Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ phụ gia, xúc tác cháy đơn và hỗn hợp 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 MỘT SỐ HỆ PHỤ GIA, XÚC

TÁC CHÁY ĐƠN VÀ HỖN HỢP ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY

CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA

Lê Duy Bình¹, Phạm Văn Toại², Nguyễn Việt Bắc¹

Tóm tắt: Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy

salixilat chì, phtalat chì đồng và hỗn hợp PbO với Co₃O₄(kích thước hạt nano),

Co₃O₄(≤ 10µm), spinen và salixilat chì với C_ktđến quy luật tốc độ cháy của thuốc

phóng keo trên nền NC-NG-DINA cho thấy, xúc tác cháy phtalat chì đồng hoặc các

hỗn hợp của PbO với Co₃O₄(kích thước hạt nano), Co₃O₄(≤ 10µm) hoặc spinen

cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Hỗn hợp salixilat chì với C_ktcho hiệu quả xúc

tác cháy kém hơn so với salixilat chì không có C_kt. So với hệ xúc tác cháy PbO với

C_ktđã nghiên cứu thì salixilat chì 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 2,1 % salixilat chì + 1,7

% CaCO₃cho U₁₀₀= 13,65 mm/s và hệ số mũ ν = 0,40. Với kết quả nghiên cứu đạt

được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác cháy salixilat chì để thay thế

hỗn hợp PbO với C_ktcho thuốc phóng NDSI-2K là có triển vọng.

Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia xúc tác cháy (salixilat chì, phtalat chì

đồng; Spinen; PbO; Co₃O_4(nano); Co₃O_4(≤10µm), C_kt, CaCO₃).

1. MỞ ĐẦU

Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy trên cơ sở PbO, C_ktvà CaCO₃đến

quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA cho thấy, với tỷ

lệ xúc tác cháy tối ưu là 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO₃+ 0,1 % C_ktmặc dù cho hiệu quả xúc

tác cháy đạt yêu cầu, tuy nhiên, hệ số mũ ν vẫn còn cao. Do đó, sự cần thiết phải nghiên

cứu lựa chọn hệ xúc tác cháy khác để có thể tăng thêm tốc độ cháy đồng thời giảm thiểu

sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất.

Nối tiếp các kết quả nghiên cứu đã đạt được, bài báo này giới thiệu kết quả khảo sát

một số hệ phụ gia, xúc tác cháy đơn và hỗn hợp khác, bao gồm: salixilat chì, phtalat chì

đồng và hỗn hợp của PbO với Co₃O₄(kích thước hạt nano), Co₃O₄(≤ 10µm), spinen và

salixilat chì với phụ gia C_kt.

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 hệ phụ gia,

xúc tác cháy gồm: C_kt, CaCO₃, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen, Co₃O₄(kích

thước hạt nano) và Co₃O₄(kích thước hạt ≤ 10µm).

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

hàm lượng của các chất phụ gia, xúc tác cháy.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

2.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần

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 [1, 2, 3, 4]. Đơn thành phần mẫu nền

phục vụ quá trình nghiên cứu, được cho trong bảng 1.

Các chất phụ gia, xúc tác cháy C_kt, CaCO₃, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen,

Co₃O₄(kích thước hạt nano) và Co₃O₄(kích thước hạt ≤ 10µm) được lựa chọn trên cơ sở

149

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

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

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

TT

1 Nitrat xenlulo (NC), %

2 Nitro glyxerin (NG), %

3 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), %

4 Xentralit số 2, %

Thành phần

Hàm lượng

58,5 ± 0,05

28,0 ± 0,05

8,60 ± 0,02

1,40 ± 0,01

0,70 ± 0,01

5 Vazơlin, %

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

TT

Thành phần

Hàm lượng

1 Canxi cacbonat (CaCO₃), %

2 Chì (II) oxít (PbO), %

3 Co₃O₄(kích thước hạt nano), %

4 Co₃O₄(≤10µm), %

5 Phtalat chì đồng, %

6 Salixilat chì, %

1,70

0,80

0,80 ÷ 2,60

0,80

7 Spinen, %

8 Cacbon kỹ thuật (C_kt), %

0,10

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 [5] đều cho kết

quả từ 1065 cal/g đến 1070 cal/g. Như vậy, chênh lệch nhiệt lượng giữa các mẫu nghiên

cứu không lớn và hoàn toàn 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) qui 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;

150

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

- 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 [5]:

u  B.p^v

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 % (do nhà máy Z195 sản

xuất), nitro glyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) do nhóm nghiên cứu tự

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

thuật (N220, AR, Hàn Quốc), phtalat chì đồng, salixilat chì, spinen (do Viện TPTN chế

tạo). Các hoá chất đã nêu trên đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng.

- Riêng đối với chì oxít PbO, Co₃O_4(nano)và Co₃O_4(≤10µm)là những hóa chất tinh khiết,

loại PA của hãng Sigma-Aldrich (Đức) và được sử dụng nguyên mẫu.

2.4. Thiết bị và dụng cụ

- Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; bộ 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 xúc tác cháy đơn đến quy luật tốc độ cháy

Bài báo tiến hành khảo sát ảnh hưởng của 02 loại xúc tác cháy đơn mà hiện đang được

ứng dụng trong các loại thuốc phóng keo balistit, gồm: salixilat chì và phtalat chì đồng đến

tốc độ cháy của mẫu nền. Kết quả được trình bày trong bảng 3.

Bảng 3. Ảnh hưởng của xúc tác cháy salixilat chì và phtalat chì đồng

kết hợp với 1,7 % CaCO₃đến tốc độ cháy của mẫu nền.

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

Kýhiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)

100

80

70

50

40

10

MĐ00 Mẫu nền

11,75 10,36 9,55

12,75 10,98 9,90

7,76 6,69 2,47

MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúctác

MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilat chì

MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO₃+1,7%salixilat chì

MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%phtalat chì đồng

7,69 6,42

-

12,76 11,24 10,42 8,65 7,65

13,16 11,96 11,27 9,63 8,67

11,94 10,12 9,27

7,89 7,35 3,73

151

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

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

Từ kết quả bảng 3, 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 một số hàm lượng của salixilat

chì và phtalat chì đồng kết hợp với 1,7 % CaCO₃, được trình bày lần lượt trên các hình 1

và 2.

16

u,mm/s

Z

15

14

13

1.3

1.2

1.1

1.0

0.9

12

11

3

5

1

10

9

4

2

8

7

3

2

4

1

P,at

6

40

50

60

70

80

90

100

40

50

60

70

80

90 100

Hình 1. Sự phụ thuộc u(p) theo p

– MĐ00;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúctác;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilatchì;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+1,7%salixilatchì;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%phtalatchìđồng;

Hình 2. Sự phụ thuộc Z(p) theo p

1

2

3

4

5

1

2

3

4

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúctác;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilatchì;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+1,7%salixilatchì;

–MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%phtalatchìđồng;

Hình 1 và hình 2 cho thấy, đối với phtalat chì đồng cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác

cháy (đặc biệt khi áp suất lớn hơn 55 at) thấp. Trong khi đó, salixilat chì cho tốc độ cháy và

hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn. Ở hàm lượng 1,7 % salixilat chì, tốc độ cháy lớn nhất đạt

khoảng 13,16 mm/s (ở 100 at).

Thực tế, để tối ưu hóa hàm lượng salixilat chì với mục đích tăng tốc độ cháy của nó,

nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát bổ sung một số mẫu thực nghiệm. Qua đó, đã xác định

được các quy luật tốc độ cháy, bao gồm: u = 2,10.p^0,40tương ứng hàm lượng salixilat chì là

2,1 % cho U₁₀₀= 13,65 mm/s và u = 2,60.p^0,35tương ứng với hàm lượng salixilat chì

khoảng 2,6 % cho U₁₀₀= 13,07 mm/s.

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

hàm lượng xúc tác cháy salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO₃, kết quả được trình bày

trong bảng 4.

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

của salixilat chì khi kết hợp với 1,7 % CaCO₃.

Quy luật tốc độ cháy u=B.p^

Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)

MĐ00 Mẫu nền

U₁₀₀, mm/s Z₁₀₀

B, [mm/(sat)]



p, at

0,69

0,36

0,98

1,61

2,10

2,60

0,61 40-100 11,75 1,00

0,79 40-100 12,75 1,09

0,56 40-100 12,76 1,09

0,46 40-100 13,16 1,12

0,40 40-100 13,65 1,16

0,35 40-100 13,07 1,11

MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúc tác

MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilat chì

MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO₃+1,7%salixilat chì

MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO₃+2,1%salixilat chì

MĐ24 MĐ00+1,7%CaCO₃+2,6%salixilat chì

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

theo hàm lượng của salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO₃như trên hình 3.

152

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ



0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

%salixilat-Pb

0.3

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

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

salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO₃.

Bảng 4 và hình 3 cho thấy, sự có mặt của salixilat chì đã làm cho hệ số mũ ν giảm đáng

kể, từ 0,79 tương ứng 0,0 % salixilat chì xuống 0,35 tương ứng 2,6 % salixilat chì. Khi

hàm lượng của nó càng lớn, hệ số ν giảm càng chậm.

Qua nghiên cứu ở trên có thể thấy, so với hỗn hợp 0,8 % PbO + 0,1 % C_kt+ 1,7 %

CaCO₃(đã nghiên cứu) thì ở tỷ lệ 2,1 % salixilat + 1,7 % CaCO₃cho tốc độ cháy cao hơn

và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, U₁₀₀= 13,65

mm/s, Z = 1,16 và ν = 0,40. Với các kết quả này, hoàn toàn đáp ứng tốt yêu cầu cho thuốc

phóng NDSI-2K.

3.2. Ảnh hưởng của xúc tác cháy hỗn hợp đến quy luật tốc độ cháy

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số hỗn hợp từ các chất xúc tác cháy khác nhau

kết hợp với 1,7 % CaCO₃đến tốc độ cháy được trình bày trong bảng 5.

Bảng 5. Ảnh hưởng của một số hỗn hợp xúc tác cháy

khi kết hợp với 1,7 % CaCO₃đến tốc độ cháy.

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

Ký

hiệu

Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)

100

11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47

12,75 10,98 9,90 7,69 6,42

12,78 10,93 10,06 8,25 7,29 3,52

80

70

50

40

10

MĐ00

Mẫu nền

MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúc tác

-

MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%Co₃O_4(nano)+0,8%PbO

MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%Co₃O_{4(≤ 10µm)}+0,8%PbO

MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%spinen+0,8%PbO

MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilat chì+0,1%C_kt

12,74 10,94 10,18 8,34 7,37

12,84 11,05 10,16 8,24 7,18

13,46 11,63 10,79 9,06 8,18

-

Từ kết quả bảng 5, 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 của hỗn hợp xúc tác cháy kết hợp với

1,7 % CaCO₃, được trình bày lần lượt trên các hình 4 và 5.

Hình 4 và hình 5 cho thấy, với hỗn hợp xúc tác cháy từ PbO với Co₃O₄(ở các kích thước

hạt ≤ 10 µm và nano) hoặc PbO với spinen, tốc độ cháy (đường 3, 4 và 5 hình 4) và hiệu quả

xúc tác cháy (đường 2, 3 và 4 hình 5) chỉ tăng ở áp suất từ 40 at đến 80 at và gần như không

tăng, thậm chí có một số mẫu còn giảm khi áp suất từ 80 at đến 100 at. Điều này cho thấy,

các hỗn hợp từ các xúc tác cháy này, gần như ít có tác dụng đối với hệ thuốc phóng trên

nền đang xét.

153

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

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

14

13

1.30

1.25

1.20

1.15

1.10

1.05

1.00

0.95

0.90

U,mm/s

Z

12

11

1

6

10

9

5

3

4

2

8

7

3

4

5

1

2

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+1,7%CaCO+0,0%xúctác;

1

2

3

4

5

–MĐ00+1,7%CaCO+0,0%xúctác;

3

–MĐ00+1,7%CaCO +0,8%CoO(nanoparticle)+0,8%PbO;

–MĐ00+1,7%CaCO+0,8%CoO(nanoparticle)+0,8%PbO;

3

4

3

4

–MĐ00+1,7%CaCO +0,8%CoO (≤10µm)+0,8%PbO;

3

4

3

4

–MĐ00+1,7%CaCO+0,8%spinen+0,8%PbO;

3

–MĐ00+1,7%CaCO +0,8%salixilatchì+0,1%C.

3

kt

3

kt

Mặt khác, khi so sánh ảnh hưởng của xúc tác cháy Co₃O₄với các kích thước hạt (nano

và ≤ 10 µm) ta thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy hầu như cũng không có sự khác

nhau nhiều. Như đã biết, phần lớn, sự phân bố các hạt chất rắn nói chung và các xúc tác

cháy nói riêng được quy định chủ yếu ở công đoạn cán keo hóa và nén ép định hình. Dưới

tác động của trục cán và sau đó là sự nén ép (có thể trục vít hoặc pít tông), các hạt chất rắn

này, gần như được phân bố tương đối đồng đều trong toàn bộ khối thuốc (sau định hình).

Do đó, trong một thể tích đặc như khối thuốc phóng, khi các hạt xúc tác cháy có kích

thước đủ nhỏ (nhỏ hơn 10 µm hay thậm chí đến cỡ hạt nano) thì khi đã phân bố đồng đều

sẽ không thể đều hơn nữa. Thực tế, qua kết quả phân tích ảnh SEM đối với các mẫu thuốc

phóng chứa xúc tác Co₃O₄ở kích thước hạt (nano và ≤ 10 µm) không thấy có sự khác biệt

về hình ảnh bề mặt cũng như sự phân bố các hạt rắn của chúng (mẫu được cắt ra từ thỏi

thuốc sau nén ép định hình).

Ngoài ra, so với các hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu ở trên thì hỗn hợp salixilat chì kết hợp

với C_ktcho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy cao nhất. Ở áp suất 100 at, tốc độ cháy đạt

13,46 mm/s. Nếu tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng của nó để tốc độ cháy đạt yêu

cầu, về cơ bản có thể đáp ứng được. Vấn đề tiếp theo chúng ta cùng xem xét hệ số mũ ν.

Thật vậy, thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo các

hỗn hợp xúc tác khác nhau khi kết hợp với 1,7 % CaCO₃, kết quả được trình bày trong

bảng 6.

Bảng 6. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hỗn hợp

các xúc tác khác nhau khi kết hợp với 1,7 % CaCO₃.

Quy luật tốc độ cháy u=B.p^

Ký

hiệu

Mẫunền+%(phụgia, xúctáccháy)

U₁₀₀,mm/s Z₁₀₀

B,[mm/(s



at)]



p, at

MĐ00 Mẫunền

MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,0%xúctác

MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%Co₃O_4(nano)+0,8%PbO

MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%Co₃O_4(≤10µm)+0,8%PbO

MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%spinen+0,8%PbO

MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO₃+0,8%salixilatchì+0,1%C_kt

0,69

0,36

0,77

0,82

0,70

1,11

0,61 40-100

0,79 40-100

0,61 40-100

0,59 40-100

0,63 40-100

0,54 40-100

11,75 1,00

12,75 1,09

12,78 1,09

12,74 1,08

12,84 1,09

13,46 1,15

154

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

Nghiên cứu khoa học công nghệ

Bảng 6 cho thấy, các hỗn hợp xúc tác từ PbO với Co₃O₄(nano), Co₃O₄(≤ 10µm) và

spinen cho hệ số mũ ν thay đổi không nhiều và tốc độ cháy cũng không cao.

Ở cùng loại xúc tác cháy Co₃O₄với các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm trong hỗn hợp

với PbO cho hệ số mũ ν gần như tương đương, tương ứng ν = 0,61 đối với hỗn hợp chứa

0,8 % PbO + Co₃O₄(nano) + 1,7 % CaCO₃và ν = 0,59 đối với hỗn hợp chứa 0,8 % PbO +

Co₃O₄(≤10µm) + 1,7 % CaCO₃.

Trong số hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu, mặc dù hỗn hợp salixilat chì với C_ktcho hệ số

mũ ν thấp nhất. Tuy nhiên, so với xúc tác cháy đơn salixilat (không có C_kt) thì hệ số mũ ν

của nó vẫn cao hơn và tốc độ cháy lại thấp hơn.

4. KẾT LUẬN

Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các xúc tác cháy đơn salixilat chì, phtalat chì đồng và các

hỗn hợp phụ gia, xúc tác cháy từ PbO với Co₃O₄(nano), Co₃O₄(≤ 10µm), salixilat chì,

spinen, C_ktkết hợp 1,7 % CaCO₃đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-

NG-DINA, kết quả cho thấy:

- Xúc tác cháy đơn phtalat chì đồng hoặc các hỗn hợp từ PbO với Co₃O₄(nano), Co₃O₄

(≤ 10µm) và spinen cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Trong một số trường hợp, nó

làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất chẳng hạn như hỗn hợp PbO với spinen

hoặc làm giảm tốc độ cháy ở áp suất lớn hơn 55 at đối với phtalat chì đồng. Hỗn hợp PbO

với Co₃O₄(ở các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm) cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác

cháy khác nhau không đáng kể.

- Hỗn hợp salixilat chì với C_ktcho hiệu quả xúc tác cháy kém hơn so với xúc tác cháy

đơn salixilat chì (không có C_kt). So với hệ xúc tác cháy PbO với C_ktđã nghiên cứu thì

salixilat chì 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 2,1 % salixilat chì + 1,7 % CaCO₃cho U₁₀₀= 13,65

mm/s và hệ số mũ ν = 0,40.

Với các kết quả nghiên cứu đạt được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác

cháy salixilat chì để thay thế hỗn hợp PbO với C_ktcho thuốc phóng NDSI-2K là hoàn toàn

có triển vọng.

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]. 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.

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

ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет

им. Менделеева, Издательство Москва.

155

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

Hóa học & Kỹ thuật môi trường

ABSTRACT

EFFECT OF SINGLE AND MIXED CATALYST ON BURNING RATE LAW OF

BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA

The investigation was made on the effect of lead salicylate, copper lead phtalate

and mixtures of PbO with Co₃O_4(nano), Co₃O_4(≤10µm), spinel and lead salicylate with C_t

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

are as follows: burning catalyst such as mixture of copper lead phtalate or

Co₃O_4(nano), Co₃O_4(≤10µm), spinel with PbO are not effective. The burning catalyst

mixture of lead salicylate with C_tis less effective than salicylate without C_t. The

burning rate and ν exponent of lead salicylate are better than mixture of PbO with

C_t. The maximum rate is about 13,65 mm/s (at 100 at) and the ν is about 0,40 at

content of 2,1 % lead salicylate + 1,7 % CaCO₃. The investigation results showed

that the replacement of PbO + C_tby lead salicylate in NDSI-2K is promising.

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

salicylate; Copper lead phtalate; Spinel; PbO; Co₃O_4(nano); Co₃O_4(≤10µm)).

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].

156

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