Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo pbx trên cơ sở hexogen và pentrit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ Nguyễn Trung Toàn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THUỐC NỔ NHIỆT DẺO PBX TRÊN CƠ SỞ HEXOGEN VÀ PENTRIT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ Nguyễn Trung Toàn NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THUỐC NỔ NHIỆT DẺO PBX TRÊN CƠ SỞ HEXOGEN VÀ PENTRIT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9 52 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Phan Đức Nhân 2. TS Võ Hoàng Phương Hà Nội - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các dữ liệu, nội dung tham khảo được trích dẫn đầy đủ và chính xác. Tác giả luận án NGUYỄN TRUNG TOÀN ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự và Bộ môn Thuốc phóng Thuốc nổ/Học viện Kỹ thuật Quân sự. Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS Phan Đức Nhân và TS Võ Hoàng Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng sự động viên, khuyến khích, những kiến thức khoa học cũng như chuyên môn mà các thầy hướng dẫn đã chia sẻ cho tác giả trong nhiều năm qua, giúp cho tác giả nâng cao năng lực khoa học, phương pháp nghiên cứu và lòng yêu nghề. Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo chỉ huy Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo và Viện Hóa học - Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ môn Thuốc phóng Thuốc nổ, Khoa Vũ khí/Học viện Kỹ thuật Quân sự, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu. Tác giả luận án xin trân trọng cảm ơn các đồng tác giả các công trình và bài báo khoa học đã đồng ý cho tác giả sử dụng các kết quả nghiên cứu trong bản luận án này. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn những người thân trong gia đình, đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện cho tác giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả Nguyễn Trung Toàn iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................................ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.......................................................................................... xii MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................................1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX...........................................................................5 1.1. Thuốc nổ phá hỗn hợp và thuốc nổ PBX .................................................. 5 1.2. Phân loại thuốc nổ PBX ............................................................................ 7 1.2.1. Phân loại theo phương pháp chế tạo ................................................................. 7 1.2.2. Phân loại theo bản chất chất kết dính và đặc tính công nghệ ......................... 8 1.3. Thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ...................................................... 10 1.3.1. Thuốc nổ nền.....................................................................................................10 1.3.2. Các polyme kết dính.........................................................................................12 1.3.3. Các chất hóa dẻo ...............................................................................................18 1.3.4. Các phụ gia ........................................................................................................22 1.4. Các phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX................................. 22 1.4.1. Phương pháp khối.............................................................................................24 1.4.2. Phương pháp huyền phù ..................................................................................25 1.5. Các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ............................................ 26 1.5.1. Nhiệt độ bùng cháy...........................................................................................26 1.5.2. Độ nhạy với xung va đập .................................................................................26 1.5.3. Độ an định hóa học...........................................................................................27 1.5.4. Độ dẻo và khả năng nén...................................................................................28 1.5.5. Các đặc trưng năng lượng................................................................................28 1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thuốc nổ PBX ................ 29 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................29 iv 1.6.2. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ở Việt Nam ........................37 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 39 2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu .......................................................... 39 2.2. Hóa chất, vật tư và thiết bị nghiên cứu ................................................... 39 2.2.1. Hóa chất, vật tư nghiên cứu .............................................................................39 2.2.2. Thiết bị nghiên cứu ...........................................................................................40 2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 42 2.3.1. Phương pháp đánh giá tính tương thích của thuốc nổ và polyme................42 2.3.2. Phương pháp xác định một số tính chất bề mặt của thuốc nổ và polyme ...44 2.3.3. Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ..............................................46 2.3.4. Các phương pháp đánh giá các đặc tính cơ-lý và năng lượng của thuốc nổ PBX ..............................................................................................................47 2.3.5. Phương pháp xác định một số thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ PBX ..............................................................................................49 2.3.6. Phương pháp dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ PBX ........................51 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....................................................... 53 3.1. Nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc nổ PBX ..................................... 53 3.1.1. Đánh giá tính tương thích hóa học của thuốc nổ nền và polyme kết dính ....53 3.1.2. Đánh giá tính chất bề mặt phân cách pha của thuốc nổ và hệ chất kết dính .57 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen (PBX-H) .......... 61 3.2.1. Lựa chọn hàm lượng và kích thước thuốc nổ hexogen.................................61 3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ dẻo, khả năng kết dính và khả năng nén của thuốc nổ PBX-H .............................61 3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy và độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-H...........................72 3.2.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhạy va đập .......................................79 v 3.2.5. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng năng lượng ......................82 3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở pentrit (PBX-P).............. 86 3.3.1. Khảo sát lựa chọn hàm lượng và kích thước hạt của pentrit ........................86 3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ dẻo, khả năng kết dính và khả năng nén của thuốc nổ PBX-P..............................88 3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy và độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-P ...........................96 3.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhạy va đập .....................................102 3.3.5. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng năng lượng ....................104 3.4. Đánh giá một số đặc trưng phân hủy nhiệt và dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ................................................................. 106 3.4.1. Một số đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ PBX ..................107 3.4.2. Dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.............................115 KẾT LUẬN .............................................................................................................................................120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.....................................122 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................123 PHỤ LỤC………………………………………………..………………………………...136 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT A Thừa số trước hàm mũ β Tốc độ gia nhiệt trong các phân tích nhiệt E Thể tích khí sinh ra của 2,5 g thuốc nổ (Thử nghiệm VST) Ea Năng lượng hoạt hóa γ Sức căng bề mặt γ12 Sức căng bề mặt phân cách pha giữa chất 1 và chất 2 γP, γD Phần phân cực và không phân cực của sức căng bề mặt γSV, γLV, γSL Sức căng bề mặt của bề mặt rắn-hơi, lỏng-hơi, rắn-lỏng M Thể tích khí sinh ra của hỗn hợp thuốc nổ và polyme R Hằng số khí S Thể tích khí sinh ra của 2,5 g polyme (Thử nghiệm VST) S21 Hệ số dàn trải của chất 2 lên chất 1 TP Nhiệt độ đỉnh toả nhiệt của phân tích nhiệt DSC T PS Nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt trong thử nghiệm DSC của chất nền T PM Nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt trong thử nghiệm DSC của hỗn hợp ∆TP Độ chênh lệch nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt của phân tích nhiệt t5% Thời gian để 5% lượng thuốc bị phân hủy nhiệt (ở 298 K) VR Thể tích khí sinh ra do sự tương tác giữa thuốc nổ và polyme Wa Công bám dính nhiệt động W21 Công bám dính nhiệt động của chất 2 lên chất 1 BCHMX cis-1,3,4,6-tetranitrooctahydroimidazo-[4,5-d] imidazol BTTN Butantriol trinitrat CL-20 Hexanitrohexaazaisowurtzitan (HNIW) DBF Dibutylfoocmamit DBP Dibutylphtalat DOP Dioctylphtalat vii DSC Nhiệt lượng quét vi sai (Differential scanning calorimerty) DTA Phân tích nhiệt vi sai (Differential thermal analysis) ETPE Energetic thermoplastic elastomers EGDN Etylenglycol dinitrat EVA Etylen vinyl axetat GAP Glyxidyl azit polyme HMX Octogen (Cyclotetrametylen tetranitramin) Kel-F Polyclotrifloetylen NC Nitrat xenlulo, Nitroxenlulo NC-1 Nitroxenlulo số 1 NC-NB Nitroxenlulo cho NB NC-3 Nitroxenlulo số 3 NG Nitrat glyxerin, Nitro glyxerin PBX Polymer-bonded explosive hoặc Plastic bonded explosive PBX-H Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen PBX-HP Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen và Polystiren PBX-HN Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen và Nitroxenlulo PBX-P Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit PBX-PP Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit và Polystiren PBX-PN Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit và Nitroxenlulo PETN, TEN Pentrit hoặc Pentaerythritol tetranitrat PBS Poly (butadien-stiren) PE Polyetylen PIB Polyisobutylen PMMA Poly (metyl metacrylat) PS Polystiren PVC Polyvinylclorua viii RDX Hexogen (Cyclotrimetylen trinitramin) TATB Triaminotrinitrobenzen TEGDN Trietylenglycol dinitrat TMETN Trimetylol etan trinitrat TG/DTG Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry) TNT 2,4,6-trinitrotoluen TPE Thermoplastic elastomer VST Phương pháp ổn định nhiệt chân không (Vacuum stability test) ix DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số đặc trưng của hexogen và pentrit so với TNT ............................ 10 Bảng 1.2. Độ tan của hexogen trong một số dung môi hữu cơ ................................ 11 Bảng 1.3. Độ tan của pentrit trong một số dung môi hữu cơ..................................... 11 Bảng 1.4. Một số chất hóa dẻo thông thường . .................................................................. 19 Bảng 1.5. Tính chất của một số dung môi hữu cơ thông thường. ........................... 23 Bảng 1.6. Độ dẻo của thuốc nổ C-4 theo tiêu chuẩn MIL-C-45010A ................. 28 Bảng 1.7. Thành phần một số thuốc nổ PBX .................................................................... 30 Bảng 1.8. Đặc trưng của các thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX và PETN. ............ 31 Bảng 1.9. Thông số động học phân hủy nhiệt thuốc nổ PBX ................................... 35 Bảng 1.10. Thời hạn sử dụng của một số thuốc nổ PBX ở 25 °C........................... 35 Bảng 1.11. Ảnh hưởng của chất hóa dẻo năng lượng cao đến một số đặc trưng của thuốc nổ PBX .............................................................................................................................. 36 Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của PS............................................................................ 40 Bảng 2.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các loại NC........................................................ 40 Bảng 3.1. Giá trị VR xác định theo phương pháp VST ................................................. 53 Bảng 3.2. Kết quả DSC xác định tính tương thích của RDX và polyme ........... 55 Bảng 3.3. Kết quả DSC xác định tính tương thích của pentrit và polyme......... 56 Bảng 3.4. Thông số bề mặt của dung môi dùng để đo góc tiếp xúc ...................... 58 Bảng 3.5. Kết quả đo góc tiếp xúc tĩnh .................................................................................. 58 Bảng 3.6. Sức căng bề mặt của các thuốc nổ RDX, PETN và chất kết dính ... 59 Bảng 3.7. Các thông số bề mặt của thuốc nổ và hệ chất kết dính ........................... 60 Bảng 3.8. Độ dẻo của các mẫu thuốc nổ PBX-HP .......................................................... 63 Bảng 3.9. Mật độ của liều nổ PBX-HP ở các áp suất nén khác nhau ................... 65 Bảng 3.10. Độ dẻo của các mẫu thuốc nổ PBX-HN ....................................................... 67 Bảng 3.11. Mật độ của liều nổ PBX-HN ở các áp suất nén khác nhau ............... 69 x Bảng 3.12. Nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HP ................................................ 72 Bảng 3.13. Nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HN ............................................... 74 Bảng 3.14. Độ an định hóa học của các thuốc nổ PBX-HP theo VST................. 76 Bảng 3.15. Độ an định hóa học của các thuốc nổ PBX-HN theo VST................ 78 Bảng 3.16. Độ nhạy va đập của các thuốc nổ PBX-HP ................................................ 80 Bảng 3.17. Độ nhạy va đập của các thuốc nổ PBX-HN ............................................... 82 Bảng 3.18. Đặc trưng năng lượng của một số thuốc nổ PBX-HP .......................... 83 Bảng 3.19. Đặc trưng năng lượng của một số thuốc nổ PBX-HN ......................... 84 Bảng 3.20. Độ dẻo của các thuốc nổ PBX-PP.................................................................... 88 Bảng 3.21. Mật độ của liều nổ PBX-PP ở các áp suất nén khác nhau ................. 89 Bảng 3.22. Độ dẻo của các thuốc nổ PBX-PN................................................................... 93 Bảng 3.23. Mật độ của liều nổ PBX-PN ở các áp suất nén khác nhau ................ 94 Bảng 3.24. Nhiệt độ bùng cháy của các mẫu thuốc nổ PBX-PP ............................. 96 Bảng 3.25. Nhiệt độ bùng cháy của các mẫu thuốc nổ PBX-PN ............................ 98 Bảng 3.26. Độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PP theo VST .......................... 99 Bảng 3.27. Độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PN theo VST .......................101 Bảng 3.28. Độ nhạy va đập của thuốc nổ PBX-PP .......................................................102 Bảng 3.29. Độ nhạy va đập của thuốc nổ PBX-PN.......................................................103 Bảng 3.30. Một số đặc trưng năng lượng của thuốc nổ PBX-PP ..........................104 Bảng 3.31. Một số đặc trưng năng lượng của thuốc nổ PBX-PN .........................105 Bảng 3.32. Thành phần của một số thuốc nổ PBX-H ..................................................107 Bảng 3.33. Thành phần của một số thuốc nổ PBX-P ...................................................107 Bảng 3.34. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ hexogen và các mẫu thuốc nổ PBX-H theo phương pháp Kissinger ......................................110 Bảng 3.35. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ hexogen và các mẫu thuốc nổ PBX-H theo phương pháp Ozawa ............................................111 xi Bảng 3.36. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thốc nổ pentrit và các mẫu thuốc nổ PBX-P theo phương pháp Kissinger..............................................114 Bảng 3.37. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ pentrit và các mẫu thuốc nổ PBX-P theo phương pháp Ozawa....................................................114 Bảng 3.38. Giá trị VST và các thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ RDX và các thuốc nổ PBX-H................................................................................115 Bảng 3.39. Giá trị VST và các thông số động học quá trình phân hủy của thuốc nổ pentrit và các thuốc nổ PBX-P ...........................................................................................117 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của Estane 5703. ..................................................................... 14 Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của Kraton G-6500. .............................................................. 14 Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của NC.......................................................................................... 15 Hình 1.4. Mô hình của một số loại copolyme ETPE. .................................................... 16 Hình 1.5. Cấu tạo của các ETPE. ............................................................................................... 17 Hình 1.6. Cấu trúc chung của polyphotphazen.................................................................. 17 Hình 1.7. Cấu tạo của TMETN, TEGDN, EGDN, BTTN .......................................... 21 Hình 1.8. Hệ thống STABIL......................................................................................................... 27 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hệ thống Vacuum Stability Test ........... 41 Hình 2.2. Góc tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt rắn ..................................................... 44 Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ dẻo của thuốc nổ PBX................ 47 Hình 3.1. Giản đồ DSC của RDX và các hỗn hợp trên cơ sở hexogen. .............. 54 Hình 3.2. Giản đồ DSC của PETN và các hỗn hợp trên cơ sở PETN .................. 55 Hình 3.3. Đồ thị xác định các giá trị αS và βS của thuốc nổ và chất kết dính .... 59 Hình 3.4. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-HP trên kính hiển vi............... 62 Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng RDX và tỷ lệ DOP/PS đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-HP................................................................................................................................ 63 Hình 3.6. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-HP và áp suất nén ................... 65 Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng hexogen, tỷ lệ DOP/NC và bản chất NC đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-HN............................................................................................ 68 Hình 3.8. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-HN và áp suất nén .................. 69 Hình 3.9. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-HN bằng kính hiển vi. .......... 71 Hình 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HP. ................................................................ 72 Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HN. ........................................................................ 74 xiii Hình 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-HP........................................................................... 76 Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-HN.......................................................................... 78 Hình 3.14. Ảnh chụp bề mặt các mẫu thuốc nổ PBX-PN trên kính hiển vi. .... 87 Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần chất kết dính đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-PP. ...................................................................................................... 88 Hình 3.16. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-PP và áp suất nén ................. 90 Hình 3.17. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-PP trên kính hiển vi............. 91 Hình 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần hệ chất kết dính đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-PN. ........................................................................................... 93 Hình 3.19. Mối quan hệ áp suất nén và mật độ của thuốc nổ PBX-PN. ............. 95 Hình 3.20. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-PP. ................................................................. 96 Hình 3.21. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-PN. ................................................................ 98 Hình 3.22. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PP. ...............................................................100 Hình 3.23. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PN. ..............................................................101 Hình 3.24. Giản đồ TG/DTG của RDX và thuốc nổ PBX-H ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau...................................................................................................................................108 Hình 3.25. Phương pháp tính Ea của thuốc nổ PBX-H. ..............................................110 Hình 3.26. Giản đồ TG/DTG của thuốc nổ pentrit và các thuốc nổ PBX-P ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau............................................................................................................112 Hình 3.27. Phương pháp tính Ea của thuốc nổ PBX-P ................................................113 Hình 3.28. Thời hạn sử dụng (ở 25 °C) của hexogen và các thuốc nổ PBX-H .....116 Hình 3.29. Thời hạn sử dụng (ở 25 °C) của pentrit và các thuốc nổ PBX-P. 117 1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài luận án: Hiện nay, trong lĩnh vực quân sự, nhu cầu phát triển những loại thuốc nổ mạnh, có đặc trưng năng lượng cao, an toàn trong bảo quản và sử dụng, công nghệ chế tạo đơn giản đang trở nên cấp thiết và được nhiều chuyên gia quân sự quan tâm. Trong khi đó, các thuốc nổ phá mạnh phổ biến như hexogen, pentrit… mặc dù có các đặc trưng năng lượng cao nhưng lại có độ nhạy cao với xung cơ học, khả năng công nghệ (nhồi nạp vào đạn dược hoặc liều nổ) kém nên dễ xảy ra mất an toàn trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng [5], [24], [122]. Chính vì vậy mà hexogen và pentrit nói riêng và hầu hết các loại thuốc nổ phá mạnh nói chung hiếm khi được sử dụng ở dạng đơn chất, mà thường được sử dụng ở dạng thuốc nổ phá hỗn hợp [5], [24], [106], [123]. Bên cạnh các loại thuốc nổ phá hỗn hợp truyền thống như thuốc nổ thuần hóa, hỗn hợp các thuốc nổ đơn trên cơ sở thuốc nổ phá mạnh, một loại thuốc nổ mới dạng PBX (Polymer-Bonded Explosive hay Plastic Bonded Explosive) - thuốc nổ được kết dính bằng các chất dẻo - được nhiều nước trên thế giới trang bị cho quân sự. Một trong những loại thuốc nổ PBX được sử dụng phổ biến là thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Ưu điểm nổi bật nhất của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX là có độ nhạy thấp với xung cơ học, dễ dàng định hình, có thể nén ép chặt trong các khuôn có hình dạng phức tạp, liều thuốc tạo thành có độ đồng đều cao về mật độ và giữ được sự bền vững của kết cấu [24]. Trong giai đoạn hiện nay, nhu cầu sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX phục vụ nhiệm vụ chiến đấu và huấn luyện sẵn sàng chiến đấu của quân đội ta là khá lớn. Cụ thể, thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có thể được sử dụng trong chế tạo vũ khí phá rào vật cản dùng cho bộ binh, xe tăng phục vụ diễn tập; ngoài ra, phải kể đến nhu cầu sử dụng với số lượng lớn của Binh chủng Đặc công trong huấn luyện và sẵn sàng chiến đấu. Trong khi đó, thuốc nổ nhiệt dẻo PBX quân đội ta 2 đang quản lý và sử dụng chủ yếu là các loại thuốc nổ do Tiệp Khắc cũ (các thuốc nổ Semtex) và Mỹ (thuốc nổ C-4) sản xuất từ những năm 60-70 của thế kỷ XX. Những thuốc nổ này ngày càng giảm cả về số lượng và chất lượng, hầu như không có thuốc nổ mới bổ sung do việc nhập ngoại gặp rất nhiều khó khăn. Việc nghiên cứu chế tạo các mác thuốc nổ nhiệt dẻo PBX nói chung và thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở thuốc nổ hexogen và pentrit nói riêng bằng nội lực trong nước sẽ khắc phục được vấn đề trên. Bên cạnh đó, việc đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sẽ góp phần làm rõ cơ sở khoa học phục vụ cho công tác sản xuất sau này. Do đó, đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit” mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu chế tạo các loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ. Nghiên cứu quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ đã chế tạo, từ đó dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu chế tạo và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính, khả năng kết dính... đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở các thuốc nổ nền là hexogen và pentrit với các hệ chất kết dính trên cơ sở polyme thông thường (polystiren) và polyme mang năng lượng (nitroxenlulo) ở quy mô phòng thí nghiệm. Nội dung nghiên cứu: - Lựa chọn hệ chất kết dính/chất hóa dẻo/dung môi phù hợp với từng loại thuốc nổ nền (hexogen và pentrit), đánh giá khả năng kết dính của thuốc nổ nền với các hệ chất kết dính đó; 3 - Xác định quy luật ảnh hưởng của hàm lượng và thành phần các cấu tử đến các đặc trưng của thuốc nổ PBX. Từ đó xác định được thành phần thích hợp để chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ứng với từng hệ thuốc nổ/polyme cụ thể; - Xác định một số đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX, từ đó dự đoán được thời hạn sử dụng của thuốc nổ. Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; phương pháp đánh giá tính tương thích của thuốc nổ nền và các polyme; phương pháp đánh giá khả năng kết dính của thuốc nổ nền và các hệ chất kết dính; phương pháp xác định các đặc trưng năng lượng-kỹ thuật của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX (như nhiệt độ bùng cháy, độ an định hóa học, độ nhạy va đập, khả năng chịu nén, độ dẻo, tốc độ nổ, độ nén trụ chì và khả năng sinh công); phương pháp xác định các thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ; phương pháp tính toán thời hạn sử dụng của thuốc nổ. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Luận án là công trình khoa học nghiên cứu bài bản và có hệ thống về thuốc nổ nhiệt dẻo PBX nói chung và thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit nói riêng. Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được áp dụng cho quá trình sản xuất cũng như đánh giá chất lượng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Bố cục của luận án: luận án bao gồm các nội dung chính sau: Mở đầu Chương 1. Tổng quan về thuốc nổ PBX - Tổng quan về thuốc nổ PBX: trình bày khái niệm, thành phần, phân loại, tính chất và các phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. - Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. 4 Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: là các thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit có sử dụng các hệ chất kết dính khác nhau. - Hóa chất, vật tư và thiết bị nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu: trình bày kỹ thuật chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; phương pháp đánh giá các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận - Nghiên cứu, khảo sát lựa chọn thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX: gồm quá trình khảo sát lựa chọn dung môi, chất hóa dẻo và đánh giá khả năng kết dính của thuốc nổ nền với hệ chất kết dính. - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit như độ dẻo, độ nhạy va đập, nhiệt độ bùng cháy, độ an định hóa học và các đặc trưng năng lượng. - Đánh giá đặc trưng phân hủy nhiệt và dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Kết luận Tài liệu tham khảo 5 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX 1.1. Thuốc nổ phá hỗn hợp và thuốc nổ PBX Thuốc nổ là một dạng vật liệu đặc biệt, có thể xảy ra các biến đổi nổ (cháy, nổ) khi chịu tác động của các xung kích thích ban đầu khác nhau (xung cơ học, xung nhiệt, xung nổ…), khi đó thuốc nổ có khả năng biến đổi cực nhanh kèm theo toả nhiệt lớn và tạo ra một lượng lớn sản phẩm khí, khi giãn nở mạnh có khả năng sinh công phá huỷ hoặc dịch chuyển môi trường xung quanh. Dạng biến đổi nổ đặc trưng của các loại thuốc nổ là nổ ổn định, do đó thuốc nổ được sử dụng rộng rãi trong quân sự và công nghiệp [105], [123]. Các loại thuốc nổ được chia ra thành hai nhóm chính: Thuốc nổ mồi và thuốc nổ phá. Trong đó, các thuốc nổ phá lại được chia ra thành: Thuốc nổ phá dạng đơn chất và thuốc nổ phá hỗn hợp. Một số loại thuốc nổ phá dạng đơn chất như hexogen (RDX), octogen (HMX), pentrit (PETN, TEN), CL-20, bicyclo octogen (BCHMX)… được sử dụng rộng rãi trong quân sự hiện nay bởi chúng có các đặc trưng năng lượng (nhiệt lượng nổ, tốc độ nổ, khả năng sinh công, áp suất nổ...) cao. Tuy nhiên, các thuốc nổ trên vẫn tồn tại một số nhược điểm như có độ nhạy cao với xung cơ học, tính nén kém, bị phân hủy khi nóng chảy... [5], [6]. Những nhược điểm kể trên đã gây khó khăn cho quá trình sử dụng, bảo quản và vận chuyển nên các thuốc nổ ít khi được sử dụng ở dạng đơn chất. Để thuận lợi cho việc sử dụng và khắc phục nhược điểm, người ta thường chế tạo các thuốc nổ hỗn hợp trên cơ sở các thuốc nổ phá mạnh theo 3 xu hướng sau [5], [24], [120]: 1. Thuốc nổ thuần hóa: là nhóm thuốc nổ hỗn hợp gồm thuốc nổ phá mạnh và chất thuần hóa. Mục đích sử dụng chất thuần hóa là làm giảm độ nhạy với xung cơ học (làm giảm ma sát giữa các hạt thuốc nổ) đồng thời làm tăng khả năng nén của thuốc nổ (làm tăng tính bám dính giữa các hạt thuốc nổ).