Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA

Nghiên cứu khoa học công nghệ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ÁP SUẤT ĐẾN BỀ MẶT DẬP CHÁY

VÀ THÀNH PHẦN SẢN PHẨM CHÁY TRÊN BỀ MẶT DẬP CHÁY

CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALLISTIC TRÊN NỀN NC-NG-DG VÀ

NC-NG-DINA

Lê Duy Bình^1*, Nguyễn Việt Bắc²

Tóm tắt: Trên cơ sở các tài liệu chuyên môn kết hợp với thực nghiệm đã nghiên

cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần sản phẩm cháy trên

bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-

DINA. Kết quả nghiên cứu đạt được có ý nghĩa quan trọng, góp phần tạo dữ liệu

khoa học để khẳng định ảnh hưởng của áp suất đến tính chất, cơ chế cháy của

thuốc phóng, chứng minh khả năng sử dụng xúc tác cháy và hướng tới nghiên cứu

một số hiện tượng cháy xói mòn và sinh muội trong quá trình thuốc phóng cháy.

Từ khóa: Thuốc phóng, NC-NG-DG, NC-NG-DINA, Bề mặt cháy, Thành phần, Sản phẩm cháy, Áp suất.

1. MỞ ĐẦU

Trên thế giới, việc nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt cháy và thành

phần sản phẩm cháy đối với các loại vật liệu năng lượng nói chung đã có từ lâu [3, 4,

5, 6]. Thực tế, các nghiên cứu cũng chỉ mới dừng lại ở một số nhóm thuốc phóng

điển hình, trong khi có rất nhiều đối tượng khác nhau cần được làm sáng tỏ hơn.

Ở trong nước, một vài công trình của nhóm tác giả đã công bố [1, 2] có đề cập đến

bề mặt dập cháy và thành phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy nhưng ở áp

suất khí quyển. Để hiểu rõ bản chất hơn, cần có nghiên cứu ở các áp suất cháy khác

nhau và trong điều kiện kín, chứa khí trơ. Khi đó, hệ được xem như tương đồng với

điều kiện cháy thực tế của thuốc phóng trong động cơ hoặc buồng đốt của súng pháo.

Ngày nay, xu hướng nghiên cứu tính chất cháy của vật liệu năng lượng nói

chung và thuốc phóng nói riêng vẫn tiếp tục được tiến hành, việc nghiên cứu ảnh

hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành phần của sản phẩm cháy trên bề

mặt dập cháy rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Một mặt để giải thích rõ hơn về

cơ chế cháy của thuốc phóng, mặt khác, để nghiên cứu ứng dụng cũng như làm rõ

vai trò của xúc tác cháy trong thuốc phóng, qua đó, điều chỉnh tốc độ cháy của

thuốc phóng để đảm bảo đạt các tính năng xạ thuật theo yêu cầu.

Tiếp nối các kết quả nghiên cứu từ các công trình đã công bố và một số nghiên

cứu mới của nhóm tác giả đã đạt được trong thời gian gần đây, bài báo này trình bày

một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy và thành

phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy đối với thuốc phóng keo ballistic trên

nền nitratxenlulo - nitroglyxerin - đietylenglycolđinitrat (NC-NG-DG) và

nitratxenlulo - nitroglyxerin - đietanolnitroaminđinitrat (NC-NG-DINA).

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

- Bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-

NG-DINA;

141

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

- Thành phần của sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo

ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp tạo mẫu

- Tạo mẫu (thỏi) thuốc phóng: các hợp phần được phối trộn theo đơn thành phần

đã xác định trên nền NC-NG-DG⁽¹⁾và NC-NG-DINA⁽²⁾trong môi trường nước ở

55^oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ, mô đun bằng 6/1 [tỷ lệ nước so

với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromass) qui khô]. Nitromass sau công đoạn trộn

được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau đó nó được

định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia, xúc tác cháy⁽³⁾(bảng 1).

Mẫu không cho phụ gia xúc tác cháy được gọi là mẫu nền. Tiến hành cán keo hóa

mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95^oC, đúc ép định hình ở 66 đến 76^oC

(tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau khi nén ép định hình có

kích thước Ф7 mm.

Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.

(2)

TT

Thành phần

NC-NG-DG⁽¹⁾NC-NG-DINA

Ghi chú⁽³⁾

1 Nitratxenlulo (NC), %

2 Nitroglyxerin (NG), %

3 Đietylenglycoldinitrat (DG), % 14,5 ÷ 16,5

58,0 ÷ 60,0

15,8 ÷ 17,2

57,0 ÷ 59,0

27,0 ÷ 29,0

-

4 Đietanolnitroamindinitrat(DINA),%

5 Xentralit, %

-

8,0 ÷ 10,0

0,8 ÷ 1,6

-

2,0 ÷ 3,0

0,0 ÷ 1,0

1,0 ÷ 3,0

1,7 ÷ 2,3

0,3 ÷ 0,7

-

6 Điphenyl amin (DPA), %

7 Đinitro toluen (DNT), %

8 Chì (II) oxit (PbO), %

9 Coban (II) oxit (CoO), %

10 Canxi cacbonat (CaCO₃), %

11 Cacbon kỹ thuật (C_kt), %

12 Vazơlin, %

-

0,5 ÷ 1,5

-

1,5 ÷ 2,5

0,0 ÷ 0,4

0,3 ÷ 0,9

Xúc tác cháy

Ổn định cháy

Phụ gia cháy

0,7 ÷ 1,3

- Tạo mẫu bề mặt cháy (hoặc bề mặt dập cháy): dựa trên nguyên lý cơ chế cháy

của thuốc phóng, được chia làm 5 giai đoạn (vùng): vùng nung nóng, vùng chuyển

pha (pha K), vùng ngọn lửa sơ cấp, vùng khoảng tối, vùng ngọn lửa thứ cấp và

vùng các sản phẩm khí. Khi gắn thỏi thuốc phóng (hình trụ đường kính 7 mm,

chiều cao 10 mm) bởi một lớp keo đặc biệt trên một cọc đồng nhẵn bóng và phẳng,

cọc kim loại đồng có đặc tính lan truyền nhiệt nhanh. Khi đó, 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.

- Phương pháp tạo bề mặt cháy tại các áp suất cháy khác nhau: ứng dụng thiết bị

đo tốc độ cháy trong bom đo áp, ở môi trường khí trơ (khí nitơ), theo tiêu chuẩn 06

TCN 888:2001. Nguyên lý của phương pháp được mô tả như sau: cọc đồng chứa

thỏi thuốc phóng (hình 2) được gắn chắc chắn vào gá đo, trên mặt đầu của thỏi

thuốc được đính một ít thuốc mồi, sau đó luồn dây may xo vào giữa lớp thuốc mồi,

hai đầu dây may xo được nối với hai thanh điểm hỏa. Đặt gá đo vào bom đo 1 trên

142

L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

hình 1, tiến hành lắp nắp bom đo và siết chặt, nối hai thanh điểm hỏa với hệ thiết bị

điểm hỏa 6 hình 1. Kiểm tra thông mạch rồi tiến hành xả khí nitơ từ các bình nạp

khí vào bom đo. Khi kim đồng hồ chỉ đến áp suất cần đo thì khóa van xả của bình

nạp khí, sau đó mở van xả từ bình khí cân bằng để duy trì áp suất không đổi trong

quá trình đo. Ấn nút điểm hỏa để đốt thỏi thuốc phóng, khi thỏi thuốc phóng cháy

hết, tiến hành xả khí từ từ trong bom đo để các sản phẩm trên bề mặt cháy không bị

cuốn theo khí xả ra ngoài môi trường.

* Thiết bị, dụng cụ: Bom đo, bình cân bằng, đồng hồ đo áp, bình nạp khí (khí

nitơ). Sơ đồ thiết bị được chỉ ra trên hình 1.

1- Bom đo;

3- Bình nạp;

5- Bộ gá mẫu;

2- Bình cân bằng;

4- Đồng hồ đo áp;

6- Máy điểm hỏa;

7- Máy đo thời gian; 8- Termostat.

Hình 1. Thiết bị đốt tạo bề mặt dập cháy ở các áp suất không đổi khác nhau.

Thỏi thuốc phóng trước và sau khi đốt cháy được trình bày trên các hình 2 và hình 3.

Hình 2. Thỏi thuốc phóng trước khi cháy. Hình 3. Thỏi thuốc phóng sau khi cháy.

2.2.2. Phương pháp đo đạc, kiểm tra mẫu

+ Phương pháp xác định bề mặt dập cháy: sau khi thỏi thuốc phóng được kích

cháy, mẫu lưu trên cọc đồng (hình 3) được đem đi soi chụp dưới kính hiển vi điện

tử quét (SEM) để quan sát bề mặt dập cháy của sản phẩm cháy.

+ Phương pháp xác định thành phần sản phẩm cháy: thành phần sản phẩm

cháy trên bề mặt dập cháy được xác định bằng phương pháp EDX.

2.3. Vật tư, hoá chất

Nitratxenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 %, nhà máy Z sản

xuất; đietylenglycol đinitrat (DG), nitroglyxerin (NG) và đietanolnitraminđinitrat

(DINA) do nhóm nghiên cứu tự tổng hợp; điphenylamin (DPA), đinitrotoluen

(DNT), xentralit số 2 (Cent 2), canxicacbonat (CaCO₃), vazơlin và stearat kẽm

(Trung Quốc); carbon kỹ thuật (N220, Hàn Quốc); chì oxit và coban oxit, (Sigma-

Aldrich, Đức).

143

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

2.4. Thiết bị, máy móc

- Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu vật liệu: thiết bị trộn khuấy; bộ thiết bị lọc hút;

máy cán keo hóa; thiết bị nén ép tạo hình (máy ép thủy lực 50 tấn, có điều khiển); hệ

thống gia nhiệt; tủ sấy binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10^-2;10^-3và 10^-4

(gam); bình hút ẩm exicator; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh;

- Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu và đo bề mặt dập cháy: dụng cụ tạo bề mặt dập

cháy (cọc đồng kim loại), thiết bị chụp hình ảnh bề mặt dập cháy bằng kính hiển vi

điện tử quét SEM, EDX.

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy của sản phẩm cháy

Trên cơ sở những kiến thức chuyên môn kết hợp với các công trình đã công bố

trong thời gian gần đây, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất

đến bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. Kết

quả nghiên cứu được trình bày ở các hình 4, 5, 6 và 7 với độ phóng đại 100 lần.

p = 10 at

p = 40 at

p = 70 at

p = 100 at

Hình 4. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DG không xúc tác,

tại các áp suất khác nhau.

p = 10 at

p = 40 at

p = 70 at

p = 100 at

Hình 5. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DG có xúc tác,

tại các áp suất khác nhau.

p = 10 at

p = 40 at

p = 70 at

p = 100 at

Hình 6. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DINA không xúc tác,

tại các áp suất khác nhau.

144

L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

p = 10 at

p = 40 at

p = 70 at

p = 100 at

Hình 7. Bề mặt dập cháy của mẫu nền NC-NG-DINA có xúc tác,

tại các áp suất khác nhau

Thuốc phóng keo ballistic là hỗn hợp gồm rất nhiều cấu tử (khoảng 10 cấu tử

khác nhau), sự cháy không đồng đều giữa các cấu tử, đặc biệt đối với những cấu tử

được xem như trơ, chẳng hạn như DNT, xentralit, dibutyl phtalat (DBP),

vazơlin,… khi có mặt trong thuốc phóng chúng có tốc độ cháy rất thấp so với các

cấu tử chính như NC, NG, DG, DINA hay một số cấu tử mang năng lượng khác.

Điều này chính là nguyên nhân gây ra muội trên bề mặt dập cháy của sản phẩm

cháy. Mức độ tạo ra khung muội (độ cao, mật độ và cấu trúc) và độ bền của khung

muội theo áp suất phụ thuộc vào bản chất, thành phần của các cấu tử có trong

thuốc phóng. Thuốc phóng trền nền như nhau, khung muội và độ bền của chúng

theo áp suất chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của các chất phụ gia, xúc tác cháy.

Quan sát kết quả nghiên cứu thu được ở trên các hình 4, 5, 6 và 7 có thể thấy:

Bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo balistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-

DINA khi có xúc tác và không xúc tác đều hình thành nên khung muội cacbon

trong sản phẩm cháy. Khung muội cacbon của mẫu không có xúc tác (mẫu nền)

thường ít, mật độ thưa và thấp (quan sát trực tiếp trên ảnh SEM) hơn so với mẫu có

xúc tác. Mặt khác, khi tăng áp suất cháy, khung muội cacbon có xu hướng giảm

dần và vụn ra (dễ dàng quan sát được ở p = 100 at).

Đối với mẫu nền (không có xúc tác cháy), tại áp suất 10 at, khung muội trên bề

mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG thường nhiều và dày hơn, trong

khi ở các áp suất từ 40 đến 100 at thì có xu hướng ít và mật độ thưa hơn so với

khung muội trên bề mặt dập cháy của thuốc trên nền NC-NG-DINA. Nguyên nhân

có thể được giải thích: đối với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG có chứa thêm

phụ gia DNT. Theo các tài liệu [1, 2, 3, 4], bản thân DNT khi cháy vẫn có thể tạo ra

khung muội cacbon gián tiếp trong quá trình cháy. Tuy nhiên, khung muội cacbon

này thường “yếu ớt” hơn so với khung muội được tạo bởi cacbon kỹ thuật (C_kt, cấu

tử ban đầu được bổ sung trực tiếp vào thành phần của thuốc phóng). Vì vậy, khung

muội cacbon được tăng cường từ các sản phẩm cháy của DNT chỉ bền ở áp suất thấp

(khoảng 10 at) nhưng lại dễ bị “bẻ gãy” ở áp suất cao (lớn hơn 40 at).

Đối với các mẫu chứa xúc tác cháy thì lại có xu hướng ngược lại. Khung muội

trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG có xu hướng nhiều và

dày hơn (ở cùng áp suất) so với khung muội trên bề mặt cháy của thuốc phóng trên

nền NC-NG-DINA. Điều này cho thấy, xúc tác cháy (PbO, CoO) tạo ra khung

muội cacbon bền hơn so với khung muội cacbon được tạo bởi cacbon kỹ thuật có

trong thành phần.

145

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất và xúc tác cháy đến thành phần sản

phẩm cháy trên bề mặt dập cháy

Cơ chế cháy của thuốc phóng được chia làm 5 giai đoạn (vùng): vùng nung

nóng, vùng chuyển pha (pha K), vùng ngọn lửa sơ cấp, vùng khoảng tối, vùng

ngọn lửa thứ cấp và vùng các sản phẩm khí.

Quá trình phân hủy của thuốc phóng bắt đầu từ sự đứt gãy, thu nhiệt của nhóm -

NO₂trong NC, NG hay các chất hóa dẻo nitroeste khác, sau đó chúng tham gia vào

các phản ứng cháy với sản phẩm trung gian trong quá trình phân rã của các chất

ban đầu. Theo tài liệu [4, 5, 6] năng lượng hoạt hóa của quá trình tách nhóm -NO₂

của các nitroeste vào khoảng 160 kJ/mol, còn quá trình oxy hóa sau đó vào khoảng

80 kJ/mol. Trong quá trình cháy của thuốc phóng, các chất có độ bền nhiệt thấp

nhất và có khả năng phản ứng cao (NC, NG) sẽ bị phân hủy trước, còn các thành

phần trơ khác như DNT, DBP, xentralit, vazơlin,… sẽ được chuyển hóa sang trạng

thái lỏng hoặc khí, thậm chí, có thể không bị phân hủy ở pha rắn (đặc biệt là đối

với một số loại thuốc phóng có nhiệt lượng trung bình và thấp hoặc thuốc phóng

được tạo thành từ các thành phần tương đối khác nhau về độ bền nhiệt). Vì thế, từ

bề mặt cháy của sản phẩm cháy, các thành phần này có thể vừa bị phân hủy, đồng

thời cũng bị bay hơi hoặc phân tán bởi các luồng khí. Khi đó, trong một vài trường

hợp chúng có thể không bị cháy hoàn toàn, kể cả ở trong vùng tiếp theo. Khi tăng

áp suất thì nhiệt độ trên bề mặt cháy sẽ tăng, vận tốc phản ứng hóa học tăng trong

pha rắn cùng với sự tham gia của các sản phẩm khí.

Như vậy, bản chất của quá trình cháy thuốc phóng được qui định ở vùng chuyển

pha (sản phẩm còn lại trên bề mặt dập cháy). Thành phần của các sản phẩm trung

gian trong pha K phụ thuộc vào tính chất lý hóa của các cấu tử trong thuốc phóng,

đồng thời phụ thuộc cả vào áp suất mà tại đó xảy ra quá trình cháy.

Bằng thực nghiệm, nhóm tác giả đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất

và xúc tác cháy đến thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy đối với thuốc

phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA. Kết quả nghiên cứu được trình bày

ở các bảng 2, 3, 4 và 5.

Bảng 2. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên

nền NC-NG-DG (không xúc tác) theo áp suất.

Khối lượng, %

Áp suất

C_(K)

O_(K)

Ca_(K)

Co_(K)

Pb_(M)

Tổng cộng

100,0

10

40

78,49

71,60

57,12

54,24

21,51

26.42

39,88

41,90

-

98,02

97,00

96,14

70

100

Bảng 3. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên

nền NC-NG-DG (có xúc tác) theo áp suất.

Khối lượng, %

Áp suất

C_(K)

O_(K)

Ca_(K)

Co_(K)

Pb_(M)

Tổng cộng

10

24,84

23,23

3,66

7,30

40,41

99,44

146

L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

40

70

100

22,57

24,49

37,57

24,02

25,35

42,02

7,02

5,85

2,49

1,98

7,87

1,10

44,42

36,45

16,03

100,0

99,21

Bảng 4. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên

nền NC-NG-DINA (không xúc tác) theo áp suất.

Khối lượng, %

Áp suất

C_(K)

O_(K)

Ca_(K)

Co_(K)

Pb_(M)

Tổng cộng

96,56

10

40

66,38

54,65

44,07

47,16

30,18

41,78

47,84

45,77

-

96,43

91,91

92,93

70

100

Bảng 5. Thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên

nền NC-NG-DINA (có xúc tác) theo áp suất.

Khối lượng, %

Áp suất

C_(K)

O_(K)

Ca_(K)

19,77

28,35

15,14

10,77

Co_(K)

Pb_(M)

13,32

16,14

18,69

11,14

Tổng cộng

99,45

10

40

70

29,17

22,85

31,48

38,68

37,19

32,52

32,27

31,30

-

99,86

97,58

91,89

100

Từ kết quả bảng 2, 3, 4 và 5 cho thấy:

Khi tăng áp suất cháy (từ 10 đến 100 at), đối với mẫu không có xúc tác thì hàm

lượng cacbon giảm dần từ 78,49 xuống 54,24 % (mẫu trên nền NC-NG-DG) và từ

66,38 xuống 47,16 % (mẫu trên nền NC-NG-DINA). Trong khi hàm lượng oxi

tăng dần từ 21,51 lên 41,90 % (mẫu trên nền NC-NG-DG) và từ 30,18 lên 45,77 %

(mẫu trên nền NC-NG-DINA). Việc hàm lượng cacbon giảm và oxy tăng trong

thành phần sản phẩm cháy có thể được giải thích, khi tăng áp suất cháy, quá trình

cháy càng diễn ra hoàn toàn. Tuy nhiên, khi có xúc tác cháy, qui luật này có sự

khác biệt tại những vùng áp suất cháy khác nhau, tại vùng áp suất từ 10 đến 40 at,

đối với mẫu trên nền NC-NG-DG, hàm lượng cacbon giảm từ 24,84 xuống 22,57

% và đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA từ 29,17 xuống 22,85 %, tại vùng áp

suất từ 40 đến 100 at thì hàm lượng cacbon của cả hai loại thuốc phóng này đều có

xu hướng tăng, từ 22,57 lên 37,57 % (mẫu NC-NG-DG) và từ 22,85 lên 38,68 %

(mẫu NC-NG-DINA). Riêng về hàm lượng oxy trong thành phần sản phẩm cháy

của mẫu trên nền NC-NG-DG tăng lên từ 23,23 lên 42,02 %, trong khi, đối với

mẫu trên nền NC-NG-DINA lại có xu hướng giảm từ 37,19 xuống 31,30 %. Mặt

khác, tổng hàm lượng các chất rắn (Ca_(K); Co_(K)và Pb_(M)) cũng tăng dần trong

khoảng áp suất từ 10 đến 40 at, từ 51,37 lên 53,42 % (đối với mẫu trên nền NC-

NG-DG) và từ 33,09 lên 44,49 % (đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA), nhưng

sau đó có xu hướng giảm dần khi tăng áp suất, từ 53,42 xuống 19,62 (đối với mẫu

trên nền NC-NG-DG, từ 44,49 xuống 21,91 % (đối với mẫu trên nền NC-NG-

DINA). So với mẫu trên nền NC-NG-DINA ta thấy, khi không có xúc tác cháy,

hàm lượng cacbon trong mẫu trên nền NC-NG-DG cao hơn và hàm lượng oxy thấp

147

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

hơn nhưng khi có xúc tác cháy thì hàm lượng cacbon lại thấp hơn và hàm lượng

oxy lại cao hơn. Bên cạnh đó, tổng hàm lượng sản phẩm cháy trên các mẫu cho

thấy, mẫu trên nền NC-NG-DG khi có xúc tác cháy, quá trình cháy, hầu như không

sinh thêm tạp chất khác, sản phẩm cháy chỉ còn lại C, O, Ca, Co và Pb với tổng

gần 100 %, trong khi đối với các mẫu trên nền NC-NG-DG không có xúc tác, mẫu

trên nền NC-NG-DINA kể cả có và không có xúc tác, quá trình vẫn sinh ra tạp chất

khác, đặc biệt là đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA không có xúc tác, tỷ lệ tạp

chất chiếm gần 10 %.

Các kết quả nghiên cứu và phân tích ở trên đã chứng tỏ rằng, hiệu quả xúc tác

cháy của cặp PbO, CoO trong thuốc phóng trên nền NC-NG-DG tốt hơn so với

hiệu quả xúc tác cháy của PbO trong thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA. Mặt

khác, khi có xúc tác cháy, hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn so với mẫu không có xúc

tác cháy. Ngoài ra, khi áp suất cháy càng cao, tỷ lệ sinh ra tạp chất khác càng lớn.

Việc áp suất cháy càng lớn, càng sinh ra nhiều tạp chất được cho là khi đó những

phản ứng có sự tương tác của các xúc tác cháy sẽ cho hiệu quả xúc tác cháy kém đi

và thay vào đó là sẽ sinh ra một số phản ứng phụ khác.

4. KẾT LUẬN

Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất đến bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo

ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, kết quả cho thấy, đối với mẫu nền

khi không có xúc tác cháy, tại áp suất thấp (khoảng 10 at), khung muội cacbon trên

bề mặt dập cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG thường nhiều và dày hơn,

trong khi đó, ở các áp suất cao hơn (khoảng 40 đến 100 at) hiện tượng này có xu

hướng ít và mật độ thưa hơn so với khung muội cacbon trên bề mặt dập cháy của

thuốc trên nền NC-NG-DINA. Khi có xúc tác cháy, mức độ “tản vụn” của khung

muội cacbon trên bề mặt dập cháy đối với thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA sẽ

nhanh hơn (theo áp suất) so với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG. Điều này

cho thấy, sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất đối với mẫu thuốc phóng trên

nền NC-NG-DINA lớn hơn (khi có xúc tác cháy) và nhỏ hơn (khi không có xúc tác

cháy) so với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG.

Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất (tăng dần từ 10 đến 100 at) và xúc tác

cháy đến thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt dập cháy của thuốc phóng keo

ballistic trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA, nghiên cứu cho thấy, đối với mẫu

nền, hàm lượng cacbon giảm dần và hàm lượng oxy tăng dần. Trong khi với mẫu

có xúc tác, tại vùng áp suất từ 10 đến 40 at, hàm lượng cacbon giảm, tổng hàm

lượng các chất rắn [Ca_(K); Co_(K)và Pb_(M)] tăng và tại vùng áp suất từ 40 đến 100 at,

hàm lượng cacbon tăng, tổng hàm lượng các chất rắn giảm. Riêng về hàm lượng

oxy trong thành phần sản phẩm cháy của mẫu trên nền NC-NG-DG tăng theo áp

suất, nhưng đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA lại giảm theo áp suất. Mẫu trên

nền NC-NG-DG khi có xúc tác, quá trình cháy, hầu như không sinh thêm tạp chất

khác, trong khi đối với các mẫu trên nền NC-NG-DG không có xúc tác, mẫu trên

nền NC-NG-DINA kể cả có và không có xúc tác, quá trình vẫn sinh ra tạp chất,

đặc biệt, đối với mẫu trên nền NC-NG-DINA không có xúc tác. Khi áp suất cháy

càng cao khả năng sinh tạp chất càng nhiều.

148

L. D. Bình, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng… trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA.”

Nghiên cứu khoa học công nghệ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Lê Duy Bình và cộng sự, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia đến tốc

độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG”, Tạp chí Hóa

học, số 53 (5e1), tr.48-53, 2015.

[2]. Le Duy Binh and coworker, “Effect of catalyst on the burning rate of energy

materials based on NC-NG-DINA”, The 4^thacademic conference on natural

science for young scientists, master and PhD. Students from Asean countries,

Bangkok, Thailand.15-18 December, pp230-239, 2015.

[3]. Ньен Чан Аунг, “Влияние состава пороха на эффективность действия

катализаторов горения”, Автореферат диссертации кандидата

химических наук, Москва, Российский химико-технологический

университет имю Д.Ию Менделеева, 2008.

[4]. Денисюк А. П., Демидова Л. А., “Особенности влияния некоторых

катализаторов на горение баллиститных порохов”, Физика горения и

взрыва, Т. 40, № 3, С. 69-76, 2004.

[5]. Денисюк А. П., Шепелев Ю. Г., Русин Д. Л., Шумский И. В. “Влияние

гексогена и октогена на эффективность действия катализаторов

горения баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва, Т. 37, № 2,

С. 77-8, 2001.

[6]. Денисюк А. П, “Физико-химические свойства баллистических порохов и

ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический

университет им. Менделеева, Издательство Москва, 1994.

ABSTRACT

EFFECTS OF PRESSURE ON BURNING SURFACE OF BALLISTIC

PROPELLANT BASED ON NC-NG-DG AND NC-NG-DINA

Based on the specific materials combination with experimental works,

effects of pressures on the burning surface and the composition of combustion

products of ballitsic propellant based on NC-NG-DG and NC-NG-DINA was

researched. The investigation results obtained are of important signification

contributing to scientific data confirming the effect of pressure on properties

and mechanism of propellant ignition, proving possibility of catalyst in

propellant ignition, leading to investigation on the phenomenon of erosive

burning and forming carbon black during burning process.

Keywords: Propellants, NC-NG-DG, NC-NG-DINA, Burning surface, Composition, Burning product,

Pressure.

Nhận bài ngày 21 tháng 11 năm 2016

Hoàn thiện ngày 14 tháng 01 năm 2017

Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 02 năm 2017

Địa chỉ: ¹Viện Thuốc phóng thuốc nổ- TCCNQP;

²Viện Hóa học – Vật liệu, Viện KH-CNQS;

^*Email: [email protected]om.

149

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 47, 02 - 2017