Tài liệu Nghiên cứu sự phụ thuộc của quá trình phân hủy nhiệt và tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn hợp trên nền hexogen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ------------------------------------ NGUYỄN MẬU VƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ NỔ VÀO THÀNH PHẦN THUỐC NỔ HỖN HỢP TRÊN NỀN HEXOGEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ -----------------------------------NGUYỄN MẬU VƯƠNG NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ NỔ VÀO THÀNH PHẦN THUỐC NỔ HỖN HỢP TRÊN NỀN HEXOGEN Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 9 44 01 19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Ngô Văn Giao 2. PGS.TS Đặng Văn Đường Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ./. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Mậu Vương ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Ngô Văn Giao và PGS.TS Đặng Văn Đường đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cám ơn các nhà khoa học đã có những ý kiến đóng góp quý báu để tác giả hoàn thiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các cơ quan, tổ chức: Viện Hóa học – Vật liệu; Viện Khoa học & Công nghệ quân sự; Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; Trung tâm đo đạc và kiểm định Vật liệu nổ đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất và đóng góp nhiều ý kiến bổ ích về mặt khoa học trong suốt quá trình nghiên cứu thực nghiệm và hoàn chỉnh bản luận án này. Tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè và các bạn đồng nghiệp đã luôn động viên, cổ vũ và giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành bản luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận án Nguyễn Mậu Vương iii MỤC LỤC Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt…………………………………………..vi Danh mục các bảng…………………………………………………………..ix Danh mục các hình vẽ, đồ thị………………………………………………..xii MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 * Tính cấp thiết của đề tài luận án: ....................................................................... 1 * Mục tiêu nghiên cứu:.......................................................................................... 2 * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:..................................................................... 3 * Nội dung nghiên cứu: ......................................................................................... 3 * Phương pháp nghiên cứu:................................................................................... 3 * Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án: ........................................................... 4 * Bố cục của luận án: ............................................................................................ 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 5 1.1. Định nghĩa và phân loại chất nổ................................................................. 5 1.1.1. Định nghĩa chất nổ .............................................................................. 5 1.1.2. Phân loại chất nổ ................................................................................. 5 1.2. Thuốc nổ RDX và các loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX .................... 6 1.2.1. Thuốc nổ RDX .................................................................................... 6 1.2.2. Các thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX .................................................. 6 1.3. Quy luật động học phản ứng nổ ................................................................. 6 1.4. Sự phân hủy nhiệt của thuốc nổ ............................................................... 11 1.4.1. Khái niệm sự phân hủy nhiệt ............................................................ 11 1.4.2. Sự phân hủy nhiệt của một số thuốc nổ ............................................ 14 1.5. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ RDX và hỗn hợp trên nền RDX ............ 16 1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài .................................................. 16 1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .................................................... 30 1.6. Các nội dung luận án giải quyết ............................................................... 36 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 38 iv 2.1. Hóa chất.................................................................................................... 38 2.1.1. Các loại thuốc nổ ............................................................................... 38 2.1.2. Các hóa chất khác.............................................................................. 38 2.2. Các phương pháp, thiết bị nghiên cứu ..................................................... 39 2.2.1. Phương pháp tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ .......... 39 2.2.2. Phương pháp đo và tính nhiệt lượng nổ ............................................ 43 2.2.3. Phương pháp và thiết bị xác định tốc độ nổ ..................................... 47 2.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt ............................................................. 48 2.2.5. Phương pháp đánh giá sự tương hợp và độ bền nhiệt bằng DSC ..... 51 2.2.6. Phương pháp tính toán các thông số động học dựa vào DTA .......... 51 2.2.7. Hiển vi điện tử quét SEM.................................................................. 51 2.2.8. Đo phân bố cỡ hạt bằng tán xạ laze .................................................. 52 2.2.9. Phương pháp chế tạo các mẫu nghiên cứu ........................................ 53 2.2.10. Xác định thành phần sản phẩm nổ .................................................. 56 2.2.11. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ......................................... 60 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 61 3.1. Cân bằng oxi, hệ số oxi và thành phần sản phẩm nổ ............................... 61 3.1.1. Tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ ............................... 61 3.1.2. Thực nghiệm định tính thành phần sản phẩm nổ .............................. 66 3.2. Nghiên cứu sự tương hợp của hệ ............................................................. 74 3.2.1. Hệ thuốc nổ TГ ................................................................................. 74 3.2.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 .......................................................................... 78 3.3. Quá trình phân hủy không đẳng nhiệt của thuốc nổ ................................ 80 3.3.1. Hệ thuốc nổ TГ ................................................................................. 80 3.3.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 .......................................................................... 91 3.4. Sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ ......................... 106 3.4.1. Hệ thuốc nổ TГ ............................................................................... 106 3.4.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 ........................................................................ 110 3.5. Sự phụ thuộc tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ .................................. 112 v 3.5.1. Hệ thuốc nổ TГ ............................................................................... 112 3.5.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 ........................................................................ 116 3.6. Dự kiến một số chất thuần hóa có thể sử dụng được cho RDX ............. 118 3.6.1. Điều kiện tiến hành thử nghiệm ...................................................... 118 3.6.2. Kết quả và thảo luận........................................................................ 118 KẾT LUẬN ....................................................................................................... 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .................. 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 125 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 138 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A Hệ số oxi D Tốc độ nổ E Năng lượng hoạt hóa f Thừa số phân nhánh g Thừa số đứt mạch kT Hằng số tốc độ phản ứng Kb Cân bằng oxi n Bậc phản ứng Q Nhiệt lượng R Hằng số khí lý tưởng G Gốc tự do Tbc Nhiệt độ bùng cháy Tnc Nhiệt độ nóng chảy Tonset Nhiệt độ bắt đầu của trạng thái (nóng chảy, phân hủy…) Tp Nhiệt độ đỉnh pic 𝜏 Thời gian thực hiện một mắt xích T Nhiệt độ tuyệt đối x Phần phản ứng hoặc chuyển đổi (không thứ nguyên) Z Thừa số trước mũ hoặc tần số 𝛽 Xác suất đứt mạch, Tốc độ gia nhiệt 𝛿 Xác suất phân nhánh 𝜌 Mật độ ∪ Độ dài mạch 𝜔 Độ nhạy va đập W Tốc độ phản ứng dây chuyền ∆h Độ nổ phá theo Kast vii ∆Tp Độ chênh lệch nhiệt độ đỉnh píc ∆W Độ giãn nở bom chì AS Axit stearic A-IX-1 (95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % chất thuần hóa A-IX-11 (95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % xerezin A-IX-13 CEF (95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % chất thuần hóa (gồm 60% xerezin; 38,8% axit stearic; 1,2% sudan) Tris-beta chloroethylphosphate Comp BO RDX/TNT/wax theo tỷ lệ khối lượng 58,7/40,3/1 Comp BN RDX/TNT/wax theo tỷ lệ khối lượng 60,2/38,9/0,9 CTPTGĐ Công thức phân tử giả định DOA Dioctyladipate DOP Dioctylphtalate DSC Phân tích nhiệt lượng quét vi sai DTA Phân tích nhiệt vi sai Exon 461 A chlorotrifluoroethylene/tetrafluoroethylene/vinylidene fluoride Copolymer. GPA glycerophthalic acid CTH Chất thuần hóa NC Nitrocellulose Nilon polyamit nhiệt dẻo PB polyisobutylene PE Polietylene PETN Pentaerythritol tetranitrat PS Polystyren PƯ Phản ứng RDX RXE 9010 Research Department eXplosive (cyclotrimetylen trinitramin) RDX/Estane theo tỷ lệ khối lượng 90/10 viii RXE 9505 RDX/Estane theo tỷ lệ khối lượng 95/5 RXV 9010 RDX/Viton-A với tỷ lệ khối lượng 90/10 TBN Teflon TNT TГ TOF Viton-A Tây Ban Nha polytetrafluoroethylen 2,4,6-trinitrotoluen Thuốc nổ hỗn hợp TNT và RDX Trioctylphosphate Vinylidene fluoride-perfluoropropylene copolymer ix DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số thông số động học của thuốc nổ RDX ................................... 15 Bảng 1.2. Độ tan của RDX trong dung dịch HNO3 ........................................... 17 Bảng 1.3. Độ tan của RDX trong TNT nóng chảy ............................................. 17 Bảng 1.4. Các hỗn hợp ơtecti của RDX .............................................................. 17 Bảng 1.5. Tốc độ nổ của RDX phụ thuộc vào mật độ ........................................ 19 Bảng 1.6. Một số hỗn hợp RDX với chất thuần hóa ........................................... 20 Bảng 1.7. Một số đặc trưng của thuốc nổ A-IX-1 .............................................. 22 Bảng 1.8. Thuốc nổ hỗn hợp RDX và TNT ........................................................ 23 Bảng 1.9. Một số tính chất nổ của hỗn hợp TГ................................................... 25 Bảng 1.10. Một số thuốc nổ hỗn hợp RDX và nhôm ......................................... 26 Bảng 1.11. Đặc trưng năng lượng nổ của A-IX-2 ............................................. 26 Bảng 1.12. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX, TNT và Al .............................. 27 Bảng 1.13. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX với chất nổ khác ...................... 28 Bảng 2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của xerezin ........................................................ 38 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của axit stearic. ................................................. 38 Bảng 2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của sudan. ......................................................... 39 Bảng 2.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật của một số chất thuần hóa. ............................... 39 Bảng 3.1. Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số hỗn hợp ТГ. ........................... 61 Bảng 3.2. Thành phần sản phẩm nổ của một số hỗn hợp ТГ.............................. 62 Bảng 3.3. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-13 ............................... 63 Bảng 3.4. Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số chất ........................................ 64 Bảng 3.5. Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-13 ................................ 64 Bảng 3.6. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-11 ............................... 65 Bảng 3.7. Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-11 ................................ 65 Bảng 3.8. Kết quả đo thành phần khí sản phẩm nổ của các thuốc nổ ................. 68 Bảng 3.9. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-13. ............ 71 x Bảng 3.10. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-11. .......... 72 Bảng 3.11. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ ТГ-50 .............. 74 Bảng 3.12. Thông số phân hủy của thuốc nổ theo đường cong DSC ................. 76 Bảng 3.13. Các thông số phân hủy của các loại A-IX-1 ..................................... 79 Bảng 3.14. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 80 Bảng 3.15. Các thông số vật lý của ТГ-60,0....................................................... 82 Bảng 3.16. Các thông số vật lý của ТГ-23,0....................................................... 82 Bảng 3.17. Các thông số vật lý của ТNT ............................................................ 83 Bảng 3.18. Các thông số động học của thuốc nổ ТГ. ......................................... 87 Bảng 3.19. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ ТГ ....................... 88 Bảng 3.20. Thời gian bán hủy của thuốc nổ ТГ.................................................. 89 Bảng 3.21. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 91 Bảng 3.22. Các thông số vật lý của Mẫu RDX ................................................... 93 Bảng 3.23. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M1) ..................................... 94 Bảng 3.24. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M2) ..................................... 94 Bảng 3.25. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M3) ..................................... 94 Bảng 3.26. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M4) ..................................... 95 Bảng 3.27. Các thông số động học của hỗn hợp A-IX-13................................... 96 Bảng 3.28. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của A-IX-13.............................. 96 Bảng 3.29. Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-13 ......................................... 97 Bảng 3.30. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 99 Bảng 3.31. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M5) ........................................... 101 Bảng 3.32. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M6) ........................................... 101 Bảng 3.33. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M7) ........................................... 101 Bảng 3.34. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M8) ........................................... 102 Bảng 3.35. Các thông số động học của A-IX-11 ............................................... 103 Bảng 3.36. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ A-IX-11............. 103 Bảng 3.37. Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-11 ....................................... 104 xi Bảng 3.38. Nhiệt lượng nổ của ТГ theo tính toán tại mật độ 1,60g/cm3 .......... 107 Bảng 3.39. Nhiệt lượng nổ của ТГ tại mật độ 1,60 g/cm3 ................................ 107 Bảng 3.40. Chênh lệch giữa nhiệt lượng nổ thực tế và tính toán của ТГ ......... 108 Bảng 3.41. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-13 tại mật độ 1,62 g/cm3 ......... 110 Bảng 3.42. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-11 tại mật độ 1,62 g/cm3 ......... 111 Bảng 3.43. Mật độ của các mẫu đúc ................................................................. 112 Bảng 3.44. Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ 1,60 g/cm3 ......................... 114 Bảng 3.45. Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ đúc cao nhất ...................... 115 Bảng 3.46. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-13 .................................................... 116 Bảng 3.47. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-11 .................................................... 117 Bảng 3.48. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ..................................... 118 Bảng 3.49. Kết quả đo các thông số nhiệt DSC của các mẫu ........................... 120 xii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền phản ứng nổ ............................................................. 7 Hình 1.2. Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào thông số thời gian.......................... 9 Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất RDX. ......................................................... 31 Hình 1.4. Các thiết bị nitro hóa và phân hủy trên dây chuyền RDX .................. 32 Hình 1.5. Thiết bị lọc trên dây chuyền RDX ...................................................... 32 Hình 1.6. Thiết bị chế tạo thuốc nổ A-IX-1. ....................................................... 36 Hình 2.1. Thiết bị đo nhiệt lượng nổ DCA-5. ..................................................... 44 Hình 2.2. Thiết bị đo tốc độ nổ VOD-8. ............................................................. 47 Hình 2.3. Các thỏi thuốc sau khi nén ép và cách ghép để đo tốc độ nổ ......................... 48 Hình 2.4. Thỏi thuốc đã được ghép vào ống nhựa, lắp dây tín hiệu và kíp .................... 48 Hình 2.5. Thiết bị đo DTA .................................................................................. 49 Hình 2.6. Thiết bị đo DSC 131. .......................................................................... 50 Hình 2.7. Kính hiển vi điện tử FEI Nova NanoSEM 450 ................................... 52 Hình 2.8. Thiết bị đo phân bố cỡ hạt Partica LA-950V2 .................................... 53 Hình 2.9. Thiết bị phân tích khí nhẹ NARL8514. MODEL 4016 ...................... 57 Hình 2.10. Thiết bị hấp thụ hồng ngoại JASCO 4600 ........................................ 58 Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử JSM-6510LV - Đầu dò tán xạ năng lượng tia X .......... 58 Hình 3.1. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ A-IX-13 ....................... 67 Hình 3.2. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ A-IX-11 ....................... 67 Hình 3.3. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ ТГ-50 .......................... 68 Hình 3.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của mẫu nước cất khử ion. ........................... 68 Hình 3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ A-IX-13........ 69 Hình 3.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ A-IX-11........ 69 Hình 3.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ ТГ-50........... 69 Hình 3.8. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-13. ................................. 70 Hình 3.9. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-13. ...... 70 xiii Hình 3.10. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-11. ............................... 71 Hình 3.11. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-11...... 72 Hình 3.12. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ ТГ-50. .................................. 73 Hình 3.13. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ ТГ-50. ....... 73 Hình 3.14. Phân bố cỡ hạt thuốc nổ RDX .......................................................... 75 Hình 3.15. Ảnh SEM bề mặt hạt thuốc nổ RDX ................................................ 75 Hình 3.16. Ảnh SEM bề mặt bên ngoài thuốc nổ TГ sau khi đúc ...................... 75 Hình 3.17. Ảnh SEM bề mặt bên trong thuốc nổ TГ sau khi đúc ...................... 76 Hình 3.18. Đường cong DSC của RDX. ............................................................. 77 Hình 3.19. Đường cong DSC của TNT............................................................... 77 Hình 3.20. Đường cong DSC của TГ-60/40. ...................................................... 77 Hình 3.21. Ảnh SEM bề mặt thuốc nổ A-IX-1 ................................................... 78 Hình 3.22. Đường cong DSC của A-IX-11 ......................................................... 79 Hình 3.23. Đường cong DSC của A-IX-13 ......................................................... 79 Hình 3.24. Đường DTA của ТГ-60,0.................................................................. 81 Hình 3.25. Đường DTA của ТГ-23,0.................................................................. 81 Hình 3.26. Đường DTA của ТNT ....................................................................... 81 Hình 3.27. Đồ thị phương trình K của ТГ-60,0 .................................................. 84 Hình 3.28. Đồ thị phương trình K của ТГ-57,5 .................................................. 84 Hình 3.29. Đồ thị phương trình K của ТГ-55,0 .................................................. 84 Hình 3.30. Đồ thị phương trình K của ТГ-52,5 .................................................. 84 Hình 3.31. Đồ thị phương trình K của ТГ-50,0 .................................................. 84 Hình 3.32. Đồ thị phương trình K của ТГ-47,5 .................................................. 84 Hình 3.33. Đồ thị phương trình K của ТГ-45,0 .................................................. 85 Hình 3.34. Đồ thị phương trình K của ТГ-42,5 .................................................. 85 Hình 3.35. Đồ thị phương trình K của ТГ-40 ..................................................... 85 Hình 3.36. Đồ thị phương trình K của ТГ-37,5 .................................................. 85 Hình 3.37. Đồ thị phương trình K của ТГ-35,0 .................................................. 85 xiv Hình 3.38. Đồ thị phương trình K của ТГ-32,5 .................................................. 85 Hình 3.39. Đồ thị phương trình K của ТГ-30,0 .................................................. 86 Hình 3.40. Đồ thị phương trình K của ТГ-27,5 .................................................. 86 Hình 3.41. Đồ thị phương trình K của ТГ-25,0 .................................................. 86 Hình 3.42. Đồ thị phương trình K của ТГ-23 ..................................................... 86 Hình 3.43. Đồ thị phương trình K của ТNT ....................................................... 86 Hình 3.44. Đồ thị phụ thuộc của E vào hàm lượng TNT trong ТГ. ................... 90 Hình 3.45. Đồ thị phụ thuộc của Z vào hàm lượng TNT trong ТГ. ................... 90 Hình 3.46. Đường DTA của mẫu RDX. ............................................................. 92 Hình 3.47. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M1) ................................................ 92 Hình 3.48. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M2) ................................................ 92 Hình 3.49. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M3) ................................................ 93 Hình 3.50. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M4) ................................................ 93 Hình 3.51. Đồ thị phương trình K của mẫu RDX ............................................... 95 Hình 3.52. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M1) ................................. 95 Hình 3.53. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M2) ................................. 95 Hình 3.54. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M3) ................................. 95 Hình 3.55. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M4) ................................. 96 Hình 3.56. Đồ thị sự phụ thuộc của E của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ......... 98 Hình 3.57. Đồ thị sự phụ thuộc của Z của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ......... 98 Hình 3.58. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M5) ................................................ 99 Hình 3.59. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M6) .............................................. 100 Hình 3.60. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M7) .............................................. 100 Hình 3.61. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M8) .............................................. 100 Hình 3.62. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M5) ............................... 102 Hình 3.63. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M6) ............................... 102 Hình 3.64. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M7) ............................... 102 Hình 3.65. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M8) ............................... 102 xv Hình 3.66. Đồ thị sự phụ thuộc của E của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ....... 105 Hình 3.67. Đồ thị sự phụ thuộc của Z của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ....... 105 Hình 3.68. Đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt lượng nổ ТГ vào hàm lượng TNT ........ 108 Hình 3.69. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ...... 110 Hình 3.70. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ...... 111 Hình 3.71. Đồ thị sự phụ thuộc của mật độ đúc cao nhất của TГ vào hàm lượng TNT ....... 113 Hình 3.72. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ TГ vào TNT tại mật độ 1,60 g/cm3 ................ 114 Hình 3.73. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ TГ vào TNT tại mật độ đúc cao nhất ............. 115 Hình 3.74. Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ nổ A-IX-13 vào hàm lượng CTH .............. 116 Hình 3.75. Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ nổ A-IX-11 vào hàm lượng CTH .............. 117 Hình 3.76. Đường DSC của M1........................................................................ 119 Hình 3.77. Đường DSC của M2........................................................................ 119 Hình 3.78. Đường DSC của M3........................................................................ 119 Hình 3.79. Đường DSC của M4........................................................................ 119 Hình 3.80. Đường DSC của M5........................................................................ 120 Hình 3.81. Đường DSC của M6........................................................................ 120 1 MỞ ĐẦU * Tính cấp thiết của đề tài luận án: Hexogen hay RDX là tên thường gọi của cyclonite; 1,3,5-trinitro-1,3,5triazocyclohecxan, hay cyclotrimetylen trinitramin, có công thức phân tử C3H6O6N6. RDX (ký hiệu là , RDX) là một trong những thuốc nổ mạnh điển hình. Thuốc nổ RDX có tốc độ nổ cao (8380 m/s ở mật độ 1,70 g/cm3), khả năng sinh công lớn đo theo phương pháp bom chì là (450÷520) mL. Tuy nhiên, RDX có độ nhạy cao (70÷80%), không chịu nén và bị phân hủy trước khi nóng chảy [87], [116]. Chính vì vậy, người ta thường sử dụng nó kết hợp với một chất nổ có tính công nghệ cao (dễ nóng chảy, không bị phân hủy khi nóng chảy) như TNT để đúc rót vào lòng bom, mìn, đạn, mồi nổ hoặc với chất thuần hóa làm giảm độ nhạy, tăng khả năng chịu nén để nhồi nạp vào đạn xuyên lõm, đạn nổ phá sát thương. Hiện nay, quân đội đã được đầu tư dây chuyền sản xuất thuốc nổ RDX ở quy mô công nghiệp. Cũng như dây chuyền sản xuất thuốc nổ TNT, dây chuyền này đã vào sản xuất trong thời gian vừa qua. Đồng thời, quân đội cũng đã, đang và sẽ tiếp tục đầu tư các dây chuyền sản xuất và sữa chữa đạn cối, đạn chống tăng, tên lửa phòng không tầm thấp. Tuy vậy, những nghiên cứu về quá trình phân hủy nhiệt, sự phụ thuộc tốc độ nổ vào thành phần hỗn hợp trên nền RDX mặc dù đã được thế giới đề cập nhưng công bố rất hạn chế. Việc nghiên cứu về phân hủy nhiệt giúp định hướng công nghệ nhồi nạp thuốc nổ hỗn hợp vào lòng bom đạn, dự đoán độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến tốc độ nổ sẽ quyết định uy lực của thuốc. Vấn đề này cũng đã được nghiên cứu đề cập nhưng tài liệu chưa nhiều. Bên cạnh việc tiếp nhận chuyển giao công nghệ nhồi nạp, chế tạo đạn theo đơn hợp đồng, đã có một số đề tài nghiên cứu về các mác thuốc nổ cụ thể trên nền RDX, tuy nhiên chưa nhiều. Hiện nay, ở nước ta, rất nhiều loại đạn, bom, mìn sử 2 dụng các hỗn hợp thuốc nổ dạng T và RDX thuần hóa. Vì vậy, đề tài NCS: “Nghiên cứu sự phụ thuộc của quá trình phân hủy nhiệt và tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn hợp trên nền hexogen” không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học mà còn có ý nghĩa thực tiễn làm cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các loại đạn mới phù hợp với điều kiện công nghệ và tác chiến của quân đội. Trong tính toán thiết kế đạn và các khối nổ hiện nay, trên thế giới đã sử dụng các phần mềm bản quyền ANSYS (Autodyn, LS-Dyna), MSC (Nastran, Dytran) để mô phỏng các hiệu ứng nổ với độ chính xác, độ tin cậy rất cao. Từ các mô phỏng đó, người ta rút ngắn được thời gian, kinh phí để đưa ra một thiết kế tối ưu cho mỗi loại sản phẩm phù hợp mục tiêu đề ra. Mỗi một thiết kế đạn (hoặc thiết bị nổ) sẽ tối ưu nhất với một loại chất nổ có tính năng xác định. Trong quân sự, với chỉ tiêu kỹ chiến thuật đặt ra ban đầu cho thiết kế đạn, bom, mìn, đặc biệt là có sử dụng hiệu ứng nổ lõm, các thông số đưa vào phần mềm đối với thuốc nổ quan trọng nhất là mật độ, tốc độ nổ. Khi thay đổi các thông số quan trọng này, kết quả thu được là hoàn toàn khác nhau đối với một thiết kế xác định. Sẽ có những thông số đưa vào đảm bảo cho thiết kế đạt được tính tối ưu về hiệu ứng nổ, đôi khi là tối ưu về tính kinh tế trong khi vẫn đảm bảo được chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu. Chính vì vậy, việc lập ra một sổ tay của các hệ thuốc nổ (có đủ những thông số quan trọng) là một việc làm cấp thiết. Đồng thời, nghiên cứu quá trình phân hủy nhiệt sẽ giúp xác định được khoảng nhiệt độ đúc an toàn, thời gian bán hủy của thuốc phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản. Đây cũng là cơ sở để xác định độ bền của sản phẩm và định hướng điều kiện kho chứa bảo quản đạn. * Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về quá trình nổ của hai loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX (TГ, A-IX-1) để xây dựng cơ sở dữ liệu định hướng cho thiết lập đơn thành phần thuốc nổ phù hợp yêu cầu sử dụng cho thiết kế đạn tạo hình, đạn xuyên lõm, đạn có sức công phá mạnh. 3 - Xác định được khoảng nhiệt độ đúc an toàn, dự đoán độ bền của sản phẩm dựa trên cơ sở tính toán thời gian bán hủy của các loại thuốc nổ, chỉ ra tầm quan trọng của yếu tố nhiệt độ đến độ bền của sản phẩm trong quá trình bảo quản, an toàn cháy nổ của đạn, thuốc nổ. * Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án là 02 loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX: TГ (gồm TNT và RDX) và A-IX-1 (gồm RDX và chất thuần hóa). Phạm vi nghiên cứu: các vấn đề liên quan đến quá trình phân hủy nhiệt và ảnh hưởng của thành phần lên tốc độ nổ, nhiệt lượng nổ thuốc nổ hỗn hợp TГ và A-IX-1. * Nội dung nghiên cứu: - Tính toán sự phụ thuộc của cân bằng oxi, hệ số oxi, công thức phân tử giả định, thành phần sản phẩm nổ, nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn hợp TГ, A-IX-1. - Xác định các thông số động học quá trình phân hủy khi thay đổi thành phần thuốc nổ TГ, A-IX-1. Từ đó, tính toán thời gian bán hủy của thuốc nổ, dự đoán độ bền sản phẩm. - Xác định phương trình thực nghiệm sự phụ thuộc của tốc độ nổ, nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ TГ, A-IX-1. * Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng kết hợp các phương pháp tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm có độ chính xác cao trên các thiết bị và phương tiện hiện đại, tiên tiến (từ phương pháp tạo mẫu, chuẩn bị mẫu đo đồng đều, có sai số nhỏ đến việc sử dụng các thiết bị hiện đại, độ chính xác cao) để thiết lập những quy luật thực nghiệm tin cậy.