng kết hợp với 1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 1<br />
và 2.<br />
16 u, mm/s<br />
15 Z<br />
1.3<br />
14<br />
13<br />
<br />
12 3<br />
1.2<br />
11 1 5<br />
<br />
10<br />
4 2<br />
1.1<br />
9<br />
<br />
<br />
8<br />
3<br />
1.0<br />
4<br />
7 1<br />
2<br />
<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 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 + 0,0 % xúc tác; 1 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % xúc tác;<br />
3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % salixilat chì; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % salixilat chì;<br />
4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 1,7 % salixilat chì; 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 1,7 % salixilat chì;<br />
5 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % phtalat chì đồng; 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % phtalat chì đồng;<br />
Hình 1 và hình 2 cho thấy, đối với phtalat chì đồng cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br />
cháy (đặc biệt khi áp suất lớn hơn 55 at) thấp. Trong khi đó, salixilat chì cho tốc độ cháy và<br />
hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn. Ở hàm lượng 1,7 % salixilat chì, tốc độ cháy lớn nhất đạt<br />
khoảng 13,16 mm/s (ở 100 at).<br />
Thực tế, để tối ưu hóa hàm lượng salixilat chì với mục đích tăng tốc độ cháy của nó,<br />
nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát bổ sung một số mẫu thực nghiệm. Qua đó, đã xác định<br />
được các quy luật tốc độ cháy, bao gồm: u = 2,10.p0,40 tương ứng hàm lượng salixilat chì là<br />
2,1 % cho U100 = 13,65 mm/s và u = 2,60.p0,35 tương ứng với hàm lượng salixilat chì<br />
khoảng 2,6 % cho U100 = 13,07 mm/s.<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 xúc tác cháy salixilat chì kết hợp với 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<br />
của salixilat chì khi kết hợp với 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/(sat)] p, at<br />
MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br />
MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br />
MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì 0,98 0,56 40-100 12,76 1,09<br />
MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO3+1,7%salixilat chì 1,61 0,46 40-100 13,16 1,12<br />
MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO3+2,1%salixilat chì 2,10 0,40 40-100 13,65 1,16<br />
MĐ24 MĐ00+1,7%CaCO3+2,6%salixilat chì 2,60 0,35 40-100 13,07 1,11<br />
Từ số liệu bảng 4, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν<br />
theo hàm lượng của salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO3 như trên hình 3.<br />
<br />
<br />
152 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
<br />
0.8<br />
<br />
<br />
<br />
0.7<br />
<br />
<br />
<br />
0.6<br />
<br />
<br />
<br />
0.5<br />
<br />
<br />
<br />
0.4<br />
<br />
<br />
%salixilat-Pb<br />
0.3<br />
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0<br />
<br />
Hình 3. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng<br />
salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO3 .<br />
Bảng 4 và hình 3 cho thấy, sự có mặt của salixilat chì đã làm cho hệ số mũ ν giảm đáng<br />
kể, từ 0,79 tương ứng 0,0 % salixilat chì xuống 0,35 tương ứng 2,6 % salixilat chì. Khi<br />
hàm lượng của nó càng lớn, hệ số ν giảm càng chậm.<br />
Qua nghiên cứu ở trên có thể thấy, so với hỗn hợp 0,8 % PbO + 0,1 % Ckt + 1,7 %<br />
CaCO3 (đã nghiên cứu) thì ở tỷ lệ 2,1 % salixilat + 1,7 % CaCO3 cho tốc độ cháy cao hơn<br />
và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, U100 = 13,65<br />
mm/s, Z = 1,16 và ν = 0,40. Với các kết quả này, hoàn toàn đáp ứng tốt yêu cầu cho thuốc<br />
phóng NDSI-2K.<br />
3.2. Ảnh hưởng của xúc tác cháy hỗn hợp đến quy luật tốc độ cháy<br />
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số hỗn hợp từ các chất xúc tác cháy khác nhau<br />
kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy được trình bày trong bảng 5.<br />
Bảng 5. Ảnh hưởng của một số hỗn hợp xúc tác cháy<br />
khi 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, 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 />
MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br />
MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nano)+0,8%PbO 12,78 10,93 10,06 8,25 7,29 3,52<br />
MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤ 10µm)+0,8%PbO 12,74 10,94 10,18 8,34 7,37 -<br />
MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO 12,84 11,05 10,16 8,24 7,18 -<br />
MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì+0,1%Ckt 13,46 11,63 10,79 9,06 8,18 -<br />
Từ kết quả bảng 5, 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 của hỗn hợp xúc tác cháy kết hợp với<br />
1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 4 và 5.<br />
Hình 4 và hình 5 cho thấy, với hỗn hợp xúc tác cháy từ PbO với Co3O4 (ở các kích thước<br />
hạt ≤ 10 µm và nano) hoặc PbO với spinen, tốc độ cháy (đường 3, 4 và 5 hình 4) và hiệu quả<br />
xúc tác cháy (đường 2, 3 và 4 hình 5) chỉ tăng ở áp suất từ 40 at đến 80 at và gần như không<br />
tăng, thậm chí có một số mẫu còn giảm khi áp suất từ 80 at đến 100 at. Điều này cho thấy,<br />
các hỗn hợp từ các xúc tác cháy này, gần như ít có tác dụng đối với hệ thuốc phóng trên<br />
nền đang xét.<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 153<br />
Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br />
14 1.30<br />
U, mm/s Z<br />
13<br />
1.25<br />
12<br />
<br />
1 1.20<br />
11<br />
6<br />
1.15<br />
10<br />
5<br />
1.10<br />
9 3<br />
1.05 4<br />
8<br />
2<br />
4 3<br />
1.00<br />
5<br />
7 1<br />
2 0.95<br />
<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 />
Hình 4. Sự phụ thuộc u(p) theo p Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p<br />
1 – MĐ00;<br />
2–MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúctác; 1–MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúctác;<br />
3–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nanoparticle)+0,8%PbO; 2–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nanoparticle)+0,8%PbO;<br />
4 –MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO; 3 –MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO;<br />
5–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO; 4–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO;<br />
6–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilatchì+0,1%Ckt. 5–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilatchì+0,1%Ckt.<br />
Mặt khác, khi so sánh ảnh hưởng của xúc tác cháy Co3O4 với các kích thước hạt (nano<br />
và ≤ 10 µm) ta thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy hầu như cũng không có sự khác<br />
nhau nhiều. Như đã biết, phần lớn, sự phân bố các hạt chất rắn nói chung và các xúc tác<br />
cháy nói riêng được quy định chủ yếu ở công đoạn cán keo hóa và nén ép định hình. Dưới<br />
tác động của trục cán và sau đó là sự nén ép (có thể trục vít hoặc pít tông), các hạt chất rắn<br />
này, gần như được phân bố tương đối đồng đều trong toàn bộ khối thuốc (sau định hình).<br />
Do đó, trong một thể tích đặc như khối thuốc phóng, khi các hạt xúc tác cháy có kích<br />
thước đủ nhỏ (nhỏ hơn 10 µm hay thậm chí đến cỡ hạt nano) thì khi đã phân bố đồng đều<br />
sẽ không thể đều hơn nữa. Thực tế, qua kết quả phân tích ảnh SEM đối với các mẫu thuốc<br />
phóng chứa xúc tác Co3O4 ở kích thước hạt (nano và ≤ 10 µm) không thấy có sự khác biệt<br />
về hình ảnh bề mặt cũng như sự phân bố các hạt rắn của chúng (mẫu được cắt ra từ thỏi<br />
thuốc sau nén ép định hình).<br />
Ngoài ra, so với các hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu ở trên thì hỗn hợp salixilat chì kết hợp<br />
với Ckt cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy cao nhất. Ở áp suất 100 at, tốc độ cháy đạt<br />
13,46 mm/s. Nếu tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng của nó để tốc độ cháy đạt yêu<br />
cầu, về cơ bản có thể đáp ứng được. Vấn đề tiếp theo chúng ta cùng xem xét hệ số mũ ν.<br />
Thật vậy, thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo các<br />
hỗn hợp xúc tác khác nhau khi kết hợp với 1,7 % CaCO3, kết quả được trình bày trong<br />
bảng 6.<br />
Bảng 6. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hỗn hợp<br />
các xúc tác khác nhau khi kết hợp với 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/(sat)] p, at<br />
MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br />
MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br />
MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nano)+0,8%PbO 0,77 0,61 40-100 12,78 1,09<br />
MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO 0,82 0,59 40-100 12,74 1,08<br />
MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO 0,70 0,63 40-100 12,84 1,09<br />
MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì+0,1%Ckt 1,11 0,54 40-100 13,46 1,15<br />
<br />
<br />
154 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br />
Nghiên cứu khoa học công nghệ<br />
<br />
Bảng 6 cho thấy, các hỗn hợp xúc tác từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4 (≤ 10µm) và<br />
spinen cho hệ số mũ ν thay đổi không nhiều và tốc độ cháy cũng không cao.<br />
Ở cùng loại xúc tác cháy Co3O4 với các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm trong hỗn hợp<br />
với PbO cho hệ số mũ ν gần như tương đương, tương ứng ν = 0,61 đối với hỗn hợp chứa<br />
0,8 % PbO + Co3O4 (nano) + 1,7 % CaCO3 và ν = 0,59 đối với hỗn hợp chứa 0,8 % PbO +<br />
Co3O4 (≤10µm) + 1,7 % CaCO3.<br />
Trong số hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu, mặc dù hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hệ số<br />
mũ ν thấp nhất. Tuy nhiên, so với xúc tác cháy đơn salixilat (không có Ckt) thì hệ số mũ ν<br />
của nó vẫn cao hơn và tốc độ cháy lại thấp hơn.<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các xúc tác cháy đơn salixilat chì, phtalat chì đồng và các<br />
hỗn hợp phụ gia, xúc tác cháy từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4 (≤ 10µm), salixilat chì,<br />
spinen, Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-<br />
NG-DINA, kết quả cho thấy:<br />
- Xúc tác cháy đơn phtalat chì đồng hoặc các hỗn hợp từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4<br />
(≤ 10µm) và spinen cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Trong một số trường hợp, nó<br />
làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất chẳng hạn như hỗn hợp PbO với spinen<br />
hoặc làm giảm tốc độ cháy ở áp suất lớn hơn 55 at đối với phtalat chì đồng. Hỗn hợp PbO<br />
với Co3O4 (ở các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm) cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br />
cháy khác nhau không đáng kể.<br />
- Hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hiệu quả xúc tác cháy kém hơn so với xúc tác cháy<br />
đơn salixilat chì (không có Ckt). So với hệ xúc tác cháy PbO với Ckt đã nghiên cứu thì<br />
salixilat chì cho tốc độ cháy cao hơn và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số<br />
ν thấp hơn). Khi đó, với tỷ lệ khoảng 2,1 % salixilat chì + 1,7 % CaCO3 cho U100 = 13,65<br />
mm/s và hệ số mũ ν = 0,40.<br />
Với các kết quả nghiên cứu đạt được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác<br />
cháy salixilat chì để thay thế hỗn hợp PbO với Ckt cho thuốc phóng NDSI-2K là hoàn toàn<br />
có triển vọng.<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]. 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 />
[5]. 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 />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 155<br />
Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br />
<br />
ABSTRACT<br />
EFFECT OF SINGLE AND MIXED CATALYST ON BURNING RATE LAW OF<br />
BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA<br />
The investigation was made on the effect of lead salicylate, copper lead phtalate<br />
and mixtures of PbO with Co3O4(nano), Co3O4(≤10µm), spinel and lead salicylate with Ct<br />
to the burning rate law of ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results<br />
are as follows: burning catalyst such as mixture of copper lead phtalate or<br />
Co3O4(nano), Co3O4(≤10µm), spinel with PbO are not effective. The burning catalyst<br />
mixture of lead salicylate with Ct is less effective than salicylate without Ct. The<br />
burning rate and ν exponent of lead salicylate are better than mixture of PbO with<br />
Ct. The maximum rate is about 13,65 mm/s (at 100 at) and the ν is about 0,40 at<br />
content of 2,1 % lead salicylate + 1,7 % CaCO3. The investigation results showed<br />
that the replacement of PbO + Ct by lead salicylate in NDSI-2K is promising.<br />
Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; Ct and CaCO3 additives; Catalyts of (PbO; Lead<br />
salicylate; Copper lead phtalate; Spinel; PbO; Co3O4(nano); Co3O4(≤10µm)).<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 />
156 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br />