Luận án TS: Ảnh hưởng xúc tác đến quy luật tốc độ cháy thuốc phóng keo ballistic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ DUY BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ PHỤ GIA, XÚC TÁC CHÁY ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALLISTIC TRÊN NỀN NC-NG-DG VÀ NC-NG-DINA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ LÊ DUY BÌNH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ PHỤ GIA, XÚC TÁC CHÁY ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALLISTIC TRÊN NỀN NC-NG-DG VÀ NC-NG-DINA Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9 52 03 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Phạm Văn Toại 2. TS Nguyễn Việt Bắc Hà Nội – 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin 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 tham khảo được trích dẫn đầy đủ.

Hà Nội, ngày 12 tháng 9 năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Duy Bình ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng và Viện Hóa học – Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng. Nghiên cứu sinh xin được chân thành cám ơn TS Phạm Văn Toại và GS.TS Nguyễn Việt Bắc đã trực tiếp hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Nghiên cứu sinh tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy, Cô giáo trong và ngoài Quân đội, đặc biệt là các Thầy giáo của Viện Khoa học và Công nghệ Quân sự đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn các lãnh đạo, chỉ huy Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Hóa học – Vật liệu, Viện Thuốc phóng Thuốc nổ, các Nhà khoa học, bạn bè đồng nghiệp và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả hoàn thành bản Luận án này.

Hà Nội, ngày 12 tháng 9 năm 2018 Nghiên cứu sinh Lê Duy Bình iii MỤC LỤC Trang Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt vi Danh mục các bảng viii Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi MỞ ĐẦU 01 Chƣơng 1. Cơ chế cháy của thuốc phóng keo ballistic 05 1. Vùng nung nóng - vùng phản ứng ở pha rắn (pha K) 06 1. Vùng hỗn hợp khói khí và vùng tối 09 1.3 Vùng các phản ứng trong ngọn lửa (ngọn lửa thứ cấp) 10 1.4 Vùng quyết định sự cháy của thuốc phóng 11 1.

Sự phân hủy nhiệt của các cấu tử thành phần thuốc phóng keo ballistic 15 1. Dietylen glycol dinitrat (DG) 16 1. Dietanol nitroamin dinitrat (DINA) 17 1. Ảnh hưởng của thành phần thuốc phóng đến tốc độ cháy 19 1.

Vai trò và tác dụng của xúc tác đến sự cháy của thuốc phóng keo ballistic 21 1. Sự lan truyền nhiệt của xúc tác cháy 21 1. Sự hội tụ các hạt xúc tác cháy 23 1. Ảnh hưởng của xúc tác cháy đến các phản ứng cháy 24 1.

Sự phụ thuộc của tốc độ cháy theo áp suất vào các phụ gia, xúc tác cháy 28 1. Kết luận chương 1 31 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2. Đối tượng nghiên cứu 34 2.

Thiết bị, máy móc và nguyên liệu, hóa chất 34 2. Thiết bị, máy móc chính 34 2. Nguyên liệu, hóa chất chính 35 2. Phương pháp nghiên cứu, thực nghiệm 36 2.

Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần 36 iv 2. Phương pháp tạo mẫu 39 2. Phương pháp đo tốc độ cháy 44 2. Phương pháp đo đạc, kiểm tra bề mặt dập cháy 46 2.

Phương pháp xác định các đặc trưng hóa lý của thuốc phóng 46 2. Phương pháp xác định các thông số thuật phóng 47 2. Tính toán, xử lý số liệu 47 2. Xây dựng phương trình quy luật tốc độ cháy và biểu diễn đồ 47 thị về mối quan hệ giữa tốc độ cháy U theo áp suất P 2.

Xác lập các mối quan hệ tương quan khác trên đồ thị 47 2. Xử lý số liệu, sai số 48 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy 50 luật cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DG 3.

Quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG với sự thay đổi hàm lượng của các cấu tử thành phần trong 50 cùng mẫu nền 3. Ảnh hưởng của phụ gia CaCO3 59 3. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy đơn 62 3. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy hỗn hợp 68 3.

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật 80 tốc độ cháy của thuốc phóng keo ballistic trên nền NC-NG-DINA 3. Quy luật tốc độ cháy của mẫu nền 80 3. Ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng 81 3. Ảnh hưởng của xúc tác cháy trên cơ sở PbO và Ckt 89 3.

Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy đơn 97 3. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy hỗn hợp 100 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến sự thay đổi bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng keo 103 ballistic trên nền NC-NG-DG theo áp suất 3. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến bề mặt cháy của 103 thuốc phóng tại các áp suất khác nhau 3.

Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến thành phần sản 107 phẩm cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau v 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến sự thay đổi bề mặt cháy và thành phần sản phẩm cháy của thuốc phóng keo 110 ballistic trên nền NC-NG-DINA theo áp suất 3. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến bề mặt cháy của 111 thuốc phóng tại các áp suất khác nhau 3. Ảnh hưởng của phụ gia, xúc tác cháy đến thành phần sản 114 phẩm cháy của thuốc phóng tại các áp suất khác nhau 3.

Ứng dụng cho thiết kế đơn thành phần thuốc phóng TPHT-5K cho đạn chống tăng chống giáp phản ứng nổ ĐCT-7 và đề xuất lựa chọn 118 xúc tác cháy triển vọng cho thuốc phóng NDSI-2K cho đạn chống tăng PG-9 3. Ứng dụng cho thiết kế đơn thành phần thuốc phóng TPHT-5K 118 3. Đề xuất lựa chọn xúc tác cháy triển vọng cho thuốc phóng 123 NDSI-2K KẾT LUẬN 126 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT B1 - Hệ số tốc độ cháy [mm/s.at] CaCO3 - Canxicacbonat Ckt - Cacbon kỹ thuật (sử dụng mác N220) CoO - Coban (II) oxit Co3O4(nano) - Coban (II, III) oxit, có kích hạt dạng nano Co3O4(≤10µm) - Coban (II, III) oxit, có kích hạt nhỏ hơn 10 µm Cp - nhiệt dung riêng của pha K [J/g.K) Cu-Xal - Đồng xalixilat Cu-Pb-Pht - Đồng chì phtalat E - Năng lượng hoạt hóa, [kcal/mol] Ek - Năng lượng hoạt hóa ở pha K, [kcal/mol] K - Hằng số tốc độ phân hủy nhiệt, [s-1] Lg - Khoảng cách của vùng các phản ứng khí, [mm] Ls - Khoảng cách của vùng hơi - khói - khí, [mm] NDSI-2K - Thuốc phóng trên cơ sở mẫu nền NC-NG-DINA p - Áp suất, [at], [MPa], [kG/cm2] PbO - Chì (II) oxit Pb-Xal - Chì xalixilat Qk - Nhiệt lượng tỏa ra trong pha K, [kcal/kg], [kJ/kg] qu - Nhiệt lượng bức xạ đến pha K, [kcal/kg], [kJ/kg] Qv - Nhiệt lượng cháy của thuốc phóng, [kcal/kg], [kJ/kg] R - Hằng số khí lý tưởng, [Jmol-1K-1] Sp - Spinen To - Nhiệt độ cháy ban đầu của thuốc phóng, [K] Tp - Nhiệt độ trên bề mặt cháy của thuốc phóng, [K] Ts - Nhiệt độ trên vùng hỗn hợp hơi - khói - khí, [K] TPHT-5K - Thuốc phóng trên cơ sở mẫu nền NC-NG-DG u1 - Hệ số tốc độ cháy u(p) - Hàm phụ thuộc của tốc độ cháy theo áp suất U(p) - Tốc độ cháy tại áp suất P, [mm/s] vii U(op) - Tốc độ cháy của mẫu nền tại áp suất P, [mm/s] Z(p) - Hiệu quả xúc tác cháy tại áp suất P ∆H - Entanpy của phản ứng, [kcal/mol], [kJ/mol] i - Đặc trưng nhiệt hóa của chất hóa học i, [kcal/kg  %] λ - Hệ số truyền nhiệt, [W/m.K] ν - Hệ số mũ áp suất, [mm/s.at] ρ - Mật độ của pha K, [g/cm3] BTP - Bán thành phẩm DBP - Dibutyl phtalat DEP - Dietyl phtalat DG - Dietylen glycol dinitrat DINA - Dietanol nitroamin dinitrat DNDEG - Dinitro dietylen glycol DNEG - Dinitro etylen glycol DNT - Dinitro toluen DPA - Diphenyl amin NC - Nitro xenlulo NC-NG-DG - Nitro xenlulo - nitro glyxerin - dietylen glycol dinitrat NC-NG-DINA - Nitro xenlulo - nitro glyxerin - dietanol nitroamin dinitrat NG - Nitro glyxerin NGL - Nitro glycol NIBGTN - Nitro isobutyl glyxerin trinitrat NM - Nitromas là bán thành phẩm sau trộn, nấu thuốc phóng viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1. Tốc độ cháy của hệ 3 cấu tử theo hàm lượng DNT (4 MPa) 20 Bảng 1.

Ảnh hưởng của xúc tác cháy đến hệ số mũ ν [63] 31 Bảng 2. Đơn thành phần mẫu nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA 37 Bảng 2. Hàm lượng phụ gia, xúc tác cháy cho các mẫu thuốc phóng 38 trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA Bảng 2. Kết quả tính toán nhiệt lượng cháy của các mẫu thuốc 39 phóng trên nền NC-NG-DG và NC-NG-DINA có và không có phụ gia, xúc tác cháy Bảng 3.

Thành phần, hàm lượng của 02 đơn mẫu trên nền NC-NG-DG 50 Bảng 3. Tốc độ cháy của các mẫu nền tại áp suất khác nhau 50 Bảng 3. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo các đơn thành phần 51 khác nhau đối với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG Bảng 3. Tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau của đơn số 1 và đơn 52 số 2 khi có thêm 0,55 % CaCO3 Bảng 3.

Các thông số quy luật tốc độ cháy của các mẫu đơn số 1 và 53 đơn số 2 khi có thêm 0,55 % CaCO3 Bảng 3. Tốc độ cháy của các mẫu nền + 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 53 0,55 % CaCO3 tại các áp suất khác nhau Bảng 3. Các thông số quy luật tốc độ cháy của các mẫu trên nền đơn 55 số 1 và số 2 khi được bổ sung thêm 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3 Bảng 3. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy (ở 70 at) đối 56 với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG Bảng 3.

Ảnh hưởng của hàm lượng DNT đến tốc độ cháy (70 at) của 57 thuốc phóng trên nền NC-NG-DG Bảng 3.