Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa

Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> <br /> TÝNH TO¸N L¦îNG BéT NH¤M<br /> CHO THUèC Næ HMX THUÇN HãA<br /> ĐỖ XUÂN THANH*, CHU CHIẾN HỮU*, NGÔ VĂN GIAO**,<br /> NGUYỄN MẬU VƯƠNG**, TRẦN VĂN PHƯƠNG**<br /> Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả tính toán bán thực nghiệm cho thuốc nổ<br /> HMX thuần hóa chứa 0-40 % Al và kết quả thực nghiệm đo nhiệt lượng nổ. Kết<br /> quả tính toán cho thấy: nhiệt lượng nổ đạt giá trị lớn nhất ở khoảng 30% Al; thể<br /> tích sản phẩm khí giảm khi tăng hàm lượng nhôm; chỉ số khả năng sinh công đạt<br /> giá trị lớn nhất ở khoảng 20% Al; lực nổ của thuốc nổ chứa nhôm đều thấp hơn<br /> thuốc thuần hóa không chứa nhôm; nhiệt độ nổ đạt giá trị lớn nhất ở khoảng<br /> 35% Al. Với hỗn hợp chứa 20% Al, kết quả tính toán cho thấy: chỉ số khả năng<br /> sinh công, nhiệt lượng nổ và nhiệt độ nổ tăng lần lượt là 6,4%, 35,3% và<br /> 22,44%; thể tích sản phẩm khí và lực nổ giảm lần lượt là 21,3% và 3,7% so với<br /> thuốc nổ thuần hóa ban đầu. Kết quả thực nghiệm đo nhiệt lượng nổ cho thấy sai<br /> số giữa tính toán và thực nghiệm thấp hơn 5%.<br /> Từ khóa: Thuốc nổ quân sự, Thuốc nổ HMX thuần hóa chứa nhôm, Tính toán bán thực nghiệm.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Trong nghiên cứu về thuốc nổ, ngoài phương pháp thực nghiệm, tính toán lý<br /> thuyết cũng được sử dụng khá rộng rãi để dự đoán các tính chất nổ. Tính toán lý<br /> thuyết chính xác cho phép rút ngắn thời gian thiết kế chế tạo các loại thuốc nổ.<br /> Tính toán với thuốc nổ lý tưởng đã được thực hiện khá tường tận, nhưng với thuốc<br /> nổ chứa bột kim loại thì ít hơn rất nhiều và hiện vẫn đang rất được quan tâm<br /> nghiên cứu [1]. Với thuốc nổ chứa nhôm, phần nhiều tập trung xác định áp suất và<br /> tốc độ nổ [2-8], còn tính toán cho nhiệt lượng nổ thì không nhiều [9-11].<br /> Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng phương pháp tính toán bán thực nghiệm<br /> trình bày trong tài liệu [11-13], kết hợp với định luật Hess và định luật bảo toàn<br /> nguyên tố để tính toán nhiệt lượng nổ và thành phần sản phẩm nổ cho các hỗn hợp<br /> thuốc nổ HMX thuần hóa chứa bột nhôm từ 0-40%. Từ đó, xác định hỗn hợp có<br /> chỉ số khả năng sinh công (PI) cao nhất, nghĩa là tích số PI = Q.V cao nhất. Ngoài<br /> ra, cũng tính toán một số thông số khác như nhiệt độ nổ, lực nổ. Kết quả tính toán<br /> nhiệt lượng nổ được so sánh với thực nghiệm.<br /> <br /> 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Tính toán lý thuyết<br />  Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ HMX thuần hóa được tính toán theo<br /> phương pháp Avakian [12].<br /> Phương trình phản ứng nổ:<br /> CxHyNzOu n1H2O+ n2H2 + n3CO2 + n4CO + n5O2 + n6N2 + n7C<br /> Hệ số<br /> Khi đó, n1 = B.y/2; n2 = (1 – B).y/2; n3 = 1,16.u.(B – 0,568) - 0,5.n1<br /> n4 = u – (2.n3 + n1) = u.[1 – 2,32.(B – 0,568)]; n5 = 0; n6 = z/2 ;<br /> n7 = x – (n3 + n4).<br /> <br /> <br /> <br /> 120 Đ.X.Thanh,…, T. V. Phương, “Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Nhiệt lượng nổ trong điều kiện đẳng tích được tính theo công thức sau:<br /> (1)<br /> trong đó, i và j được dùng cho sản phẩm và chất ban đầu; n là số mol của mỗi chất<br /> trong 1 kg thuốc nổ; là năng lượng hình thành ở trạng thái tiêu chuẩn.<br />  Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ chứa bột nhôm được tính theo công thức [11]:<br /> (2)<br /> Hay: (3)<br /> trong đó, chỉ số “1” ứng với thuốc nổ thuần hóa ban đầu,  là hệ số oxy của thuốc<br /> nổ chứa nhôm, α1là hệ số oxy của thuốc nổ thuần hóa, Qmaxlà nhiệt lượng nổ lý<br /> thuyết lớn nhất (tính toán theo giả thiết oxy hóa thuốc nổ theo trật tự hình thành<br /> sản phẩm là Al2O3, H2O, CO2, C (hoặc O2 dư). Thành phần sản phẩm nổ của thuốc<br /> nổ chứa nhôm được tính toán theo định luật bảo toàn nguyên tố, định luật Hess và<br /> phương trình sau:<br /> CxHyNzOtAlu n1H2O+ n2H2 + n3CO2 + n4CO + n5N2 + n6C + n7Al2O3 + n8Al<br /> 2.2. Thực nghiệm đo nhiệt lượng nổ<br /> Nguyên liệu:<br /> - HMX có nhiệt độ nóng chảy > 270oC, kích thước hạt từ 100 – 400 m chiếm<br /> khoảng 80%, kích thước < 100 m chiếm khoảng 20%.<br /> - Chất thuần hóa là sáp số 8 (hỗn hợp 15% LDPE và 85% wax 6, có nhiệt độ<br /> nóng chảy nhỏ giọt khoảng 92 - 95oC. Wax 6 là sáp hydrocacbon)<br /> - Bột nhôm có kích thước hạt trung bình 11,58 m, gồm hỗn hợp kích thước từ<br /> 58-300 nm (chiếm 35,6%) vàtừ 4,0-77 m (chiếm 64,4%). Bột nhôm có dạng vảy<br /> Mẫuthuốc nổ HMX thuần hóachứa nhôm được chuẩn bị bằng cách trộn đều<br /> thuốc nổ HMX đãthuần hóa (96,5% HMX + 3,5% sáp) với bột nhôm.<br /> Khối lượng mỗi mẫuđo nhiệt lượng nổ khoảng 15 gam, kích nổ bằng kíp vi sai<br /> vỏ đồng, đo trong môi trường chân không, vỏ bọc mẫu bằng polyetylen, mật độ<br /> mẫu đo 1,10, đường kính mẫu đo 20 mm.<br /> <br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> Quá trình tính toán cần các thông số của nguyên liệu đầu là HMX, sáp và bột<br /> nhôm. Các thông số này được liệt kê trong bảng 1 [14].<br /> <br /> Bảng 1. Thông số nguyên liệu ban đầu.<br /> Công thức Phân Năng lượng hình Khối lượng<br /> TT Tên<br /> phân tử tửkhối(g/mol) thành (kJ/kg) riêng(g/cm3)<br /> 1 HMX C4H8N8O8 296 353,6 1,91<br /> 2 Sáp C31H64 436 -2094 0,90<br /> 3 Nhôm Al 27 0 2,70<br /> Từ các thông số trên, tính toán được thành phần các nguyên tố cho 1 kg thuốc<br /> nổ thuần hóa chứa nhôm với hàm lượng bột nhôm từ 0-40% như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 121<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Bảng 2. Thành phần nguyên tố cho 1 kg thuốc nổ.<br /> Hệ số oxy<br /> % Al C H N O Al TMD* OB**(%)<br />  %)<br /> 0% 15,53 31,22 26,08 26,08 0,00 1,83 -32,94 55,89<br /> 5% 14,75 29,66 24,78 24,78 1,85 1,86 -35,74 52,59<br /> 10% 13,98 28,10 23,47 23,47 3,70 1,90 -38,53 49,36<br /> 15% 13,20 26,54 22,17 22,17 5,56 1,93 -41,33 46,18<br /> 20% 12,42 24,97 20,86 20,86 7,41 1,96 -44,13 43,07<br /> 25% 11,65 23,41 19,56 19,56 9,26 1,99 -46,93 40,01<br /> 30% 10,87 21,85 18,26 18,26 11,11 2,03 -49,72 37,01<br /> 35% 10,09 20,29 16,95 16,95 12,96 2,07 -52,52 34,06<br /> 40% 9,32 18,73 15,65 15,65 14,81 2,10 -55,32 31,16<br /> * mật độ lý thuyết lớn nhất; ** cân bằng oxy<br /> 3.1. Nhiệt lượng nổ<br /> Kết quả tính toán nhiệt lượng nổ được trình bày trong bảng sau:<br /> <br /> Bảng 3. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ.<br /> Q1 Qmax1 Qmax % tăng<br /> % Al K Q (kJ/kg)<br /> (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) Q<br /> 0% 5163,51 5820,62<br /> 5% 6529,21 0,98 5674,34 9,89<br /> 10% 7237,81 0,96 6166,31 19,42<br /> 15% 7946,41 0,94 6636,54 28,53<br /> 20% 8535,00 0,92 6987,38 35,32<br /> 25% 9098,67 0,90 7301,55 41,41<br /> 30% 9662,34 0,89 7600,30 47,19<br /> 35% 9438,70 0,87 7277,02 40,93<br /> 40% 8712,65 0,85 6583,63 27,50<br /> Nhận xét:<br /> Nhiệt lượng nổ của hỗn hợp chứa nhôm đều tăng so với thuốc nổ thuần hóa ban<br /> đầu (từ 9,89% đến 47,19%), Q đạt giá trị lớn nhất ở 30% Al. Q tăng là do phản ứng<br /> tỏa nhiệt mạnh của bột nhôm với các sản phẩm khí.<br /> 3.2. Thành phần sản phẩm nổ<br /> HMX là thuốc nổ có cân bằng oxy âm (OB = -21,62%), khi thêm 3,5% sáp thì<br /> cân bằng oxy OB = -32,94%, càng thêm nhiều bột nhôm thì cân bằng oxy càng<br /> giảm. Đối với thuốc nổ HMX thuần hóa thì thành phần sản phẩm nổ có các khí<br /> CO2, H2O, CO, H2 và N2 [11,12].<br /> Các phản ứng thứ cấp của bột nhôm với sản phẩm khí trong vùng giãn nở làm<br /> giảm lượng sản phẩm khí, tỏa nhiệt và tạo ra Al2O3:<br /> 2Al(r) + 3CO2(k) Al2O3(r) + 3CO(k) -824,6 kJ (i)<br /> <br /> <br /> <br /> 122 Đ.X.Thanh,…, T. V. Phương, “Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> CO2 CO + O 532,4 kJ<br /> 2Al(r) + 3H2O(k) Al2O3(r) + 3H2(k) -950,2 kJ (ii)<br /> H2O H + H + O 916,7 kJ<br /> 2Al(r) +3CO(k) Al2O3(r) + 3C(r) -1339,5 kJ (iii)<br /> CO C + O 1075,8 kJ<br /> Năng lượng cần thiết để tách nguyên tử O ra khỏi phân tử sản phẩm khí tăng<br /> dần theo thứ tự: CO2< H2O < CO. Như vậy, phản ứng của bột nhôm với sản phẩm<br /> khí sẽ chiếm ưu thế theo thứ tự từ phản ứng (i), (ii) đến (iii).<br /> Thông số năng lượng hình thành của sản phẩm nổ như sau [14].<br /> <br /> Bảng 4. Năng lượng hình thành của sản phẩm nổ.<br /> Sản phẩm nổ CO2 CO H2O (g) H2 N2 C Al2O3<br /> ∆H (kJ/kg) -393,8 -111,9 -240,8 0 0 0 -1670,3<br /> Kết quả tính toán thành phần sản phẩm nổ được trình bày trong bảng 5.<br /> <br /> Bảng 5. Kết quả tính toán thành phần sản phẩm nổ cho 1 kg thuốc nổ.<br /> H2O Nkhí<br /> % Al CO2 CO H2 N2 C Al2O3 V (l/kg)<br /> (g) (mol)<br /> 0% 1,68 9,60 13,12 2,49 13,04 4,25 0,00 39,93 894,43<br /> 5% 0,00 9,76 12,78 2,05 12,39 4,99 0,75 36,98 828,25<br /> 10% 0,00 8,90 10,08 3,97 11,74 5,08 1,50 34,68 776,89<br /> 15% 0,00 8,26 7,16 6,11 11,08 4,94 2,25 32,61 730,50<br /> 20% 0,00 8,49 3,36 9,12 10,43 3,93 3,00 31,41 703,55<br /> 25% 0,00 8,01 0,71 10,99 9,78 3,64 3,61 29,50 660,74<br /> 30% 0,00 3,57 3,70 7,23 9,13 7,30 3,67 23,62 529,11<br /> 35% 0,00 3,25 2,82 7,33 8,48 6,84 3,63 21,87 489,82<br /> 40% 0,00 4,46 0,97 8,39 7,83 4,86 3,41 21,65 484,91<br /> Nhận xét: từ kết quả trình bày trong bảng 5 cho thấy: thể tích sản phẩm khí V<br /> giảm khi tăng hàm lượng nhôm. Nguyên nhân là do sự hình thành C và Al2O3<br /> trong sản phẩm tăng khi cân bằng oxy giảm dần, thiếu oxy để oxy hóa C thành CO<br /> hoặc CO2 và phản ứng của Al với CO tạo ra C và Al2O3.<br /> 3.3. Chỉ số khả năng sinh công<br /> Phản ứng nổ giải phóng sản phẩm khí và sinh nhiệt trong khoảng thời gian cực<br /> ngắn. Nhiệt lượng nổ cao làm sản phẩm khí giãn nở tốt hơn nên khả năng sinh<br /> công sẽ tốt hơn. Theo [13], đánh giá khả năng sinh công của thuốc nổ thông qua<br /> chỉ số khả năng sinh công của sản phẩm nổ (Qv.Vo). Chỉ số khả năng sinh công<br /> được biểu thị bằng phần trăm (%) so với axit picric (axit picric là 100%, Qv = 3250<br /> kJ/kg và Vo = 831 l/kg).<br /> Từ kết quả tính toán nhiệt lượng nổ trong bảng 3 và thể tích sản phẩm khí trong<br /> bảng 5, ta tính được chỉ số khả năng sinh công tương đối PI của từng hỗn hợp<br /> thuốc nổ (bảng 6) và dựng được đồ thị hình 1, 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 123<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Nhiệt lượng nổ và thể tích sản phẩm khí theo hàm lượng nhôm.<br /> <br /> Bảng 6. Kết quả tính toán chỉ số khả năng sinh công.<br /> % Al 0 5 10 15 20 25 30 35 40<br /> PI (%) 171,00 174,02 177,38 179,51 182,02 178,63 148,90 131,98 118,21<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Chỉ số khả năng sinh công tương đối so với axit picric.<br /> Chỉ số khả năng sinh công PI cho thấy: khả năng sinh công của thuốc nổ HMX<br /> thuần hóa chứa bột nhôm đạt giá trị lớn nhất ở hàm lượng bột nhôm khoảng 20%<br /> và sau đó giảm dần khi hàm lượng nhôm vượt qua giá trị này (hình 2). Kết quả này<br /> phù hợp với thực tế (các thuốc nổ chứa nhôm trong thực tế thường chứa khoảng<br /> 20% Al).<br /> 3.4. Nhiệt độ nổ<br /> Phản ứng nổ xảy ra cực nhanh, nhanh hơn so với tốc độ giãn nở sản phẩm khí.<br /> Nhiệt lượng nổ sẽ nâng nhiệt độ của sản phẩm khí, làm khí giãn nở và thực hiện<br /> công lên môi trường xung quanh (đập vụn và dịch chuyển). Ảnh hưởng của nhiệt<br /> lượng nổ lên sản phẩm khí có thể được sử dụng để tính toán nhiệt độ nổ.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 124 Đ.X.Thanh,…, T. V. Phương, “Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Nhiệt độ nổ Te là nhiệt độ lớn nhất mà sản phẩm có thể đạt được trong điều kiện<br /> đoạn nhiệt. Giả thiết là thuốc nổ có nhiệt độ ban đầu Ti được chuyển thành sản<br /> phẩm cũng có nhiệt độ ban đầu Ti. Nhiệt độ các sản phẩm này sau đó được nâng<br /> lên Te nhờ nhiệt lượng nổ. Do đó, giá trị Te phụ thuộc vào Qv và nhiệt dung mol<br /> đẳng tích của các sản phẩm như trong phương trình sau:<br /> (4)<br /> trong đó, CV là nhiệt dung mol của sản phẩm ở thể tích không đổi, dấu  là tổng<br /> các tích phân ứng với từng sản phẩm.<br /> Sự tăng nhiệt độ của sản phẩm được tính bằng cách chia nhiệt lượng nổ QV cho<br /> nhiệt dung mol trung bình của sản phẩm ở thể tích không đổi:<br /> (5)<br /> Thông số CV trung bình của từng sản phẩm nổ theo nhiệt độ được lấy trong tài<br /> liệu [14], của Al2O3 được lấy theo [15], phương pháp tính thực hiện theo tài liệu<br /> [13,14]. Nội dung phương pháp như sau: giả thiết 2 giá trị nhiệt độ, từ 2 giá trị<br /> nhiệt độ đó tra được thông số Cv trung bình của từng sản phẩm, sau đó cộng nội<br /> năng của từng sản phẩm bằng cách nhân Cv với số mol sản phẩm nổ tương ứng.<br /> Khi đó sẽ thu được 2 giá trị nội năng ứng với 2 giá trị nhiệt độ, dùng phương pháp<br /> nội suy với giá trị năng lượng nổ đã biết sẽ tính được nhiệt độ nổ.<br /> Kết quả tính toán nhiệt độ nổ được trình bày trong bảng sau:<br /> <br /> Bảng 7.Kết quả tính toán nhiệt độ nổ của các hỗn hợp thuốc nổ.<br /> % Al 0 5 10 15 20 25 30 35 40<br /> Te (K) 3814,94 4001,11 4233,92 4462,42 4671,38 4865,29 4997,04 5050,47 5043,69<br /> Kết quả cho thấy Te tăng khi tăng hàm lượng bột nhôm, đạt cực đại ở khoảng<br /> 35% Al (tăng 32,4%), sau đó giảm dần, có quy luật tương tự như nhiệt lượng nổ.<br /> 3.5. Lực nổ<br /> Hiệu quả nổ cũng phụ thuộc vào lực nổ. Lực nổ của thuốc nổ được tính toán lý<br /> thuyết từ phương trình trạng thái khí lý tưởng:<br /> f = pV = nRTe (6)<br /> trong đó, p là áp suất, V là thể tích và n là số mol sản phẩm khí, R là hằng số khí lý<br /> tưởng, Te là nhiệt độ nổ [13].<br /> Nếu chọn thể tích bằng 1 đơn vị thì f = p, nghĩa là lực nổ bằng áp suất sinh ra<br /> bởi sản phẩm khí bị nén trong không gian giới hạn bằng 1 đơn vị thể tích.<br /> Lực nổ f phụ thuộc vào nhiệt độ nổ Te và thể tích sản phẩm khí Vo, Kết quả tính<br /> toán lực nổ theo hàm lượng nhôm được trình bày trong bảng sau:<br /> <br /> Bảng 8. Kết quả tính toán lực nổ của các hỗn hợp thuốc nổ.<br /> % Al 0 5 10 15 20 25 30 35 40<br /> f (kJ/kg) 1265,63 1229,17 1220,04 1209,10 1219,03 1192,89 980,69 918,10 907,15<br /> Kết hợp kết quả tính toán nhiệt độ nổ và lực nổ, ta xây dựng được đồ thị quan<br /> hệ giữa nhiệt độ nổ và lực nổ với hàm lượng nhôm như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 125<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Nhiệt độ nổ và lực nổ theo hàm lượng nhôm.<br /> <br /> Từ bảng 8 và hình 3 cho thấy: các hỗn hợp chứa nhôm đều có lực nổ thấp hơn<br /> hỗn hợp không chứa nhôm. Với hỗn hợp chứa nhôm, lực nổ đạt cực đại ở 10% Al,<br /> sau đó giảm dần, ở hàm lượng 20% Al lực nổ giảm 3,7% so với thuốc nổ không<br /> chứa nhôm, và giảm nhanh khi hàm lượng nhôm vượt qua giá trị 25%.<br /> 3.6. Một số kết quả thực nghiệm<br /> 3.6.1. Đánh giá sự đồng đều của bột nhôm trong thuốc nổ<br /> Sự phân bố đồng đều của bột nhôm ảnh hưởng đáng kể đến các thông số nổ của<br /> thuốc nổ. Có thể dùng phương pháp phân tích khối lượng TG để khảo sát sự phân<br /> bố của bột nhôm trong mẫu nhỏ khoảng 1-5 mg. Cơ sở phương pháp là khi nâng<br /> nhiệt độ đến quá nhiệt độ phân hủy của thuốc nổ (khoảng 300oC) thì thuốc nổ và<br /> sáp sẽ bị đốt cháy hoàn toàn thành các sản phẩm khí, lượng nhôm còn lại chưa bị<br /> oxy hóa do có một lớp vỏ nhôm oxit bên ngoài bảo vệ.<br /> Kết quả phân tích TG hai mẫu HMX thuần hóa chứa nhôm:<br /> TG /%<br /> <br /> 100.00<br /> <br /> <br /> 90.00<br /> <br /> <br /> 80.00<br /> <br /> <br /> 70.00<br /> <br /> <br /> 60.00 Mass Change: -81.69 %<br /> <br /> <br /> 50.00<br /> Mass Change: -79.28 %<br /> <br /> 40.00<br /> <br /> [1] Ocfal 1.dsv<br /> 30.00 TG<br /> [2] Ocfal 2.dsv<br /> TG [1][2]<br /> 20.00<br /> <br /> 100.0 150.0 200.0 250.0 300.0<br /> Temperature /°C<br /> <br /> <br /> Hình 4. Phân tích nhiệt trọng lượng TG mẫu HMX thuần hóa chứa nhôm.<br /> <br /> Hàm lượng bột nhôm còn lại trong 2 mẫu thuốc nổ đều nằm trong khoảng 20±2<br /> (%) (một mẫu là 18,31 % và một mẫu là 20,82%. Như vậy bột nhôm phân bố khá<br /> đồng đều trong toàn bộ mẫu.<br /> <br /> <br /> <br /> 126 Đ.X.Thanh,…, T. V. Phương, “Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Ngoài ra, có thể quan sát sự phân bố của bột nhôm (dạng phiến/vẩy) trên bề mặt<br /> hạt thuốc nổ thuần hóa qua ảnh SEM:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Ảnh SEM mẫu thuốc nổ chứa 20% Al (Al dạng phiến).<br /> <br /> 3.6.2. Kết quả đo nhiệt lượng nổ<br /> Kết quả đo nhiệt lượng nổ được trình bày trong bảng 9.<br /> <br /> Bảng 9. So sánh kết quả đo và tính toán nhiệt lượng nổ.<br /> % Al 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%<br /> Qtính 5163,51 5674,34 6166,31 6636,54 6987,38 7301,55 7600,30 7277,02 6583,63<br /> Qđo 5385,10 5886,04 6407,63 6882,16 7273,38 7576,37 7970,38 7661,67 -<br /> Sai lệch (%) 4,11 3,60 3,77 3,57 3,93 3,63 4,64 5,02<br /> Nhận xét:<br /> Theo [11], phương pháp tính toán nhiệt lượng nổ theo công thức (2) áp dụng<br /> cho TNT, xyclotrimetylentrinitramin (RDX), Petaerythritol Tetranitrat (PETN),<br /> Bis(2,2,2-trinitroethyl)nitramine (BTNENA) có sai lệch dưới 2%. Áp dụng tính<br /> toán trong bài báo này cho kết quả sai số thấp hơn 5,02%. Quy luật biến thiên nhiệt<br /> lượng nổ theo kết quả tính toán và đo đạc tương tự nhau, đạt giá trị lớn nhất ở<br /> khoảng 30% Al. Sai lệch giữa tính toán và thực nghiệm là do phương pháp tính<br /> toán được xây dựng dựa trên cơ sở thực nghiệm có điều kiện khác với điều kiện<br /> thực nghiệm của bài báo.<br /> Chỉ số khả năng sinh công của HMX chứa 0% Al theo tính toán là 171% so với<br /> axit picric, như vậy sẽ bằng khoảng 147% so với TNT do TNT bằng 116% so với<br /> axit picric. Kết quả thực nghiệm đo hỗn hợp này bằng phương pháp con lắc xạ<br /> thuật là 151%, như vậy sai lệch giữa tính toán và thực nghiệm cho giá trị này là<br /> 2,6%.<br /> <br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Kết quả tính toán cho phép so sánh các hỗn hợp cólượng nhôm khác nhau:<br /> - Nhiệt lượng nổ và nhiệt độ nổ lần lượt đạt giá trị lớn nhất ở khoảng 30% và<br /> 35% Al.<br /> - Thể tích sản phẩm khí giảm khi tăng hàm lượng nhôm.<br /> - Chỉ số khả năng sinh công đạt giá trị lớn nhất ở khoảng 20% Al.<br /> - Lực nổ của các hỗn hợp chứa nhôm đều thấp hơn so với hỗn hợp không chứa nhôm<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 127<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> - Với hỗn hợp chứa 20% Al, kết quả tính toán cho thấy: chỉ số khả năng sinh<br /> công tăng, nhiệt lượng nổ, nhiệt độ nổ tăng lần lượt là 6,4%, 35,3% và 22,4%, thể<br /> tích sản phẩm khí và lực nổ giảm lần lượt là 21,3% và 3,7%,<br /> - Kết quả đo nhiệt lượng nổ cho thấy sai số giữa tính toán và thực nghiệm là nhỏ<br /> hơn 5,02%.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Ruggirello , K . P ., DesJardin, P . E., Baer, M. R ., Kaneshige, M. J ., Hertel,<br /> E. S., "A reaction progress variable modeling approach for non-ideal<br /> multiphase explosives", International Journal of Multiphase flow, Vol.42<br /> (2012), pp. 128-151.<br /> [2]. Zhang Q., Chang Y., “Prediction of Detonation Pressure and Velocity of<br /> Explosives with Micrometer Aluminum Powders”, Cent. Eur. J. Energ.<br /> Mater.,Vol.9(2012), pp. 279-292.<br /> [3]. Zhang Qi, Xiang Cong & Liang HuiMin, “Prediction of the explosion effect of<br /> aluminized explosives”, Sci. China-Phys. Mech. Astron., Vol. 56No.<br /> 5(2013), pp. 1004-1009.<br /> [4]. John F. Moxnes, Tomas L. Jensen and Erik Unneberg, “Energetic Measures<br /> of Effectiveness of Aluminized Explosives”, Adv. Studies Theor. Phys.,Vol.<br /> 7No. 22 (2013), pp. 1051 - 1069.<br /> [5]. Keshavarz M.H., “Simple Correlation for Predicting Detonation Velocity of Ideal and<br /> Non-ideal Explosives”, J. Hazard. Mater.,Vol.166 (2009), pp. 762-769.<br /> [6]. Keshavarz M.H., “Prediction of Detonation Performance of CHNO and<br /> CHNOAl Explosives through Molecular Structure”, J. Hazard. Mater., Vol.<br /> 166(2009), pp. 1296-1301.<br /> [7]. Keshavarz M.H., Mofrad R.T., Poor K.E., Shokrollahi A., Zali A., Yousefi<br /> M.H., “Determination of Performance of Non-ideal Aluminized Explosives”,<br /> J. Hazard. Mater.,A137(2006), pp. 83-87.<br /> [8]. MA Jin-ya, Chang Shuang-jun, “The research of typical aluminized explosive<br /> detonation parameter calculation”, Tianjin Chemical Industry, Vol. 25 No. 5<br /> (2011), pp. 17-20.<br /> [9]. Qi Zhang, Yan Chang, “A Predictive Method for the Heat of Explosion of<br /> Non-ideal Aluminized Explosives”, Central European Journal of Energetic<br /> Materials, Vol. 10 No. 4 (2013), pp. 541-554.<br /> [10]. Mostafa A. Radwan, “Explosive characteristics of aluminized plastic bonded<br /> explosives based on octogen and polyurethane binder”, International annual<br /> conference (32nd) of ICT held in Karlsruhe, Federal republic of Germany on<br /> July 3-July-6 (2001). Energetic materials: Ignition, Combustion and<br /> detonation, pp. 44(1-9).<br /> [11]. M. N. Makhov, “The heat and products of explosion of aluminized high<br /> explosives”, Proc.31st Intern. Annual Confer. Of ICT. Karlsruhe. FRG<br /> (2000), pp. 42(1-11).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 128 Đ.X.Thanh,…, T. V. Phương, “Tính toán lượng bột nhôm cho thuốc nổ HMX thuần hóa.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> [12]. Radun Jeremic, Jovica Bogdanov, “Development of a new model for the<br /> calculation of the detonation parameters of high explosives”, J. Serb. Chem.<br /> Soc.,Vol. 77No. 3(2012), pp. 371–380.<br /> [13]. J. Akhavan, “The chemistry of explosives”, The Royal Society of Chemistry,<br /> Thomas Graham House (2004), pp. 88-102.<br /> [14]. R. Meyer, J. Kohler, A. Homburg, “Explosives, Sixth Edition”, Wiley-VCH<br /> Verlag GmbH, Weinheim(2007), pp. 135, 313-335.<br /> [15]. Webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C1344281&Mask=2&Type=JANAFL<br /> &Plot=on#JANAFL<br /> <br /> <br /> ABSTRACT<br /> CALCULATION ON ALUMINUM CONTENT FOR<br /> ALUMINUM-CONTAINING PHLEGMATIZED HMX<br /> <br /> In this paper, the semi-empirical calculations for aluminum-containing<br /> phlegmatized HMX with Al content from 0-40% and the experimental<br /> parameters of mixture containing 20% Al are presented. The calculated<br /> results show that: heat of detonation obtains maximum value at ~30% Al;<br /> gas-products volume decreases against Al content; power index PI obtains<br /> maximum value at 20% Al; force of explosion of aluminum-containing<br /> mixtures is lower than that of non-Al mixture; temperature of detonation<br /> reaches maximum at 35% Al. In comparision with non-Al containing<br /> mixture, explosion parameters of 20% Al-containing mixture are as<br /> followings:power index, heat and temperature of detonation increase<br /> 6,4%, 35,3% and 22,4%, respectively; gas-products volume and force of<br /> explosion decrease 21,3% and 3,7%, respectively.The difference between<br /> caculated and experimental detonation heat is within 5%.<br /> <br /> Keywords: Military explosives, Aluminum containing phlegmatized HMX, Semi-empirical calculation.<br /> <br /> Nhận bài ngày 07 tháng 05 năm 2014<br /> Hoàn thiện ngày 13 tháng 10 năm 2014<br /> Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 12 năm 2014<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Địa chỉ: * Viện Hóa học Vật liệu- Viện KH&CN QS<br /> ** Viện Thuốc phóng Thuốc nổ- Tổng cục CNQP<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 34, 12 - 2014 129<br />