Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NGDINA

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xúc tác cháy thông qua các quy luật tốc độ cháy và bề mặt cháy của thuốc phóng keo ballistic chứa 3 gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, qua đó, lựa chọn loại xúc tác cháy hiệu quả cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K) cho đạn chống tăng chống giáp phản ứng nổ ĐCT-7 và đề xuất, lựa chọn xúc tác cháy triển vọng thay thế hệ xúc tác cháy đang sử dụng trong thuốc phóng NDSI-2K cho đạn chống tăng PG-9 hiện nay.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NGDINA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ DUY BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ PHỤ GIA, XÚC TÁC CHÁY ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALLISTIC TRÊN NỀN NC-NG-DG VÀ NC-NG-DINA Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9 52 03 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2018
Công trình được hoàn thành tại: Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng Người hướng dẫn khoa học: 1. TS Phạm Văn Toại 2. GS. TS Nguyễn Việt Bắc Phản biện 1: PGS. TS Phan Đức Nhân Học viện Kỹ thuật Quân sự Phản biện 2: PGS. TS Nguyễn Công Hòe Viện Thuốc phóng Thuốc nổ, Tổng cục CNQP Phản biện 3: PGS. TS Chu Chiến Hữu Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học và Công nghệ quân sự Vào hồi: 8 giờ 30 phút, ngày tháng năm 2018. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự - Thư viện Quốc gia Việt Nam.
1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án: Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác cháy để đảm bảo tốc độ cháy đạt yêu cầu theo quy định và giảm thiểu sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất là vấn đề đang được các nhà khoa học kỹ thuật quan tâm. Đến nay, phần lớn các nghiên cứu chủ yếu đề cập đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng hai gốc năng lượng [42], [63]. Đối với thuốc phóng ba gốc năng lượng ít được tiếp cận. Xúc tác cháy cho thuốc phóng keo ballistic rất phong phú và đa dạng. Việc xác lập hệ xúc tác cháy tối ưu cho từng hệ nền với thành phần cụ thể vẫn còn là đối tượng nghiên cứu mới. Thuốc phóng ba gốc trên nền nitro xenlulo (NC)-nitro glyxerin (NG)- dietylen glycol dinitrat (DG) [ký hiệu NC-NG-DG] và nitro xenlulo (NC)- nitro glyxerin (NG)-dietanol nitroamin dinitrat (DINA) [ký hiệu NC-NG- DINA] khác với thuốc phóng hai gốc là có chứa thêm cấu tử thứ ba tương ứng cũng có chức năng hóa dẻo và mang năng lượng DG, DINA. Do đó, việc nghiên cứu lựa chọn các loại xúc tác cháy cũng như tìm ra tỷ lệ tối ưu của nó cho hệ thuốc phóng này là cần thiết. Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xúc tác cháy thông qua các quy luật tốc độ cháy và bề mặt cháy của thuốc phóng keo ballistic chứa 3 gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, qua đó, lựa chọn loại xúc tác cháy hiệu quả cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K) cho đạn chống tăng chống giáp phản ứng nổ ĐCT-7 và đề xuất, lựa chọn xúc tác cháy triển vọng thay thế hệ xúc tác cháy đang sử dụng trong thuốc phóng NDSI-2K cho đạn chống tăng PG-9 hiện nay. Nội dung nghiên cứu của luận án: - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic 3 gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. - Thiết lập quy luật thay đổi tốc độ cháy theo áp suất vào các phụ gia, xúc tác cháy của thuốc phóng keo ballistic 3 gốc năng lượng trên nền NC- NG-DG và NC-NG-DINA. - Nghiên cứu bề mặt cháy của thuốc phóng keo ballistic 3 gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA tại các áp suất khác nhau. - Ứng dụng thiết kế đơn thành phần thuốc phóng keo ballistic 3 gốc năng lượng RNDSI-5K (TPHT-5K) cho đạn chống tăng chống giáp phản ứng nổ ĐCT-7 và đề xuất lựa chọn xúc tác cháy thay thế hệ xúc tác cháy đang sử dụng trong thuốc phóng NDSI-2K cho đạn chống tăng PG-9. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án: Kết quả nghiên cứu của luận án có ý nghĩa khoa học và mang lại giá trị thực tiễn trong lĩnh vực quân sự, nhằm làm rõ hơn bản chất của quá trình cháy đối với thuốc phóng
2 keo ballistic nói chung và thuốc phóng keo ballistic chứa 3 gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA nói riêng. Qua đó, cho chúng ta cái nhìn phổ quát hơn về cơ chế xúc tác cháy cũng như hướng ứng dụng, lựa chọn hoặc thay thế xúc tác cháy hiệu quả cho quá trình nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thuốc phóng keo ballistic. Phƣơng pháp nghiên cứu: Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần; phương pháp tạo mẫu thuốc phóng; phương pháp tạo bề mặt dập cháy; phương pháp đo tốc độ cháy theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001; phương pháp kiểm tra bề mặt dập cháy và thành phần sản phẩm cháy bằng chụp ảnh SEM kết hợp EDX; phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý của mẫu thuốc phóng; phương pháp xác định các thông số thuật phóng thông qua thử nghiệm (đốt thỏi thuốc phóng trong động cơ) trên các thiết bị chuyên dụng; phương pháp xác định các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy trên phần mềm Origin 8.0; phương pháp đánh giá sai số, xử lý số liệu. Bố cục của luận án: Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án gồm ba chương và danh mục tài liệu tham khảo. Chương 1. Tổng quan: phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu trong, ngoài nước về các vấn đề liên quan, các nội dung cần giải quyết của luận án. Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: trình bày đối tượng nghiên cứu, các phương pháp nghiên cứu, xử lý số liệu. Chương 3. Kết quả và thảo luận: trình bày, đánh giá thảo luận các kết quả nghiên cứu đạt được. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN Chƣơng 1. TỔNG QUAN Đã phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về cơ chế cháy của thuốc phóng keo ballistic; sự phân hủy nhiệt của các cấu tử thành phần; ảnh hưởng của các thành phần đến tốc độ cháy; vai trò và tác dụng của xúc tác cháy đến quá trình cháy của thuốc phóng và sự phụ thuộc của tốc độ cháy theo áp suất [u(p)] vào các phụ gia, xúc tác cháy. Kết quả cho thấy, sự cháy của thuốc phóng là quá trình hóa lý diễn ra rất phức tạp gồm nhiều giai đoạn khác nhau. Xúc tác cháy được đưa vào thành phần của thuốc phóng với vai trò làm giảm/tăng năng lượng hoạt hóa của hệ, qua đó thúc đẩy nhanh/chậm tốc độ của các phản ứng cháy. Tác dụng của xúc tác cháy còn được thể hiện như là tác nhân lan truyền nhiệt, qua đó làm tăng nhiệt độ cháy ban đầu của thuốc phóng cũng như tăng khả năng dẫn nhiệt trong vùng sản phẩm cháy. Ngoài ra, nó cũng là tác nhân hội tụ, tăng cường khung muội, qua đó làm tăng độ bền của khung muội theo áp suất. Hàm u(p) ngoài phụ thuộc vào bản chất, thành phần nền còn phụ thuộc phức tạp
3 vào phụ gia, xúc tác cháy và áp suất nơi diễn ra quá trình cháy. Mỗi hệ thuốc phóng khác nhau có các loại xúc tác cháy tối ưu không giống nhau. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy và bề mặt sản phẩm cháy, từ đó lựa chọn hệ xúc tác cháy hiệu quả vẫn còn là hướng nghiên cứu mới cho các loại thuốc phóng khác nhau, trong đó có thuốc phóng ba gốc năng lượng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA với các chất xúc tác cháy (PbO, CoO, Co3O4, Ckt, chì xalixilat, đồng xalixilat, đồng chì phtalat, spinen), phụ gia ổn định cháy CaCO3, phụ gia tạo khung muội (DNT, Ckt). - Phạm vi nghiên cứu: các vấn đề liên quan đến tốc độ cháy, bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy tại các áp suất khác nhau, các quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất vào các của phụ gia, xúc tác cháy. 2.2. Thiết bị, máy móc và nguyên liệu, hóa chất 2.2.1. Thiết bị, máy móc chính: Thiết bị trộn (nấu) thuốc phóng; thiết bị lọc hút nước khỏi bán thành phẩm; thiết bị cán keo hóa thuốc phóng; thiết bị nén ép định hình (chế tạo trong nước); thiết bị đo tốc độ cháy; thiết bị kính hiển vi điện tử quét SEM, EDX; thiết bị đo đạc, thử nghiệm xác định các thông số thuật phóng. 2.2.2. Nguyên liệu, hóa chất chính: Nitro xenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 %, dietylen glycol dinitrat (DG), nitro glyxerin (NG) và dietanol nitroamin dinitrat (DINA), diphenyl amin (DPA), dinitro toluen (DNT), xentralit số 2 (xent 2), vazơlin, canxi cacbonat (CaCO3), cacbon kỹ thuật có bề mặt riêng khoảng 10.200 cm2/g, đồng chì phtalat, chì xalixilat, đồng xalixilat, spinen có kích thước hạt ≤ 50 µm. Các nguyên liệu, hóa chất đã nêu đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng. Riêng chì oxit (PbO) có các vùng phân bố kích thước hạt nhỏ hơn khoảng 20 µm đến nhỏ hơn 1 µm, coban oxit (CoO) khoảng 1 µm, coban (II, III) oxit có kích thước hạt nano (Co3O4, nano) và coban (II, III) oxit có kích thước hạt nhỏ hơn 10 µm (Co3O4, ≤10µm). Các hóa chất này, được cung cấp bởi hãng Sigma-Aldrich (Đức), là loại tinh khiết PA. 2. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu, thực nghiệm 2.3.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần: Trong quá trình tính toán, thiết kế đơn thành phần thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA ngoài việc phải đảm bảo được các yếu tố như: nhiệt lượng cháy (Qv), khả năng hóa dẻo và keo hóa thuốc phóng, tính lưu biến, mật độ, tỷ trọng, độ bền cơ lý và độ bền hóa học của nó,…thì
4 mục đích còn để hướng đến việc ứng dụng được cho các loại thuốc phóng RNDSI-5K và thuốc phóng NDSI-2K. Trên cơ sở những lý do đã nêu kết hợp với một số yêu cầu kỹ thuật của thuốc phóng RNDSI-5K [1] và thuốc phóng NDSI-2K [7], luận án đã tính toán, thiết kế đơn thành phần mẫu nền với các khoảng hàm lượng phụ gia, xúc tác cháy thông qua phần mềm REAL hoặc bằng các công thức thức nghiệm [47], [53]. Kết quả được cho trong bảng 2.1 và bảng 2.2. Bảng 2.1. Đơn thành phần mẫu nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA NC-NG-DG NC-NG- TT Đại lƣợng Đơn số 1 Đơn số 2 DINA 1 Nitro xenlulo số 3 (NC số 3), % 63,89 61,11 60,18 2 Nitro glyxerin (NG), % 15,53 16,96 28,81 3 Dietylen glycol dinitrat (DG), % 12,17 15,02 - 4 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), % - - 8,84 5 Xentralit số 2, % 2,62 2,70 1,45 6 Diphenyl amin (DPA), % 0,57 0,56 - 7 Dinitro toluen (DNT), % 5,05 2,62 - 8 Vazơlin, % 0,17 1,03 0,72 Nhiệt lượng cháy Qv, (cal/g) 875 877 1085 Bảng 2.2. Hàm lượng phụ gia, xúc tác cháy cho các mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA NC-NG-DG NC-NG- TT Thành phần Đơn số 1 Đơn số 2 DINA 1 Phụ gia canxi cacbonat (CaCO3), % 0,55 0,20 ÷ 1,10 0,85 ÷ 2,55 2 Phụ gia cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0,15 ÷ 0,30 0,25 0,20 ÷ 0,60 3 Xúc tác chì (II) oxit (PbO), % 1,00 ÷ 2,00 1,60 ÷ 2,20 0,20 ÷ 1,40 4 Xúc tác coban (II) oxit (CoO), % 0,20 ÷ 0,70 0,20 ÷ 1,10 - 5 Xúc tác đồng chì phtalat (Cu-Pb-Pht), % - 1,70 0,80 6 Xúc tác chì xalixilat (Pb-Xal), % - 0,80; 1,70 0,80 ÷ 2,60 7 Xúc tác đồng xalixilat (Cu-Xal), % - 1,70 - 8 Xúc tác coban (II, III) oxit [Co3O4 (nano)], % - 0,50 0,80 9 Xúctác coban (II, III) oxit [Co3O4 (≤10µm)], % - 0,50 0,80 10 Xúc tác spinen (Sp), % - - 0,80 Nhiệt lượng cháy Qv, (cal/g) 845÷860 850÷860 1050÷1070 Bảng 2.1 và 2.2 cho thấy, khi thay đổi tỷ lệ hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy trong khoảng đã lựa chọn thì miền nhiệt lượng cháy của các mẫu nền so với mẫu chứa phụ gia, xúc tác cháy khác nhau không lớn. Đặc biệt, các mẫu nghiên cứu ảnh hưởng bởi phụ gia, xúc tác cháy trên từng nền
5 khác nhau đều cho nhiệt lượng cháy gần như nhau (sai lệch khoảng ± 5cal/g). Với mức độ sai lệch này, gần như yếu tố ảnh hưởng của nhiệt lượng cháy đến tốc độ cháy có thể được bỏ qua. Khi đó, sự thay đổi của tốc độ cháy chỉ bị ảnh hưởng bởi các phụ gia, xúc tác cháy. Ngoài ra, với khoảng nhiệt lượng như trên hoàn toàn nằm trong vùng yêu cầu cho phép từ 840 cal/g đến 860 cal/g đối với thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K) [1] và từ 1050 cal/g đến 1070 cal/g đối với thuốc phóng NDSI-2K[7]. 2.3.2. Phương pháp tạo mẫu: 2.3.2.1. Tạo mẫu thuốc phóng: Trên cơ sở tham khảo tài liệu [2], [6], [31], [34], [68] kết hợp với thực nghiệm đã thiết lập các điều kiện tối ưu cho chế tạo mẫu thuốc phóng. Tiến trình tạo mẫu thuốc phóng được thực hiện theo các bước như sơ đồ hình 2.1. Chuẩn bị các cấu tử Trộn (nấu) thuốc phóng Lọc hút loại bỏ nước Hỗn lô các mẻ nhỏ Mẫu nền Định lượng mẫu nền Phụ gia, xúc tác Trộn đảo đều cơ học Cán thuốc phóng Cắt nhỏ tấm thuốc phóng Ép tạo thỏi thuốc phóng Đo tốc độ cháy Cắt thỏi thuốc phóng Tạo bề mặt cháy Hình 2.1. Sơ đồ quá trình tạo mẫu thuốc phóng
6 2.3.2.2. Tạo mẫu bề mặt dập cháy của thuốc phóng: Phương pháp tạo bề mặt dập cháy dựa trên nguyên lý: lấy nhiệt từ lớp cháy thông qua cọc kim loại đồng. Kim loại đồng có đặc tính lan truyền nhiệt nhanh. Tại bề mặt tiếp xúc giữa thỏi thuốc phóng đã cháy hết và cọc kim loại sẽ hình thành nên vùng chuyển pha K. Qua đó, xác định được bề mặt dập cháy của thuốc phóng. Sơ đồ tạo mẫu bề mặt dập cháy được trình bày trên hình 2.2. Thỏi thuốc phóng Gắn thỏi thuốc lên cọc đồng Gá chặt và nối điểm hỏa Đặt vào bom đẳng áp Đốt thỏi thuốc phóng Mẫu bề mặt dập cháy Hình 2.2. Sơ đồ tạo mẫu bề mặt dập cháy của thuốc phóng Hình ảnh của thỏi thuốc phóng trước và sau khi đốt cháy được trình bày trên các hình 2.3 và hình 2.4. Hình 2.3. Hình ảnh trước khi đốt Hình 2.4. Hình ảnh sau khi cháy 2.3.3. Phương pháp đo tốc độ cháy: Theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001. 2.3.4. Phương pháp kiểm tra bề mặt dập cháy và phân bố cỡ hạt, bề mặt riêng: lần lượt theo phương pháp chụp ảnh SEM-EDX, nhiễu xạ laze, B.E.T. 2.3.5. Phương pháp xác định các thành phần hóa học của mẫu thuốc phóng: theo các tiêu chuẩn, phương pháp đã ban hành.
7 2.3.6. Phương pháp xác định các thông số thuật phóng: đánh giá các tính năng thuật phóng thông qua thử nghiệm, đốt thỏi thuốc phóng trong động cơ theo quy trình đã được quy định trong bản vẽ sản phẩm động cơ đạn chống tăng chống giáp phản ứng nổ ĐCT-7. 2.4. Tính toán, xử lý số liệu 2.4.1. Xây dựng phương trình quy luật tốc độ cháy và biểu diễn đồ thị về mối quan hệ giữa tốc độ cháy (U) theo áp suất (P): Khoảng áp suất 2 đến 15 MPa là khoảng đặc trưng đối với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng hàm mũ [50]: u( p )  B1. p v (2.1) Trong đó, hệ số B1 và hệ số mũ ν được xác định thông qua nhập số liệu tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau trên phần mềm Origin 8.0. 2.4.2. Xử lý số liệu, sai số: 2.4.2.1. Sai số tốc độ cháy: Tốc độ cháy tại áp suất xác định được tính theo công thức: L (2.2) U  ,(mm / s) t Trong đó: L – là chiều dài cháy thực của thỏi thuốc phóng mà máy đo thời gian ghi được, nó là khoảng cách giữa hai điểm start và stop. Thực tế, L được lấy theo cữ của một đoạn thẳng cố định có chiều dài không đổi bằng 50 mm; t – là thời gian ghi lại được trên máy đo có độ chính xác đến 10-6 (s), trên thực tế, nó là thời gian kể từ khi thỏi thuốc phóng bắt đầu cháy (start) cho đến khi chạm đến điểm stop (đứt dây may xo). Thời gian t được xác định trong công thức (2.2) là thời gian trung bình của ít nhất 03 phép đo/mẫu. Nguyên tắc cộng trung bình phải thỏa mãn các số liệu về thời gian cháy đảm bảo giống nhau đến ba con số sau dấu phẩy. Khi đó, sai số về thời gian chỉ khoảng 10-3 (s) tương ứng cho sai lệch về tốc độ cháy lớn nhất khoảng 0,05 mm/s. 2.4.2.2. Hệ số tương quan trong phương trình quy luật tốc độ cháy: Hệ số tương quan R2 trong phương trình quy luật tốc độ cháy mà được thiết lập trong luận án thường có giá trị trong khoảng 0,90 đến 1. Điều này cho thấy, mối quan hệ giữa tốc độ cháy (U) và áp suất (P) là tuyến tính trong khoảng áp suất khảo sát từ 40 at đến 100 at. 2.4.2.3. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy: Thành phần sản phẩm cháy (nguyên tố) còn lại trên bề mặt dập cháy là kết quả trung bình trên toàn bộ vùng bề mặt cháy đã đo (ít nhất 5 vùng/mẫu).
8 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG 3.1.1. Quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG với sự thay đổi hàm lượng của các cấu tử thành phần trong cùng mẫu nền: Để xem xét sự thay đổi của quy luật tốc độ cháy ảnh hưởng bởi tổ hợp các cấu tử trên cùng mẫu nền, luận án đã tiến hành khảo sát 02 đơn mẫu khác nhau [Đơn số 1 (Đ1) và Đơn số 2 (Đ2)] được cho trong bảng 2.1, chương 2. Qua đó, đã xác lập được các quy luật tốc độ cháy, bao gồm: - Mẫu nền: u = 0,26.p0,79 (Đ1) và u = 0,23.p0,80 (Đ2). - Mẫu nền + 0,55 % CaCO3: u = 0,37.p0,72 (Đ1) và u = 0,32.p0,73 (Đ2).0,26 - Mẫu nền + 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3: u = 3,72.p (Đ1) và u = 4,14.p0,23 (Đ2). - Ngoài ra, đã nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia tạo khung muội (Ckt và DNT) đến tốc độ cháy của mẫu nền trên cơ sở đơn số 1. Kết quả cho thấy, ở cùng một mẫu nền (có hoặc không có phụ gia CaCO3) đối với các đơn thành phần khác nhau thì quy luật tốc độ cháy giữa chúng cơ bản không khác nhau. Tuy nhiên, nếu xét về mặt giá trị toán học, hệ số mũ ν của đơn số 1 luôn thấp hơn (khoảng 0,1) so với đơn số 2. Trong khi đó, nếu có thêm cả phụ gia và xúc tác cháy (PbO, CoO, CaCO3) thì hệ số mũ ν của đơn số 1 lại cao hơn (khoảng 0,3) so với đơn số 2. Mặc dù, tốc độ cháy (ở 70 at) của các mẫu trên cơ sở đơn số 1 luôn cao hơn khoảng 4 %, nhưng ngược lại hiệu quả xúc tác cháy của nó lại thấp hơn khoảng 8 % so với đơn số 2. Từ những biện luận ở trên, xét về mối tương quan giữa (U, Z và ν) thì việc nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến mẫu nền có đơn số 2 sẽ cho hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn đồng thời giảm thiểu sự phụ thuộc của tốc độ cháy theo áp suất. Qua đó, phản ánh chính xác hơn về sự tương thích của phụ gia, xúc tác cháy đến quá trình cháy của thuốc phóng. Vì vậy, luận án đã lựa chọn mẫu nền có đơn thành phần số 2 để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.1.2. Ảnh hưởng của phụ gia CaCO3: Phụ gia CaCO3 trong khoảng xác định từ 0,2 % đến 0,9 % cho tốc độ cháy tăng không lớn nhưng lại có tác dụng làm giảm hệ số mũ ν trong khoảng 0,80 đến 0,68 tương ứng với 0,0 % CaCO3 đến 0,2 % CaCO3. Ở hàm lượng khoảng 0,2 % CaCO3 có thể cho hệ số mũ ν nhỏ nhất nhưng hệ số tuyến tính (R2 = 0,9751) chưa cao, trong khi ở hàm lượng 0,9 % cho hệ số tuyến tính (R2 = 0,9999) cao nhưng hệ số mũ ν tương đối lớn. Vì vậy, luận án đã lựa chọn tỷ lệ lân cận khoảng 0,55 % CaCO3 để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.
9 3.1.3. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy đơn: 3.1.3.1. Ảnh hưởng của xúc tác cháy CoO: So với CaCO3, tác dụng tăng tốc độ cháy của CoO có lớn hơn ở khoảng áp suất từ 70 at đến 80 at và bằng hoặc kém hơn ở những khoảng áp suất còn lại. Khả năng làm giảm hệ số mũ ν của CoO cũng kém hơn so với CaCO3. Đối với CoO chỉ giảm xuống đến 0,77 (tương ứng 0,3 % CoO đến 0,5 % CoO), trong khi CaCO3 có thể giảm xuống đến 0,68. Ở hàm lượng 0,44 % CoO có thể cho mức độ tuyến tính tốt hơn so với ở hàm lượng 0,5 % CoO. Tuy nhiên, hiệu quả xúc tác cháy của nó lại kém hơn. Do đó, hàm lượng tối ưu của CoO được xác định trong trường hợp này là khoảng 0,5 % CoO. 3.1.3.2. Ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đơn kết hợp với CaCO3: Một số phụ gia, xúc tác cháy đơn được nghiên cứu kết hợp với 0,55 % CaCO3, bao gồm: Ckt, đồng chì phtalat (Cu-Pb-Pht), đồng xalixilat (Cu- Xal) và chì xalixilat (Pb-Xal). Kết quả cho thấy: - Phụ gia Ckt (khi không có xúc tác cháy kèm theo) và xúc tác cháy Cu-Xal ít có tác dụng tăng tốc độ cháy. Phụ gia Ckt làm tăng hệ số mũ ν, trong khi xúc tác cháy Cu-Xal làm giảm đáng kể hệ số mũ ν. - Xúc tác cháy Cu-Pb-Pht và Pb-Xal cho hiệu quả xúc tác cháy tương đối tốt. Mặc dù, Cu-Pb-Pht cho tốc độ cháy (ở 70 at) thấp hơn so với xúc tác cháy Pb-Xal (ở cùng hàm lượng 1,7 %) nhưng hệ số mũ ν lại tốt hơn (thấp hơn), tương ứng lần lượt U70 = 10,45 mm/s, ν = 0,35 so với U70 = 11,16 mm/s, ν = 0,42). Nếu ứng dụng cho thuốc phóng RNDSI-5K, tốc độ cháy của mẫu chứa Cu-Pb-Pht cho dù chưa đạt nhưng về cơ bản, có thể nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng của nó để đạt tốc độ cháy theo quy định từ 10,5 mm/s đến 11,5 mm/s là hoàn toàn có thể đáp ứng được. Qua kết quả ở trên có thể thấy, hai loại xúc tác cháy Pb-Xal và Cu-Pb-Pht đều có khả năng sử dụng được cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K). 3.1.4. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy hỗn hợp: 3.1.4.1. Ảnh hưởng của CoO kết hợp với 1,7 % PbO: Tương tự như CaCO3 và CoO dạng đơn lẻ, sự kết hợp giữa xúc tác cháy CoO với 1,7 % PbO, ở hàm lượng vừa phải sẽ làm giảm sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng CoO đến một giá trị nhất định nào đó (lớn hơn khoảng 0,5 %) thì sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất sẽ tăng lên. Hàm lượng tối ưu của CoO khi được kết hợp với PbO cũng dao động trong khoảng 0,5 %. 3.1.4.2. Ảnh hưởng của CaCO3 kết hợp với 1,9 % PbO và 0,5 % CoO: Mặc dù, sự kết hợp của CaCO3 với PbO và CoO ở các tỷ lệ 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3 hoặc 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 1,10 % CaCO3 đều cho hiệu quả xúc tác cháy cao và hệ số mũ ν thấp. Tuy nhiên,
10 tốc độ cháy ở 100 at của chúng đều có xu hướng giảm đáng kể. Điều này cho thấy, CaCO3 đã vượt ngưỡng bão hòa. Do đó, luận án đã lựa chọn tỷ lệ hàm lượng CaCO3 ở khoảng 0,5 % để phục vụ cho nghiên cứu tiếp theo. 3.1.4.3. Ảnh hưởng của PbO kết hợp với 0,5 % CoO và 0,5 % CaCO 3: Sự kết hợp của PbO với 0,5 % CoO + 0,5 % CaCO3 cho tốc độ cháy lớn nhất tương ứng khoảng 1,8 % PbO. So với tỷ lệ 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3 + 1,9 % PbO thì tốc độ cháy (ở 70 at) của tỷ lệ 0,5 % CoO + 0,5 % CaCO3 + 1,8 % PbO có thấp hơn không đáng kể (khoảng 0,05 mm/s) nhưng hệ số mũ ν lại tốt hơn (0,22 so với 0,23). Đặc biệt, tốc độ cháy ở 100 at không bị giảm so với các giá trị lân cận và hệ số R2 cao hơn (0,9994 so với 0,9973). Điều này cho thấy, hàm lượng PbO đã đạt giá trị hợp lý. Qua mục 3.1.4.1 đến 3.4.1.3 có thể rút ra nhận xét, sự kết hợp giữa PbO, CoO và CaCO3 cho hiệu quả xúc tác cháy tối ưu nhất tương ứng với tỷ lệ 0,5 % CoO + 0,5 % CaCO3 + 1,8 % PbO. Khi đó, U70 = 10,84 mm/s, Z = 1,60 và hệ số mũ ν = 0,22. Các giá trị này hoàn toàn đáp ứng tốt khi ứng dụng cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K), theo đó yêu cầu về tốc độ cháy (70 at) của nó từ 10,5 mm/s đến 11,5 mm/s và hệ số mũ ν nhỏ hơn 0,6. 3.1.4.4. Ảnh hưởng của PbO kết hợp với một số xúc tác cháy khác: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của PbO kết hợp với Co3O4 (nano, ≤ 10µm) hoặc với CoO và Ckt cho thấy, sự kết hợp của PbO với các xúc tác cháy [Co3O4 (nano), Co3O4 (≤10µm)] cho hệ số mũ ν nhỏ (ν = 0,18) nhưng tốc độ cháy thấp, khoảng 9,94 mm/s đến 10,25 mm/s tương ứng 0,55 % CaCO3 + 1,9% PbO + 0,5 % Co3O4(≤10µm) và 0,55 % CaCO3 + 1,9 % PbO + 0,5 % Co3O4(nano). Trong khi đó, sự kết hợp giữa PbO với CoO và Ckt cho tốc độ cháy cao, khoảng 11,11 mm/s tương ứng 0,55 % CaCO3 + 1,7 % PbO + 0,5 % CoO + 0,25 % Ckt nhưng hệ số mũ ν tương đối lớn (ν = 0,65). Qua nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG có thể rút ra một số nhận xét: - Việc sử dụng kết hợp hệ xúc tác PbO, CoO, Ckt với CaCO3 cho tốc độ cháy cao nhưng hệ số mũ ν lớn hoặc sự kết hợp của PbO, Co3O4 (ở cả 2 loại kích thước, nhỏ hơn 10 µm và dạng nano) với CaCO3 cho hệ số mũ ν nhỏ nhưng tốc độ cháy thấp hơn so với việc sử dụng PbO kết hợp với CoO. - Mặc dù, với một số xúc tác cháy đơn như Cu-Pb-Pht hay Pb-Xal khi được kết hợp với CaCO3 cũng hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật về tốc độ cháy và hệ số mũ ν cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K). Tuy nhiên, có thể thấy rằng trong số các xúc tác cháy hoặc một số hỗn hợp từ các xúc tác cháy với phụ gia CaCO3 đã nghiên cứu thì hệ hỗn hợp chứa xúc
11 tác cháy PbO với CoO vẫn cho hiệu quả xúc tác cháy tối ưu nhất (tốc độ cháy tương đối cao, trong khi hệ số ν thấp). - Sự kết hợp giữa PbO, CoO và CaCO3 cho hiệu quả xúc tác cháy tối ưu tương ứng với tỷ lệ, gồm: 1,8 % PbO + 0,5 % CoO + 0,5 % CaCO3. Khi đó, U70 = 10,84 mm/s, Z = 1,60, ν = 0,22 và R2 = 0,9994. Kết quả này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K). Từ các nghiên cứu và luận giải ở trên, luận án đã lựa chọn hệ hỗn hợp xúc tác cháy hiệu quả với tỷ lệ, bao gồm: 1,8 % PbO + 0,5 % CoO + 0,5 % CaCO3 để ứng dụng cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K). 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DINA 3.2.1. Quy luật tốc độ cháy của mẫu nền: Qua nghiên cứu ở mục 3.1.1 cho thấy, khi thay đổi hàm lượng các thành phần trong cùng mẫu nền với miền nhiệt lượng cháy như nhau thì quy luật tốc độ cháy của nó gần như ít có sự thay đổi. Sự sai khác của quy luật tốc độ cháy đối với mẫu nền chủ yếu bị ảnh hưởng lớn bởi phụ gia tạo khung muội cacbon (DNT). Đối với thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA do không sử dụng thành phần DNT nên luận án chỉ tiến hành khảo sát 01 đơn thành phần mẫu nền được cho trong bảng 2.1, chương 2. Thông qua biểu diễn đồ thị U(p) đã xác lập được phương trình quy luật tốc độ cháy của mẫu nền là: u = 0,69.p0,61 và R2 = 0,9990. So với mẫu nền NC-NG-DG, tốc độ cháy của mẫu nền NC-NG-DINA cao hơn và ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số mũ ν nhỏ hơn, bằng 0,61 so với 0,80), ngoài ra, mức độ tương hợp của phương trình u(p) được đánh giá thông qua hệ số R2 trong cùng khoảng áp suất nghiên cứu từ 40 at đến 100 at cũng lớn hơn (0,9990 so với 0,9966). 3.2.2. Ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng: 3.2.2.1. Ảnh hưởng của phụ gia CaCO3: Sự có mặt của phụ gia CaCO3 có thể cho tốc độ cháy (ở 100 at) tăng đến 9 % nhưng đồng thời nó cũng làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất. Hệ số ν đạt cực đại νmax = 0,79 tương ứng khoảng 1,7 % CaCO3. Mặc dù, ở hàm lượng 0,85 % CaCO 3 có thể cho hệ số mũ ν thấp hơn so với ở hàm lượng 1,7 % CaCO3. Tuy nhiên, hệ số tương hợp R2 của nó bằng 1 (giá trị tuyệt đối). Do đó, khi kết hợp với phụ gia, xúc tác cháy khác thì hệ số R2 sẽ bị giảm, thậm chí còn có thể bị giảm nhanh. Trong khi đó, với hàm lượng 2,55 % CaCO3 cũng cho hệ số mũ ν thấp hơn nhưng hệ số R2 đang có xu hướng giảm đáng kể. Ngoài ra, khi hàm lượng CaCO3 quá lớn sẽ ảnh hưởng đến yếu tố công nghệ trong quá trình chế tạo, sản xuất. Do đó, luận án đã lựa chọn hàm lượng hợp lý của CaCO3 là 1,7 % để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo.
12 3.2.2.2. Ảnh hưởng của phụ gia Ckt: Sự có mặt của Ckt đều cho tốc độ cháy (100 at) và hệ số mũ ν tăng. So với CaCO3 thì Ckt cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng nhanh hơn theo hàm lượng của nó. Khi đó, tốc độ cháy (100 at) và hệ số mũ ν tăng tương ứng: khoảng 18 % và 0,85 đối với 0,5 % Ckt và khoảng 9 % và 0,79 đối với 1,7 % CaCO3. 3.2.2.3. Ảnh hưởng của Ckt kết hợp với CaCO3: Khi Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3, ở cùng hàm lượng 0,4 % Ckt, hệ số mũ ν đã giảm từ 0,83 xuống còn 0,79. Như vậy, sự có mặt của CaCO3 (ở hàm lượng 1,7 %) đã khống chế sự tăng của hệ số ν theo Ckt khi hàm lượng của nó đủ lớn (khoảng 0,33 %). Tuy nhiên, cũng giống như các phụ gia CaCO3 hoặc Ckt ở dạng đơn lẻ, sự kết hợp giữa Ckt với CaCO3 cũng cho hệ số ν tương đối cao. Do đó, cần thiết phải có xúc tác cháy khác để có thể giảm giá trị ν xuống. 3.2.3. Ảnh hưởng của xúc tác cháy trên cơ sở PbO và Ckt: 3.2.3.1. Ảnh hưởng của PbO kết hợp với 0,2 % Ckt: Sự kết hợp của PbO với 0,2 % Ckt và 1,7 % CaCO3 cho tốc độ cháy tăng lớn nhất tương ứng khoảng 0,2 % PbO. Tuy nhiên, mức độ tăng của tốc độ cháy chỉ khoảng 2 % so với khi không có xúc tác cháy PbO (15,87 mm/s so với 15,52 mm/s). Điều này cho thấy, tác dụng tăng tốc độ cháy của PbO đối với thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA là tương đối thấp. Mặt khác, hệ số mũ ν giảm từ 0,86 xuống còn 0,61 tương ứng với hàm lượng PbO tăng từ 0 % đến 1,4 %. Mức độ giảm càng chậm khi hàm lượng của nó càng lớn. Mặc dù, PbO ít có khả năng cho tốc độ cháy tăng cao nhưng lại có tác dụng làm giảm sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất. Đây cũng chính là nguyên nhân giải thích tại sao cần phải bổ sung PbO vào thành phần của thuốc phóng. 3.2.3.2. Ảnh hưởng của Ckt kết hợp với 0,8 % PbO: Sự có mặt của Ckt ngoài việc cho tốc độ cháy tăng cao, lần lượt khoảng 15 % tương ứng 0,1 % Ckt, 22 % tương ứng 0,2 % Ckt, 46 % tương ứng 0,4 % Ckt và 48 % tương ứng 0,5 % Ckt nhưng đồng thời, hệ số mũ ν cũng tăng nhanh theo hàm lượng của nó từ 0,42 lên 0,79 tương ứng từ 0 % Ckt đến 0,5 % Ckt. Trong số các tỷ lệ của Ckt thì ở tỷ lệ 0,1 % Ckt khi kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO3, mặc dù tốc độ cháy có thấp hơn nhưng lại đảm bảo được hệ số ν. Theo đó, U100 = 13,58 mm/s và hệ số ν = 0,53. Đối với thuốc phóng NDSI-2K, yêu cầu tốc độ cháy từ 13,5 mm/s đến 15,5 mm/s và hệ số mũ ν nhỏ hơn 0,6). 3.2.3.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt PbO đến tốc độ cháy: Quá trình cháy của thuốc phóng nói chung và trên bề mặt pha K nói riêng là dị thể. Do đó, kích thước hạt cũng như sự phân bố của xúc tác cháy sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả xúc tác cháy mà nó tạo ra.
13 Để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt xúc tác cháy đến tốc độ cháy, luận án đã sử dụng các vùng phân bố kích thước hạt cơ bản, bao gồm: vùng nhỏ hơn 20 µm, vùng nhỏ hơn 10 µm, vùng nhỏ hơn 7 µm, vùng nhỏ hơn 5 µm, vùng nhỏ hơn 3 µm và vùng khoảng 1 µm (trong đó, sự phân bố kích thước hạt tập trung trên mỗi vùng chiếm khoảng 90 %). Kết quả cho thấy, hiệu quả xúc tác cháy tăng khi vùng kích thước hạt càng nhỏ. Vùng kích thước hạt xúc tác cháy cho hiệu ứng mạnh nhất tương ứng nhỏ hơn 7 µm đến nhỏ hơn 3 µm. Khi đó, tốc độ cháy có thể tăng lớn nhất lần lượt khoảng 10 % tương ứng vùng kích thước hạt nhỏ hơn 3 µm và 8 % tương ứng vùng kích thước hạt nhỏ hơn 7 µm. Đối với vùng có kích thước hạt nhỏ hơn 20 µm, tốc độ cháy chỉ tăng được khoảng 4 %. Nếu so sánh với vùng kích thước nhỏ hơn 20 µm, tốc độ cháy tại những vùng có kích thước hạt nhỏ hơn 7 µm đến nhỏ hơn 3 µm, có thể tăng thêm được khoảng 4 % đến 6 %. 3.2.4. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy đơn: Trong mục nghiên cứu này, luận án sẽ khảo sát 02 loại xúc tác cháy đơn mà hiện nay đang được quan tâm, ứng dụng nhiều trong các loại thuốc phóng keo ballistic, bao gồm: Pb-Xal và Cu-Pb-Pht. Kết quả cho thấy, Cu- Pb-Pht cho hiệu quả xúc tác cháy thấp (đặc biệt khi áp suất lớn hơn 55 at). Trong khi đó, Pb-Xal cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tốt. Sự có mặt của Pb-Xal đã làm cho hệ số mũ ν giảm đáng kể, từ 0,79 tương ứng 0,0 % Pb-Xal xuống 0,35 tương ứng 2,6 % Pb-Xal. Tuy nhiên, so với xúc tác cháy PbO thì khả năng làm giảm hệ số mũ ν đối với Pb-Xal chậm hơn. Khi đó, hệ số mũ ν = 0,42 tương ứng với tỷ lệ 1,7 % CaCO3 + 0,8 % PbO và ν = 0,56 tương ứng với tỷ lệ 1,7 % CaCO3 + 0,8 % Pb-Xal. Kết hợp với nghiên cứu ở mục 3.2.3.2 cho thấy, so với hỗn hợp 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt + 0,8 % PbO thì ở tỷ lệ 1,7 % CaCO3 + 2,1 % Pb-Xal cho tốc độ cháy cao hơn, hệ số mũ ν thấp hơn và hệ số R2 tốt hơn. Khi đó, U100 = 13,65 mm/s, Z = 1,16, ν = 0,40, R2 = 0,9990. Kết quả này hoàn toàn đáp ứng tốt yêu cầu cho thuốc phóng NDSI-2K. 3.2.5. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy hỗn hợp: Hỗn hợp xúc tác cháy của PbO với Co3O4 (ở các kích thước hạt ≤ 10 µm và nano) hoặc PbO với spinen (Sp) cho hiệu quả xúc tác cháy thấp. Hỗn hợp xúc tác cháy của Pb-Xal với Ckt cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy cao hơn đáng kể. Tuy nhiên, so với hỗn hợp của PbO với Ckt (mục 3.2.3.2) thì hiệu quả xúc tác cháy của hỗn hợp Pb-Xal với Ckt cũng gần như tương đương. Qua nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DINA có thể rút ra một số nhận xét: - Sự có mặt của các phụ gia CaCO3, Ckt hoặc hỗn hợp của Ckt với CaCO3 đều cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng. So với CaCO3 thì Ckt cho tốc
14 độ cháy cũng như hệ số mũ ν tăng nhanh hơn. Khi kết hợp Ckt với CaCO3 ngoài việc làm cho tốc độ cháy tăng nhanh hơn, đồng thời làm giảm sự tăng nhanh của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt. Phụ gia Ckt hoặc Ckt kết hợp với CaCO3 đều cho tốc độ cháy cao, tuy nhiên hệ số mũ ν cũng tương đối lớn. - Hỗn hợp của PbO với Ckt và CaCO3 cho tốc độ cháy cao khi hàm lượng PbO thấp (≤ 0,5 % PbO) hoặc hàm lượng Ckt cao (≥ 0,2 % Ckt), tuy nhiên, hệ số mũ ν lại tương đối lớn. Với hàm lượng PbO trong khoảng từ 0,5 % đến 1,4 % và hàm lượng Ckt nhỏ hơn 0,2 % cho tốc độ cháy có thấp hơn nhưng đồng thời hệ số mũ ν cũng nhỏ hơn. Tỷ lệ của hỗn hợp PbO với Ckt và CaCO3 tối ưu được xác định là: 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt. Khi đó, U100 = 13,58 mm/s (yêu cầu từ 13,5 mm/s đến 15,5 mm/s) và hệ số mũ ν = 0,53 (yêu cầu nhỏ hơn 0,6). Tỷ lệ xúc tác cháy tối ưu này hoàn toàn đáp ứng yêu cầu cho thuốc phóng NDSI-2K. - Xúc tác cháy đơn Cu-Pb-Pht hoặc các hỗn hợp từ PbO với Co3O4 (nano hoặc ≤ 10µm) và Sp cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Một số trường hợp, nó làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất chẳng hạn như hỗn hợp PbO với Sp hoặc làm giảm tốc độ cháy ở áp suất lớn hơn 55 at đối với Cu-Pb-Pht. So với hệ xúc tác cháy PbO với Ckt thì Pb-Xal cho tốc độ cháy cao hơn và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, với tỷ lệ khoảng 1,7 % CaCO3 + 2,1 % Pb-Xal cho U100 = 13,65 mm/s và hệ số mũ ν = 0,40. Có thể thấy, việc thay thế hệ xúc tác cháy PbO và Ckt bằng xúc tác cháy Pb-Xal cho thuốc phóng NDSI-2K để đảm bảo tốc độ cháy và hệ số mũ ν tốt hơn là hoàn toàn có triển vọng. 3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến sự thay đổi bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG theo áp suất Trên cơ sở kết quả nghiên cứu ở mục 3.1, luận án đã lựa chọn hệ xúc tác cháy, bao gồm: 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO để phục vụ nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy này đến bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau. 3.3.1. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến bề mặt cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau: 3.3.1.1. Bề mặt cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy: Kết quả chụp ảnh SEM bề mặt cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy (mẫu nền) tại các áp suất khác nhau được trình bày trên hình 3.48. Hình 3.48 cho thấy, khi tăng áp suất, khung muội cacbon trên bề mặt cháy giảm nhanh. Ở áp suất 10 at (hình 3.48 a), cấu trúc khung muội được tạo ra gần như vẫn còn “nguyên vẹn” và đầy đủ các lớp. Tuy nhiên, khi đến áp suất 70 at (hình 3.48 c) và đặc biệt ở áp suất 100 at (hình 3.48 d), khung muội cacbon còn lại rất ít. Điều này được giải thích, khung muội cacbon được hình thành trên bề mặt sản phẩm cháy luôn chịu tác động bởi môi
15 trường xung quanh và áp lực do chính các dòng của sản phẩm khí cháy phụt ra từ bề mặt cháy hướng lên trên. Ở áp suất càng cao, tốc độ cháy của các cấu tử trong thuốc phóng càng lớn dẫn đến dòng khí phụt lên càng mạnh, trong khi đó, áp suất môi trường xung quanh bề mặt cháy càng lớn, khả năng phân tán khung muội cacbon càng cao. Vì vậy, khung muội cacbon tạo ra trên bề mặt cháy của thuốc phóng giảm khi tăng áp suất. a). p = 10 at b). p = 40 at c). p = 70 at d). p = 100 at Hình 3.48. Ảnh SEM bề mặt cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy tại các áp suất khác nhau 3.3.1.2. Bề mặt cháy của thuốc phóng có chứa phụ gia, xúc tác cháy: Kết quả chụp ảnh SEM bề mặt cháy của thuốc phóng có chứa phụ gia, xúc tác cháy với tỷ lệ 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO tại các áp suất khác nhau được trình bày trên hình 3.49. Hình 3.49 cho thấy, khi có phụ gia xúc tác cháy, cấu trúc khung muội cacbon trên bề mặt cháy của thuốc phóng cho mật độ dày hơn và bền theo áp suất hơn so với khi không có phụ gia xúc tác cháy. Khi không có phụ gia, xúc tác cháy (hình 3.48), ở áp suất 40 at, khung muội cacbon của nó chỉ còn lại rất ít, trong khi đó, nếu có phụ gia xúc tác cháy, đến áp suất 100 at, cấu trúc khung muội mới bị vỡ vụn hoàn toàn và hình thành các khối hội tụ xúc tác. Như vậy, sự có mặt của phụ gia xúc tác cháy ngoài việc tăng mật độ cấu trúc khung muội cacbon ra thì nó còn có tác dụng làm tăng độ bền của các lớp khung muội trên bề mặt sản phẩm cháy của thuốc phóng theo áp suất.
16 a). p = 10 at b). p = 40 at c). p = 70 at d). p = 100 at Hình 3.49. Ảnh SEM bề mặt cháy của thuốc phóng chứa 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO tại các áp suất khác nhau Việc tăng áp suất dẫn đến cấu trúc khung muội cacbon bị giảm dần ngoài những nguyên nhân đã đề cập thì dưới điều kiện áp suất càng lớn, tốc độ cháy của các cấu tử trong thuốc phóng càng cao, theo đó sản phẩm phân hủy của chúng cũng hoàn toàn hơn, tức là khả năng chuyển sang dạng khí càng nhiều (phần này, sẽ được làm rõ hơn trong mục nghiên cứu 3.3.2). 3.3.2. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau: 3.3.2.1. Thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy: Kết quả phân tích thành phần sản phẩm cháy (theo nguyên tố) trên bề mặt cháy của thuốc phóng không chứa phụ gia xúc tác cháy tại các áp suất khác nhau theo phương pháp EDX, được trình bày ở bảng 3.41. Bảng 3.41. Thành phần sản phẩm cháy (theo nguyên tố) trên bề mặt cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy Khối lƣợng, % (theo nguyên tố) Áp suất, at C O Tạp chất 10 78,49 21,51 0,00 40 71,60 26,42 1,98 70 57,12 39,88 3,00 100 54,24 41,90 3,86
17 Bảng 3.41 cho thấy, khi tăng áp suất từ 10 at đến 100 at thì hàm lượng C giảm dần từ 78,49 % xuống 54,24 % và hàm lượng O tăng dần từ 21,51 % lên 41,90 %. Nguyên nhân là do ở áp suất càng lớn, quá trình cháy của thuốc phóng càng diễn ra hoàn toàn. Với kết quả nghiên cứu ở trên đã góp phần làm sáng tỏ hơn cho mục nghiên cứu 3.3.1. 3.3.2.2. Thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng có phụ gia, xúc tác cháy: Kết quả phân tích thành phần sản phẩm cháy (theo nguyên tố) trên bề mặt cháy của thuốc phóng chứa 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO tại các áp suất khác nhau theo phương pháp EDX, được trình bày ở bảng 3.42. Bảng 3.42. Thành phần sản phẩm cháy (theo nguyên tố) trên bề mặt cháy của thuốc phóng có chứa 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO Áp Khối lƣợng, % (theo nguyên tố) suất, Phụ gia, xúc tác cháy còn lại Tạp C O at Ca Co Pb Tổng cộng chất 10 24,84 23,23 3,66 7,30 40,41 51,37 0,56 40 22,57 24,02 7,02 1,98 44,42 53,42 0,00 70 24,49 25,35 5,85 7,87 36,45 50,17 0,00 100 37,57 42,02 2,49 1,10 16,03 19,62 0,79 Bảng 3.42 cho thấy, khi tăng áp suất từ 10 at đến 40 at, hàm lượng C giảm từ 24,84 % xuống 22,57 %, sau đó tăng từ 22,57 % lên 37,57 % khi tăng áp suất từ 40 at đến 100 at. Điều này có vẻ ngược so với lý luận vừa nêu ở trên, đó là tăng áp suất dẫn đến quá trình cháy càng hoàn toàn hơn. Nguyên nhân do khi tăng áp suất, ban đầu tổng hàm lượng các nguyên tố (Ca, Co, Pb) tăng từ 51,37 % lên 53,42 %, sau đó tổng hàm lượng của nó giảm từ 53,42 % xuống 19,62 %. Trong khi đó, tổng các thành phần sản phẩm cháy luôn là 100 %. Do đó, sự thay đổi của hàm lượng C hay O phụ thuộc vào sự thay đổi của tổng hàm lượng (Ca, Co, Pb). Kết hợp với nghiên cứu ở mục 3.3.2.1 có thể thấy, sự có mặt của phụ gia, xúc tác cháy với tỷ lệ 0,5 % CaCO3 + 0,5 % CoO + 1,8 % PbO đã làm cho hàm lượng C giảm nhanh ở áp suất thấp và giảm chậm ở áp suất cao hơn. Theo đó, tại áp suất 10 at, hàm lượng C giảm khoảng 78,49 - 24,84 = 53,65 %, trong khi, ở 100 at, hàm lượng C chỉ giảm được 54,24 - 37,57 = 16,67 %. Điều này cho thấy, phụ gia, xúc tác cháy cho hiệu quả tác dụng ở áp suất thấp lớn hơn so với ở áp suất cao. Áp suất cho khả năng hội tụ lớn nhất của PbO ở khoảng 40 at tương ứng 44,42 % Pb, trong khi đối với CoO là ở 70 at tương ứng 7,87 % Co. Mặc dù, việc đưa CoO vào trong thành phần của thuốc phóng gần như ít có tác dụng làm tăng tốc độ cháy cũng như giảm sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất (điều này, đã được chứng minh trong các mục nghiên cứu trước), tuy nhiên, nó lại có tác dụng tăng khả năng hội tụ của các hạt xúc tác trong vùng áp suất cao hơn (khoảng 70 at).
18 3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến sự thay đổi bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DINA theo áp suất Qua kết quả nghiên cứu ở mục 3.2, luận án đã lựa chọn hệ xúc tác cháy, bao gồm: 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt + 0,8 % PbO để phục vụ nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy này đến bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau. 3.4.1. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến bề mặt cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau: 3.4.1.1. Bề mặt cháy của thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy: Kết quả chụp ảnh SEM bề mặt cháy của thuốc phóng không chứa phụ gia, xúc tác cháy tại các áp suất khác nhau được trình bày trên hình 3.52. a). p = 10 at b). p = 40 at c). p = 70 at d). p = 100 at Hình 3.52. Ảnh SEM bề mặt cháy của mẫu thuốc phóng không phụ gia, xúc tác cháy tại các áp suất khác nhau Hình 3.52 kết hợp với hình 3.48 cho thấy, khi không có phụ gia, xúc tác cháy thì cấu trúc khung muội cacbon trên bề mặt cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA có mật độ thưa hơn ở áp suất 10 at nhưng lại dày hơn ở các áp suất 40 at, 70 và 100 at so với thuốc phóng trên nền NC-NG- DG. Nguyên nhân được giải thích là do đối với thuốc phóng trên nền NC- NG-DG có chứa thêm thành phần phụ gia DNT, trong khi đối với thuốc