Nghiên cứu sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn hợp TГ

Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA TỐC ĐỘ NỔ VÀO<br /> THÀNH PHẦN THUỐC NỔ HỖN HỢP ТГ<br /> <br /> Nguyễn Mậu Vương1*, Ngô Văn Giao1, Đặng Văn Đường2<br /> <br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành<br /> phần tới tốc độ nổ của thuốc nổ TГ (hỗn hợp của TNT và RDX). Từ đó, đã xác lập<br /> quy luật sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào thành phần hỗn hợp tại cùng một mật độ<br /> hoặc tại mật độ đúc cao nhất của các hỗn hợp khác nhau. Kết quả thu được là cơ<br /> sở dữ liệu cho việc tính toán thành phần thuốc nổ hỗn hợp TГ để sử dụng cho các<br /> loại đạn dược có yêu cầu khác nhau về mật độ và tốc độ nổ.<br /> Từ khóa: Thuốc nổ, TГ, Mật độ, Tốc độ nổ, TNT, RDX.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Trong thực tế, có nhiều loại đạn dược lòng rộng, miệng nhỏ. Để nhồi nạp các<br /> loại đạn này, người ta thường sử dụng phương pháp đúc. Thuốc nổ 2,4,6-<br /> trinitrotoluen (TNT) rất dễ đúc do nhiệt độ nóng chảy khoảng 80,2oC nhưng không<br /> đảm bảo về năng lượng [5]. Hexogen (RDX) là thuốc nổ mạnh tiêu biểu nhưng bị<br /> phân hủy trước khi nóng chảy [4,5].<br /> Chính vì vậy, người ta sử dụng thuốc nổ hỗn hợp giữa TNT và RDX nhằm kết<br /> hợp cả đặc tính công nghệ của TNT và sức công phá mạnh của RDX. Thuốc nổ hỗn<br /> hợp dạng này được gọi là thuốc nổ T.<br /> Thông thường, người ta hay sử dụng T có hàm lượng TNT từ (23÷60)% để đảm<br /> bảo tính năng nổ cháy và khả năng đúc rót công nghệ. Mặc dù, có nhiều nghiên cứu về<br /> thuốc nổ hỗn hợp này [6,8,9,10] nhưng chỉ dừng ở việc đưa ra các thông số nổ cháy<br /> với T có một số thành phần khác nhau, chưa có tính khái quát thành quy luật.<br /> Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần tới tốc độ nổ<br /> của thuốc nổ T.<br /> <br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Phương pháp nghiên cứu<br /> Nghiên cứu các tài liệu, thiết lập phương pháp đúc tạo mẫu thuốc để xác định<br /> mật độ cao nhất của hỗn hợp T theo thành phần. Sau đó, sử dụng công nghệ nén<br /> ép tạo thỏi thuốc có mật độ tương đương mật độ đúc cao nhất vừa tìm được để đảm<br /> bảo độ đồng đều, ổn định mật độ cho mẫu đo và thuận lợi trong quá trình ghép thỏi<br /> đo tốc độ nổ. Kiểm tra mật độ bằng phương pháp thủy tĩnh theo tỷ lệ ~20% số<br /> lượng mẫu. Từ đó mới tiến hành đo tốc độ nổ theo đúng tiêu chuẩn [1] sử dụng<br /> thiết bị đo hiện đại có độ chính xác cao.<br /> <br /> <br /> <br /> 220 N.M.Vương, N.V. Giao, Đ.V.Đường, “Nghiên cứu sự phụ thuộc … hỗn hợp TГ.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Trong quá trình thực hiện, có sử dụng các phương pháp phân tích, đo đạc cụ thể<br /> như sau:<br /> + Phương pháp đo mật độ bằng thủy tĩnh: sử dụng nguyên lý lực đẩy Acsimet<br /> bằng trọng lượng nước mà vật thể chiếm chỗ để xác định thể tích mẫu thuốc. Kết<br /> quả mật độ chính bằng khối lượng của mẫu thuốc chia cho thể tích vừa tìm được.<br /> + Phương pháp xác định tốc độ nổ: theo TCVN 6422:1998 tại phòng thí nghiệm<br /> Vilas-15 của Viện Thuốc phóng Thuốc nổ.<br /> 2.2. Công nghệ chế tạo mẫu<br /> 2.2.1. Chế tạo mẫu theo phương pháp đúc<br /> Gia nhiệt ca inox chứa TNT trong bình cách thủy, nâng và giữ ở nhiệt độ T1 (T1<br /> trong khoảng 85÷95oC), cho từ từ RDX vào, khuấy bằng đũa thủy tinh đến khi tạo<br /> thành hỗn hợp đồng đều (hỗn hợp T).<br /> Rót T nóng chảy vào ống thép đường kính trong 30mm, chiều dài 50mm đã<br /> hàn kín 1 đầu bằng nắp thép, đến vạch đánh dấu 35mm thì dừng lại. Ống thép được<br /> cố định bởi giá đỡ và ngập 40mm trong cốc nước. Nhiệt độ của nước lúc đầu cũng<br /> bằng T1. Để nguội từ từ đến T2 (T2 trong khoảng 60÷70oC). Khi đã đóng rắn hoàn<br /> toàn, bỏ ra môi trường, để nguội tự nhiên đến nhiệt độ môi trường.<br /> Kiểm tra mật độ của thỏi thuốc với tỷ lệ thành phần TNT/RDX thay đổi từ<br /> 60/40 đến 23/77.<br /> 2.2.2. Chế tạo mẫu theo phương pháp nén ép<br /> Nghiền TNT đạt độ mịn qua sàng 0,1mm. Cân TNT và RDX thay đổi theo các<br /> tỷ lệ thành phần TNT/RDX từ 60/40 đến 23/77. Đổ TNT và RDX vào khay, trộn<br /> hai thuốc nổ vào nhau đến khi đồng đều.<br /> Cân thuốc nổ hỗn hợp đưa vào khuôn ép. Cho chày ép vào khuôn, ấn nhẹ bằng<br /> tay. Đưa khuôn ép vào vị trí ép. Đặt 2 cữ thép hai bên khuôn. Tiến hành ép và điều<br /> chỉnh lực ép lên bề mặt thuốc trong khoảng (2500÷3000) KG/cm2 sao cho quan sát<br /> qua camera thấy trục ép chạm cữ là đạt.<br /> Giữ nguyên áp lực ép trong 10 giây. Sau đó, nâng trục ép lên. Đưa bộ tháo<br /> thuốc vào. Bỏ hai cữ thép ra. Điều khiển trục ép hạ từ từ xuống cho đến khi thỏi<br /> thuốc rơi xuống khay hứng (có bông mềm) thì dừng.<br /> Lấy thỏi thuốc ra cân kiểm tra mật độ bằng phương pháp thủy tĩnh. Điều chỉnh<br /> khối lượng thuốc đưa vào sao cho đến khi thỏi thuốc đạt mật độ theo yêu cầu<br /> (kiểm tra 3 lần), chốt số liệu và công nghệ. Tiến hành ép đủ số thỏi cần thiết.<br /> 2.2.3. Chế tạo thỏi thuốc để đo tốc độ nổ<br /> Để đo tốc độ nổ đảm bảo độ chính xác cao, yêu cầu ống thuốc phải có mật độ<br /> đồng đều cao. Việc đúc những thỏi thuốc để đo tốc độ nổ đảm bảo có mật độ đồng<br /> đều trong phạm vi sai số nhỏ gặp nhiều khó khăn. Trong khi đó, tốc độ nổ không<br /> phụ thuộc vào phương pháp đúc hay nén ép [7]. Vì vậy, người ta thường sử dụng<br /> phương pháp nén ép để đo tốc độ nổ. Thông thường, tạo các thỏi thuốc ngắn (chiều<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 221<br />  Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> dài không vượt quá 2 lần đường kính), sau đó ghép chúng lại với nhau bằng ống<br /> giấy hoặc nhựa đảm bảo giữa hai dây tín hiệu có khoảng cách xấp xỉ 250mm.<br /> Thỏi thuốc nổ thực tế sau nén ép có đường kính 30,2mm và có chiều dài<br /> 33,4mm. Ghép 9 thỏi thuốc lại với nhau chắc chắn trong ống nhựa (1 đầu ngoài<br /> cùng là thỏi thuốc có để lỗ tra kíp sâu 10mm, đường kính 8,2mm).<br /> Đánh dấu 2 điểm để lắp dây tín hiệu. Khoan nhẹ bằng khoan tay. Sau khi lắp<br /> xong 2 dây tín hiệu, cố định bằng băng dính. Lấy thước đo chính xác khoảng cách<br /> từ tâm 2 dây tín hiệu.<br /> Tiến hành đo tốc độ nổ theo TCVN 6422:1998.<br /> Một số hình ảnh được minh họa trong hình 1 và hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Các thỏi thuốc sau khi nén ép Hình 2. Thỏi thuốc đã được ghép vào ống<br /> và cách ghép để đo tốc độ nổ. nhựa, lắp dây tín hiệu và kíp.<br /> 2.3. Thiết bị và hóa chất chủ yếu<br /> 2.3.1. Thiết bị<br /> - Máy ép thủy lực 100 tấn;<br /> - Bộ khuôn, chày ép, cữ ép;<br /> - Thiết bị đo tốc độ nổ VOD-8: do hãng OZM của Séc sản xuất, có độ chính xác<br /> về thời gian là 10-7s;<br /> - Các thiết bị khác như: tủ sấy, cân phân tích độ chính xác 10-4g, ...<br /> 2.3.2. Hóa chất<br /> - Thuốc nổ Hexogen (RDX): Hàn Quốc, đạt tiêu chuẩn hóa lý theo [2].<br /> - Thuốc nổ TNT: Trung Quốc, đạt tiêu chuẩn hóa lý theo [3], dạng cốm.<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến mật độ đúc<br /> Thay đổi thành phần tỷ lệ TNT/RDX và tiến hành chế tạo mẫu, trong đó có<br /> thay đổi nhiệt độ T1 và T2 trong khoảng cho phép, theo như phần 2.2.1, mật độ của<br /> các mẫu đúc được trình bày trong bảng 1.<br /> <br /> <br /> 222 N.M.Vương, N.V. Giao, Đ.V.Đường, “Nghiên cứu sự phụ thuộc … hỗn hợp TГ.”<br />  Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 1. Mật độ của các mẫu đúc.<br /> TT Tên thuốc Mật độ đúc, Mật độ đúc cao Mật độ tối đa Độ chênh, %<br /> nổ hỗn hợp g/cm3 nhất, g/cm3 lý thuyết, g/cm3 ∆ρ= (ρTĐLT-ρĐMAX) .100/ρTĐLT<br /> <br /> 1 TГ 60/40 1,637÷1,665 1,665 1,742 4,420<br /> 2 TГ 55/45 1,655÷1,682 1,682 1,752 3,995<br /> 3 TГ 50/50 1,666÷1,693 1,693 1,762 3,916<br /> 4 TГ 45/55 1,671÷1,698 1,698 1,772 4,176<br /> 5 TГ 40/60 1,686÷1,712 1,712 1,782 3,928<br /> 6 TГ 35/65 1,693÷1,718 1,718 1,792 4,129<br /> 7 TГ 30/70 1,699÷1,725 1,725 1,802 4,273<br /> 8 TГ 25/75 1,711÷1,736 1,736 1,812 4,194<br /> 9 TГ 23/77 1,714÷1,739 1,739 1,815 4,187<br /> Mật độ tối đa lý thuyết của thuốc nổ hỗn hợp được tính toán dựa trên mật độ<br /> tinh thể TNT, RDX và tỷ lệ thành phần giữa chúng theo công thức:<br /> ρTĐLT = (ρTNT.NTNT + ρRDX.NRDX)/100<br /> Trong đó: + ρTĐLT là mật độ tối đa lý thuyết<br /> + ρTNT là mật độ tinh thể TNT (1,663g/cm3)<br /> + ρRDX là mật độ tinh thể RDX (1,861g/cm3)<br /> + NTNT là phần trăm khối lượng TNT trong hỗn hợp (%)<br /> + NRDX là phần trăm khối lượng RDX trong hỗn hợp (%)<br /> Như vậy, bảng 1 cho thấy mật độ đúc của hỗn hợp ở các điều kiện khác nhau<br /> thì khác nhau, mật độ đúc cao nhất so với mật độ tối đa lý thuyết của các hỗn hợp<br /> có độ chênh tương đối từ (3,916÷4,420)%. Điều này có thể giải thích là do sự hình<br /> thành các khối tinh thể TNT trong các điều kiện khác nhau sẽ có mật độ khác nhau.<br /> Nhóm nghiên cứu quan tâm đến mật độ đúc cao nhất (ρĐMAX) vì nó có ý nghĩa<br /> thực tiễn lớn trong nhồi nạp vào đạn dược (đặc biệt là đạn xuyên).<br /> Từ kết quả bảng 1, thiết lập được đồ thị 1.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đồ thị 1. Sự phụ thuộc của mật độ đúc cao nhất của<br /> thuốc nổ TГ (g/cm3) vào hàm lượng RDX (%)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 223<br />  Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Như vậy, ta có thể kết luận:<br /> + Mật độ đúc cao nhất của thuốc nổ TГ (mg/cm3) phụ thuộc vào thành phần<br /> của RDX (%) theo hàm bậc 2: y = - 0,014.x2 +3,518.x + 1549,020 (1) với hệ số<br /> tương quan R2 = 0,992 hoặc hàm bậc nhất: y = 1,884.x + 1595,115 (2) với hệ số<br /> tương quan R2 = 0,986.<br /> + Mật độ đúc cao nhất của thuốc nổ TГ (mg/cm3) phụ thuộc vào hàm lượng<br /> của TNT (z, %) theo phương trình (1) hoặc (2) với việc thay biến số x bằng biến số<br /> z theo tương quan: x=100-z.<br /> 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến tốc độ nổ<br /> 3.3.1. Tại cùng một mật độ<br /> Trong quá trình nén ép tạo mẫu thuốc TГ, nhận thấy thỏi thuốc với mẫu thuốc<br /> có hàm lượng RDX nhiều nhất (TГ-23/77) khi đạt mật độ ~1,500 g/cm3 đã đảm<br /> bảo độ cứng vững tốt. Do đó, chọn mật độ này để nghiên cứu ảnh hưởng của thành<br /> phần đến tốc độ nổ của thuốc nổ hỗn hợp TГ tại một mật độ cố định.<br /> Kết quả đo tốc độ nổ của thuốc nổ TГ được đưa ra trong bảng 2.<br /> Bảng 2. Kết quả đo tốc độ nổ với các hỗn hợp khác nhau.<br /> TT Tên thuốc nổ hỗn hợp Mật độ thỏi trung Tốc độ nổ trung bình,<br /> bình, g/cm3 m/s<br /> 1 TГ 60/40 1,500±0,002 7220,9<br /> 2 TГ 55/45 1,500±0,002 7294,3<br /> 3 TГ 50/50 1,500±0,002 7368,5<br /> 4 TГ 45/55 1,500±0,002 7440,3<br /> 5 TГ 40/60 1,500±0,002 7516,8<br /> 6 TГ 35/65 1,500±0,002 7563,7<br /> 7 TГ 30/70 1,500±0,002 7595,5<br /> 8 TГ 25/75 1,500±0,002 7676,9<br /> 9 TГ 23/77 1,500±0,002 7698,4<br /> Từ kết quả bảng 2, ta thiết lập được đồ thị 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đồ thị 2. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ thuốc nổ TГ (m/s)<br /> vào hàm lượng RDX (%).<br /> <br /> <br /> 224 N.M.Vương, N.V. Giao, Đ.V.Đường, “Nghiên cứu sự phụ thuộc … hỗn hợp TГ.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Như vậy, ta có thể kết luận:<br /> + Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ phụ thuộc vào hàm lượng của RDX theo hàm bậc<br /> 2: y = - 0,081.x2 + 22,210.x + 6462,006 (3) với hệ số tương quan R2 = 0,996 hoặc<br /> hàm bậc nhất: y = 12,637.x + 6732,165 (4) với hệ số tương quan R2 = 0,992.<br /> + Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ (mg/cm3) phụ thuộc vào hàm lượng của TNT (z,<br /> %) theo Phương trình (3) hoặc (4) với việc thay biến số x bằng biến số z theo<br /> tương quan: x=100-z.<br /> 3.3.2. Tại mật độ đúc cao nhất<br /> Theo [5], TNT chịu nén rất tốt nên mật độ nén cao nhất có thể đạt được là 1,620<br /> g/cm3 còn mật độ cao nhất khi đúc đạt được là 1,600 g/cm3. Do đó, dễ dàng nén<br /> hỗn hợp TГ đạt mật độ đúc cao nhất theo như bảng 1.<br /> Kết quả đo tốc độ nổ của thuốc nổ TГ được đưa ra trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Kết quả đo tốc độ nổ với các hỗn hợp khác nhau<br /> tại mật độ đúc cao nhất.<br /> TT Tên thuốc nổ hỗn hợp Mật độ thỏi trung Tốc độ nổ trung bình,<br /> bình, g/cm3 m/s<br /> 1 TГ 60/40 1,665±0,002 7492,5<br /> 2 TГ 55/45 1,682±0,002 7541,0<br /> 3 TГ 50/50 1,693±0,002 7573,6<br /> 4 TГ 45/55 1,698±0,002 7727,8<br /> 5 TГ 40/60 1,712±0,002 7860,9<br /> 6 TГ 35/65 1,718±0,002 7949,2<br /> 7 TГ 30/70 1,725±0,002 8055,9<br /> 8 TГ 25/75 1,736±0,002 8232,6<br /> 9 TГ 23/77 1,739±0,002 8244,3<br /> Từ kết quả bảng 3, ta thiết lập được đồ thị 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Đồ thị 3. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ thuốc nổ TГ (m/s)<br /> vào hàm lượng RDX (%) tại mật độ đúc cao nhất.<br /> <br /> Như vậy, ta có thể kết luận:<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 225<br />  Hóa học và Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> + Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ (mg/cm3) phụ thuộc vào hàm lượng của RDX (%)<br /> tại mật độ đúc cao nhất theo hàm bậc 2: y = 0,222.x2 – 4,537.x + 7297,657 (5)<br /> với hệ số tương quan R2 = 0,991 hoặc hàm bậc nhất: y = 21,733.x + 6556,360 (6)<br /> với hệ số tương quan R2 = 0,980.<br /> + Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ (mg/cm3) phụ thuộc vào hàm lượng của TNT (z,<br /> %) theo Phương trình (5) hoặc (6) với việc thay biến số x bằng biến số z theo<br /> tương quan: x=100-z.<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Qua tổng quan về lý thuyết và thực tế, nhóm nghiên cứu đã xác định được mật<br /> độ đúc cao nhất của thuốc nổ TГ trên cơ sở TNT Trung Quốc và RDX Hàn Quốc<br /> khi thay đổi tỷ lệ thành phần. Nhóm nghiên cứu còn sử dụng phương pháp nén ép<br /> tạo thỏi để đảm bảo độ chính xác cao cho phép đo tốc độ nổ tại những mật độ trên.<br /> Từ kết quả thu được, xây dựng đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào thành phần<br /> hỗn hợp tại cùng một mật độ hoặc tại mật độ đúc cao nhất của các hỗn hợp khác<br /> nhau. Đây là cơ sở dữ liệu cho việc tính toán thành phần thuốc nổ hỗn hợp TГ đối<br /> với các yêu cầu khác nhau của đạn dược về mật độ và tốc độ nổ.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. TCVN 6422:1998 “Vật liệu nổ công nghiệp – Xác định tốc độ nổ”.<br /> [2]. TQSA 1274:2006 “Thuốc nổ RDX”. Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.<br /> [3]. TQSA 596:2006 “Thuốc nổ TNT”. Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.<br /> [4]. Е.Ю.Орлова (1973), “Химия и технология бризантных взрывчатых<br /> веществ”, Издательство Химия, c.520-542<br /> [5]. Е.Ю.Орлова (1981), “Химия и технология бризантных взрывчатых<br /> веществ”, Издательство Химия, c.84-126, c.227-244.<br /> [6]. К. Д. Алферов (1965), “Взрывчатые вещества”, Часть II, Пенза, c.64-65,<br /> 98, 102, 104, 105.<br /> [7]. Г. А. Демидов (1968), “Основы теории горения и взрыва”, ПВАИУ,<br /> Пенза, c.284-296.<br /> [8]. Headquarters Department of the army (1984), “Military Explosive”, p.8-35, 8-<br /> 103, 8-109, 8-125, 8-128, 11-4, 11-8, 11-15.<br /> [9]. Tadeusz Urbanski (1967), “Chemistry and technology of Explosives”, Vol. III,<br /> p.77, 78, 84-117.<br /> [10]. www.exploders.infoFilespirosprawka2012.pdf, p.174.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 226 N.M.Vương, N.V. Giao, Đ.V.Đường, “Nghiên cứu sự phụ thuộc … hỗn hợp TГ.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> ABSTRACT<br /> RESEARCH RESULTS ABOUT THE DEPENDENCE OF VOLUME<br /> OF DETONATION ON COMPONENTS OF MIXTURE TГ<br /> <br /> This paper presents the research results about the influence of TГ<br /> mixture’s component (TNT and RDX) to volume of detonation (VoD). From<br /> obtained results, set up laws express the dependence of VoD on mixture’s<br /> component at determined density or max desity of other cast mixtures.<br /> These are bases for calculating component of TГ mixtures to use for<br /> ammunition having other demands for density and VoD.<br /> <br /> Keywords: Explosive, TГ, Density, Volume of detonation, TNT, RDX.<br /> <br /> Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2015<br /> Hoàn thiện ngày 10 tháng 08 năm 2015<br /> Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015<br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng;<br /> 2<br /> Viện Hóa học - Vật liệu, Viện Khoa học - Công nghệ Quân sự;<br /> *Email: tptnvuong@gmail.com<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 227<br />