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).
- Xem thêm -