Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy PbO, Cₖₜ và CaCO₃ đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA

Nghiên cứu khoa học công nghệ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ PHỤ GIA, XÚC TÁC CHÁY

PbO, C_ktVÀ CaCO₃ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC

PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA

Lê Duy Bình^1*, Phạm Văn Toại², Nguyễn Việt Bắc¹

Tóm tắt: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy PbO, C_ktvà

CaCO₃đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-

DINA cho thấy, với tỷ lệ ≥ 1,4 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,2 % C_ktcho tốc độ cháy

U₁₀₀~ 14,2 mm/s và hệ số mũ ν ~ 0,61, đạt yêu cầu, nhưng tốc độ cháy ở áp suất

cao (120 at) bị giảm. Trong khi đó, ở tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,4 % C_kt

cho tốc độ cháy cao (U₁₀₀= 17,14 mm/s) nhưng hệ số mũ ν tương đối lớn (ν =

0,78). Tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy tối ưu cho hệ thuốc phóng keo trên nền NC-NG-

DINA là: 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,1 % C_kt. 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). Với tỷ

lệ này, mẫu thu được đáp ứng yêu cầu của mác thuốc phóng NDSI-2K.

Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia xúc tác cháy.

1. MỞ ĐẦU

Từ các kết quả nghiên cứu ở bài báo trước cho thấy, phụ gia C_kthoặc hỗn hợp của C_kt

với CaCO₃khi thêm vào mẫu nền NC-NG-DINA cho tốc độ cháy đạt yêu cầu nhưng hệ số

mũ ν còn tương đối cao (ν ≥ 0,79). Do đó, sự cần thiết phải nghiên cứu lựa chọn, khảo sát

ảnh hưởng của xúc tác cháy khác kết hợp với các phụ gia này nhằm thu được mẫu có tốc

độ cháy cũng như hệ số mũ ν đạt yêu cầu.

Một số công trình [1-5] đã đề cập đến ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy trên cơ sở

PbO, C_ktvà CaCO₃, tuy nhiên, chưa đi sâu nghiên cứu tính quy luật cháy của nó. Vì vậy,

việc giải thích khả năng sử dụng chúng trong khoảng xác định còn hạn chế.

Nối tiếp các công trình đã công bố, nhóm tác giả tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của hệ

phụ gia, xúc tác cháy này đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-

DINA, qua đó, đánh giá, so sánh khả năng sử dụng chúng cho mác thuốc phóng NDSI-2K.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA với các phụ gia, xúc

tác cháy C_kt, CaCO₃và PbO.

- Phạm vi nghiên cứu: quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất và hàm

lượng của các phụ gia, xúc tác cháy.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần

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

TT Thành phần

Hàm lượng

58,5 ± 0,05

28,0 ± 0,05

8,60 ± 0,02

1,40 ± 0,01

0,70 ± 0,01

1 Nitrat xenlulo (NC), %

2 Nitro glyxerin (NG), %

3 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), %

4 Xentralit số 2, %

5 Vazơlin, %

141

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

Để nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia xúc, tác cháy đến quá trình cháy của thuốc

phóng, thông thường ta cần phải xác lập được đơn thành phần với hàm lượng cụ thể cho

mẫu nền. Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo này, nhóm tác giả đã xác lập đơn thành

phần mẫu nền trên cơ sở hướng tới thuốc phóng NDSI-2K. Đơn thành phần mẫu nền phục

vụ quá trình nghiên cứu, được trình bày trong bảng 1.

Các chất phụ gia CaCO₃, C_ktvà xúc tác cháy PbO được lựa chọn trên cơ sở khi thay thế

vào công thức tính toán nhiệt lượng, đảm bảo chênh lệch nhau không lớn nhằm hạn chế

ảnh hưởng của nhiệt độ cháy (nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của thuốc phóng. Hàm

lượng các phụ gia, xúc tác cháy được cho trong bảng 2.

Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy CaCO₃, C_ktvà PbO.

TT Thành phần

Hàm lượng

1,70

0 ÷ 1,40

0 ÷ 0,50

1 Canxi cacbonat (CaCO₃), %

2 Chì (II) oxít (PbO), %

3 Cacbon kỹ thuật (C_kt), %

Với đơn thành phần mẫu nền cho trong bảng 1 và các phụ gia, xúc tác cháy cho trong

bảng 2, khi tính toán nhiệt lượng cháy thông qua công thức thực nghiệm [6] đều cho kết

quả từ 1053 cal/g đến 1070 cal/g. Số liệu này cho thấy, sự chênh lệch nhiệt lượng cháy

giữa các mẫu nghiên cứu là không lớn và nằm trong vùng cho phép.

2.2.2. Phương pháp tạo mẫu

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

định (bảng 1) trong môi trường nước ở 55^oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ,

modul bằng 6/1 [tỷ lệ nước so với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromas) quy khô]. Nitromas

sau công đoạn trộn được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau

đó được định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia (bảng 2). Mẫu không

cho phụ gia gọi là mẫu nền được ký hiệu MĐ00 và mẫu nền thêm phụ gia được ký hiệu

MĐi (i ≥ 1). Tiến hành cán keo hóa mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95^oC và

đúc ép định hình ở 72^oC đến 76^oC (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau

khi nén ép định hình có dạng hình trụ, đường kính 7 mm và được cắt thành các đoạn ngắn,

có chiều dài khoảng 70 mm.

2.2.3. Phương pháp đo tốc độ cháy

Đo tốc độ cháy ở các áp suất không đổi, từ 10 at đến 100 at, trong bom đo áp, ở môi

trường khí trơ, theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001.

2.2.4. Phương pháp tính toán thông số hiệu quả xúc tác cháy

Hiệu quả xúc tác cháy được thể hiện qua đại lượng Z(p), là tỷ số giữa tốc độ cháy của

mẫu chứa xúc tác cháy với mẫu nền tại áp suất cháy tương ứng.

Đại lượng Z(p) được tính qua biểu thức:

U( p)

Z( p) 

U(0p)

Trongđó: - U(p) là tốc độ cháy của mẫu chứa xúc tác cháy tại áp suất P, mm/s;

- U(0p) là tốc độ cháy của mẫu nền tại áp suất P, mm/s.

2.2.5. Phương pháp xác định các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy

Như đã biết, khoảng áp suất từ 2 đến 15 MPa được cho là khoảng áp suất đặc trưng đối

với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng hàm mũ

như sau [6]:

u  B.p^v

142

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Trong đó, hệ số B và hệ số mũ ν được xác định thông qua đồ thị tương quan giữa tốc

độ cháy tại các áp suất khác nhau. Đơn vị của tốc độ cháy được tính bằng mm/s.

2.2.6. Phương pháp trình bày đồ thị tương quan giữa các hàm phụ thuộc

Đồ thị tương quan giữa hàm u(p), Z(p) theo áp suất; hệ số mũ ν theo hàm lượng (phần

trăm theo khối lượng so với mẫu nền ban đầu) của các phụ gia xúc tác cháy được biểu thị

thông qua việc nhập số liệu thực nghiệm (đối với tốc độ cháy) và tính toán tương ứng (đối

với hiệu quả xúc tác cháy, như mục 2.2.4) trên phần mềm Origin 8.0.

2.3. Vật tư, hóa chất

- Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 %, nhà máy Z195 sản

xuất, nitrog lyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) do nhóm nghiên cứu tự

tổng hợp, xentralit số 2, canxicacbonat (CaCO₃), vazơlin (AR, Trung Quốc), cacbon kỹ

thuật (N220, AR, Hàn Quốc). Các hoá chất đã nêu đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất

thuốc phóng.

- Riêng đối với chì oxit, PbO của hãng Sigma-Aldrich (Đức) là loại tinh khiết PA.

2.4. Thiết bị và dụng cụ

- Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; 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; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh.

- Hệ thiết bị đo tốc độ cháy: máy đo thời gian cháy (độ chính xác 10^-6s), được chế tạo

tại Việt Nam, hệ thống các bình khí trơ để tạo áp suất, đồ gá mẫu và bom chứa mẫu ở áp

suất xác định.

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với 0,2 % C_ktvà 1,7 %

CaCO₃đến tốc độ cháy của mẫu thuốc phóng nền MĐ00 được trình bày trong bảng 3.

Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng PbO kết hợp với

0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00.

Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s

Kýhiệu Mẫu nền +%(phụ gia, xúc táccháy)

100

80

70

50

40

10

MĐ00

Mẫu nền

11,75 10,36 9,55

7,76

6,69 2,47

MĐ07 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,0%PbO 15,52 13,30 11,89 8,90

MĐ09 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,2%PbO 15,87 13,46 12,21 9,54

MĐ10 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,5%PbO 14,91 12,56 11,49 9,23

MĐ11 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,8%PbO 14,35 12,09 11,08 8,93

MĐ12 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+1,4%PbO 14,20 11,87 10,81 8,90

7,09

8,11

8,06

7,90

8,04

-

Ta có thể biểu diễn kết quả bảng 3 dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy

[U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của PbO khác nhau

kết hợp 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃như trên các hình 1 và 2.

Hình 1 và hình 2 cho thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy đạt lớn nhất (đường 3

hình 1 và đường 2 hình 2) tương ứng với hàm lượng PbO khoảng 0,2 % tại mọi áp suất.

Khi hàm lượng PbO tăng trong khoảng 0,2 % đến 1,4 %, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác

cháy giảm chậm trong khoảng áp suất từ 40 at đến 50 at và giảm nhanh hơn trong khoảng

áp suất từ 70 at đến 100 at.

143

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

16

14

1.40

1.35

1.30

1.25

1.20

1.15

1.10

1.05

1.00

Z

U,mm/s

4

6

5

12

10

3

2

4

3

5

2

8

6

1

P,at

40

50

60

70

80

90 100

40

50

60

70

80

90

100

Hình 1. Sự phụ thuộc u(p) theo p

Hình 2. Sự phụ thuộc Z(p) theo p

1

– MĐ00;

2

3

4

5

6

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,0%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,2%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,5%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,8%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+1,4%PbO.

1

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,0%PbO

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,2%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,5%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,8%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+1,4%PbO.

2

3

4

5

Trở lại kết quả bảng 3 ta thấy, khi kết hợp giữa PbO với 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃, ở

hàm lượng khoảng 0,2 % PbO, có thể được xem như là tối ưu đối với mẫu thuốc phóng

trên nền NC-NG-DINA. Tuy nhiên, tốc độ cháy của nó cũng chỉ tăng lớn nhất khoảng 2

% so với khi không có PbO. Điều này cho thấy, tác dụng tăng tốc độ cháy của PbO đối

với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA là tương đối thấp.

Mặt khác, thông qua đồ thị hàm U(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo

hàm lượng PbO khi được kết hợp với 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃, kết quả được trình bày

trong bảng 4.

Bảng 4. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng PbO

kết hợp với 0,2 % C_kt+ 1,7 % CaCO₃.

Quy luật tốc độ cháy u=B.p^

Kýhiệu Mẫu nền +%(phụ gia, xúc táccháy)

MĐ00 Mẫu nền

MĐ07 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,0%PbO

MĐ09 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,2%PbO

MĐ10 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,5%PbO

MĐ11 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+0,8%PbO

MĐ12 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt+1,4%PbO

U₁₀₀,mm/s Z₁₀₀

B,[mm/(sat)]



p, at

0,69

0,31

0,54

0,68

0,71

0,82

0,61 40-100

0,86 40-100

0,73 40-100

0,67 40-100

0,65 40-100

0,61 40-100

11,75 1,00

15,52 1,32

15,87 1,35

14,91 1,27

14,35 1,22

14,20 1,21

Từ số liệu bảng 4, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số

mũ ν theo hàm lượng PbO khi kết hợp với 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃như trên hình 3.

Hình 3 cho thấy, 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 cho tăng tốc độ cháy không lớn nhưng có tác dụng làm giảm sự phụ thuộc của tốc

độ cháy vào áp suất (hệ số mũ ν giảm nhanh). Đây cũng chính là nguyên nhân giải thích

tại sao cần phải bổ sung PbO vào thành phần thuốc phóng keo.

Qua nghiên cứu mục 3.1 cho thấy, khi áp suất 40 at, ở hàm lượng 1,4 % PbO, tốc độ

cháy có dấu hiệu tăng. Điều này cho thấy, hàm lượng của nó đã vượt giới hạn bão hòa. Do

đó, nhóm nghiên cứu lựa chọn giá trị 0,8 % PbO để phục vụ nghiên cứu tiếp theo.

144

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

0.90



0.85

0.80

0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

%PbO

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

Hình 3. Sự phụ thuộc của hàm mũ ν theo hàm lượng PbO

kết hợp với 0,2 % C_ktvà 1,7 % CaCO₃.

3.2. Ảnh hưởng của C_ktkết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃

Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng C_ktkhi kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃

đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00 được trình bày trong bảng 5.

Bảng 5. Ảnh hưởng của hàm lượng C_ktkhi kết hợp với

0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00.

Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s

Ký

hiệu

Mẫu nền +%(phụ gia, xúc táccháy)

100

80

70

50

40

10

MĐ00

Mẫu nền

11,75 10,36

9,55

9,78

9,91

7,76

8,59

8,89

8,93

9,96

6,69

7,67

7,88

7,90

8,37

2,47

-

3,36

-

MĐ13 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,0%C_kt11,51 10,23

MĐ14 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,1%C_kt13,58 10,52

MĐ11 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt14,35 12,09 11,08

MĐ15 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,4%C_kt17,14 14,38 12,96

MĐ16 MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,5%C_kt17,35 14,54 13,10 10,01 8,38

Từ số liệu bảng 5, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy

[U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của C_ktkết hợp với

0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃như trên hình 4 và hình 5.

18

1.50

1.45

1.40

1.35

1.30

1.25

1.20

1.15

1.10

1.05

1.00

0.95

U,mm/s

Z

5

6

16

5

14

12

4

3

10

8

3

2

1

2

1

P,at

6

40

50

60

70

80

90

100

40

50

60

70

80

90 100

Hình 4. Sự phụ thuộc u(p) theo p

Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p

1

– MĐ00;

2

3

4

5

6

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,0%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,1%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,4%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,5%C_kt..

1

2

3

4

5

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,0%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,1%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,4%C_kt;

–MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,5%C_kt..

145

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

Hình 4 và hình 5 cho thấy, khi được kết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃, tốc độ

cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng C_kttại mọi áp suất trong khoảng 40 at

đến 100 at. Khi ở cùng hàm lượng như nhau, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng

nhanh hơn ở áp suất khoảng 80 at đến 100 at và tăng chậm hơn ở áp suất từ 40 at đến 70

at. Khi hàm lượng C_ktđủ lớn (lớn hơn 0,4 %), tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng

chậm dần.

Về cơ bản, sự tương tác của C_ktcho dù ở dạng đơn lẻ hoặc được kết hợp với CaCO₃

hoặc PbO + CaCO₃khi cùng hàm lượng C_kt, đều cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy

tăng nhanh ở áp suất cao và tăng chậm, thậm chí trong một vài trường hợp giảm ở áp suất

thấp với mẫu không có xúc tác cháy PbO.

Thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm

lượng C_ktkết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃, được trình bày trong bảng 6.

Bảng 6. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng C_kt

kết hợp với 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃.

Quyluậttốc độcháyu=B.p^

Ký

hiệu

Mẫu nền +%(phụ gia, xúc táccháy)

U₁₀₀, mm/s Z₁₀₀

B,[mm/(sat)]

0,69



p, at

MĐ00

MĐ13

MĐ14

MĐ11

MĐ15

MĐ16

Mẫu nền

0,61 40-100

0,42 40-100

0,53 40-100

0,65 40-100

0,78 40-100

0,79 40-100

11,75

11,51

13,58

14,35

17,14

17,35

1,00

0,98

1,15

1,22

1,46

1,48

MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,0%C_kt

MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,1%C_kt

MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,2%C_kt

MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,4%C_kt

MĐ00+0,8%PbO+1,7%CaCO₃+0,5%C_kt

1,59

1,08

0,71

0,47

0,45

Từ số liệu bảng 6, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số

mũ ν theo hàm lượng C_ktkết hợp với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃như trên hình 6.

Bảng 6 và hình 6 cho thấy, ở áp suất 100 at, khi không có C_kt, hệ số mũ ν còn khoảng

0,42. Tuy nhiên, hiệu quả xúc tác cháy chỉ đạt, Z = 0,98 (giảm so với mẫu nền). Trong khi

đó, sự có mặt của C_ktlàm cho tốc độ cháy tăng lần lượt được khoảng 15 % tương ứng 0,1

% C_kt, 22 % tương ứng 0,2 % C_kt, 46 % tương ứng 0,4 % C_ktvà 48 % tương ứng 0,5 % C_kt

nhưng đồng thời, hệ số mũ ν tăng tương đối nhanh từ 0,42 lên 0,79 tương ứng hàm lượng

C_kttừ 0 % đến 0,5 %.

0.80



0.75

0.70

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

%C

kt

0.40

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Hình 6. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng C_ktkết hợp

với 0,8 % PbO và 1,7 % CaCO₃đối với mẫu nền MĐ00.

146

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Qua các kết quả nghiên cứu cho thấy, sự kết hợp giữa PbO với tỷ lệ 0,8 % PbO và 1,7

% CaCO₃cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng rõ rệt. Ở tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 %

CaCO₃+ 0,5 % C_kt, tốc độ cháy có thể tăng lên khoảng 48 % tương ứng 17,35 mm/s (100

at). Tuy nhiên, giá trị ν của nó cũng tương đối lớn, đạt 0,79. Rõ ràng, với hệ số mũ ν này,

việc ứng dụng trong thiết kế thuốc phóng cho đạn phản lực là không khả thi. Trong khi đó,

với tỷ lệ 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,1 % C_kt(mẫu MĐ14), mặc dù tốc độ cháy có thấp

hơn nhưng lại đảm bảo được hệ số mũ ν. Theo đó, U₁₀₀= 13,58 mm/s và hệ số mũ ν =

0,53, đạt yêu cầu.

Về lý thuyết, đối với mẫu MĐ12, có thể nâng hàm lượng PbO lớn hơn 1,4 % để giảm

hệ số ν xuống dưới 0,6. Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy, khi đó tốc độ cháy ở áp suất

100 at mặc dù vẫn đạt yêu cầu song tốc độ cháy ở áp suất 120 at giảm nhanh đáng kể.

Điều này chứng tỏ rằng, hàm lượng PbO đã đạt đến giá trị bão hòa.

4. KẾT LUẬN

- Đã nghiên cứu được ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác trên cơ sở PbO, C_ktvà CaCO₃

đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA. Kết quả cho

thấy, với tỷ lệ (≥ 1,4) % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,2 % C_ktcho tốc độ cháy (100 at) và hệ số

ν đạt yêu cầu nhưng tốc độ cháy ở áp suất cao (120 at) bị giảm. Trong khi đó, ở tỷ lệ 0,8 %

PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,4 % C_ktcho tốc độ cháy cao (U₁₀₀= 17,14 mm/s) nhưng hệ số ν

tương đối lớn (ν khoảng 0,78).

- Tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy tối ưu cho hệ thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA là:

0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,1 % C_kt, khi đó U₁₀₀= 13,58 mm/s và hệ số mũ ν = 0,53.

Với tỷ lệ này, hoàn toàn đáp ứng yêu cầu cho mác thuốc phóng NDSI-2K.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Đỗ Đức Trí, Lê Duy Bình và cộng sự (2014), “Một số kết quả nghiên cứu hoàn thiện

công nghệ chế tạo thuốc phóng NDSI-2K dùng cho đạn PG-9”, Tạp chí Nghiên cứu

KH&CN Quân sự, Viện KH&CNQS, số đặc san TPTN’14, tr.116-124.

[2]. Le Duy Binh and coworker (2016), “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, 2015, p.230-239.

[3]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2004), “Khả năng nâng cao tốc độ cháy cho nhiên liệu

tên lửa keo”, Tạp chí Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số đặc

san Vật liệu nổ 10/2004, tr.91-94.

[4]. Hoàng Thế Vũ và cộng sự (2004), “Ảnh hưởng của hàm lượng muội than lên tốc độ

cháy của nhiên liệu keo”, Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số

đặc san Vật liệu nổ, 10/2004, tr.104-107.

[5]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2009), “Khả năng tăng tốc độ cháy của nhiên liệu tên

lửa keo năng lượng cao bằng phụ gia cacbon kỹ thuật”, Tạp chí Nghiên cứu

KH&CNQS, Viện KH&CNQS, số đặc biệt, 10/2009, tr.43-46.

[6]. Денисюк А. П (1994), “Физико-химические свойства баллистических порохов и

ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет

им. Менделеева, Издательство Москва.

147

Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

ABSTRACT

EFFECT OF PbO, C_tAND CaCO₃CATALYST ADDITIVES ON BURNING RATE

LAW OF BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA

The investigation was made on the effect of mixture PbO with C_tand CaCO₃to

the burning rate law of ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results

showed that: combination of PbO with C_tand CaCO₃increases effect burning

catalyst. The burning rate (at 100 at) and ν exponent can meet requirement but the

burning rate at high pressure (120 at) is decreased at the ratio (≥1,4) % PbO + 1,7

% CaCO₃+ 0,2 % C_t. The burning rate is high but exponent of ν is still high at the

ratio 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,4 % C_t. The optimal catalyst additives ratio

for propellant based on NC-NG-DINA is: 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,1 % C_t.

According to that U₁₀₀= 13,58 mm/s (request is from 13,5 mm/s to 15,5 mm/s),

exponent of ν is about 0,53 (requirement is not more than 0,6). This ratio completely

satified the requirements of NDSI-2K propellant.

Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; C_tand CaCO₃additives; Catalyts of PbO.

Nhận bài ngày 25 tháng 01 năm 2018

Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2018

Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 8 năm 2018

Địa chỉ: ¹Viện Hóa học Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;

²Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng.

^*Email: [email protected].

148

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