Luận án tiến sĩ: Ảnh hưởng thành phần và công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp chứa bột nhôm đến năng lượng nổ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN KHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG NĂNG LƯỢNG, NỔ CHÁY CỦA THUỐC NỔ HỖN HỢP CHỨA BỘT NHÔM VÀ CHẤT THUẦN HÓA LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà nội - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN KHƯƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG NĂNG LƯỢNG, NỔ CHÁY CỦA THUỐC NỔ HỖN HỢP CHỨA BỘT NHÔM VÀ CHẤT THUẦN HÓA Ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Trần Hùng Hà nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng nghiên cứu sinh. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án hoàn toàn trung thực và chưa từng được bất kỳ 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 2023 Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Khương ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hoá học - Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Bộ Quốc phòng và Viện Thuốc phóng thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp quốc phòng. Trước tiên, NCS xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Ngô Văn Giao và PGS. Nguyễn Trần Hùng đã tận tình chỉ dẫn khoa học, hướng dẫn, giúp đỡ và động viên NCS trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án.

NCS trân trọng cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; Phòng Đào tạo/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; Cục Khoa học quân sự; Viện Hóa học - Vật liệu; Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; Bộ môn Thuốc phóng - Thuốc nổ, Khoa Vũ khí/Học viện Kỹ thuật Quân sự; Phòng thí nghiệm Động lực học bay, Viện Tên lửa/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ NCS trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án. NCS trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô là giảng viên, các nhà khoa học công tác tại Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật quân sự, Tổng cục Công nghiệp quốc phòng, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam, Đại học Bách khoa Hà nội; bạn bè, đồng nghiệp đã có những nhận xét, góp ý quý báu cho NCS trong quá trình học tập, thực nghiệm, nghiên cứu, hoàn thiện luận án. Cuối cùng, NCS xin trân trọng cảm ơn những tình cảm quý giá, những động viên khích lệ, giúp đỡ của gia đình, người thân, bạn bè trong khi NCS thực hiện luận án này. Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Khương iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. xi MỞ ĐẦU.

Khái quát chung về thuốc nổ. Quá trình nổ, thuốc nổ. Các yêu cầu đối với thuốc nổ. Các đặc trưng năng lượng, nổ cháy của thuốc nổ.

Phân loại thuốc nổ, sự tương thích của các thành phần. Thuốc nổ hỗn hợp. Sự tương thích giữa các thành phần trong thuốc nổ. Công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp bằng phương pháp trộn.

Các phương pháp nhồi thuốc nổ. Đặc điểm quá trình nhồi đúc thuốc nổ. Nhồi đúc thuốc nổ hỗn hợp chứa RDX, TNT, bột Al và chất thuần hóa. Kiểm tra chất lượng liều nổ đúc.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thuốc nổ hỗn hợp. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ chứa Al và chất thuần hóa ở Việt Nam. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ chứa Al và chất thuần hóa trên thế giới. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM.

Vật tư, hóa chất và trang thiết bị thí nghiệm. Trang thiết bị, dụng cụ chính. Phương pháp thực nghiệm và kỹ thuật sử dụng. Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu của bột Al.

Phương pháp tạo mẫu thuốc nổ. Xác định công thức phân tử giả định, hệ số cân bằng oxy và hệ số oxy của thuốc nổ hỗn hợp chứa Al. Xác định thành phần thuốc nổ. Xác định nhiệt lượng nổ.

Phương pháp xác định tốc độ nổ. Phương pháp xác định khả năng đập vụn theo độ nén trụ chì. Phương pháp xác định khả năng sinh công trên con lắc xạ thuật. Đo áp suất ư và xung áp suất ư.

Phương pháp xác định độ nhớt động lực học của thuốc nổ. Phương pháp xác định độ bền nén của thuốc nổ. Phương pháp xác định mật độ của thuốc. Phương pháp xác định độ an định chân không.

Phương pháp phân tích nhiệt và tính năng lượng hoạt hóa. Một số phương pháp đánh giá độ tương hợp. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Nghiên cứu lựa chọn chất thuần hóa.

Ảnh hưởng của chất thuần hóa đến sự đồng nhất của mẫu. Đánh giá độ phân hủy nhiệt của mẫu. Độ an định chân không của mẫu thuốc nổ khi dùng xerezin, hỗn hợp xere in và tristearin. Độ bền nén của mẫu sử dụng xerezin hoặc hỗn hợp xerezin - tristearin.

Tính toán một số tính năng nổ cháy của thuốc nổ. Tính toán công thức phân tử giả định. Tính toán một số đặc trưng năng lượng nổ cháy của thuốc nổ bằng phần mềm DETO 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của l đến các đặc trưng năng lượng, nổ cháy của thuốc nổ.

Ảnh hưởng của l đến nhiệt lượng nổ, thể tích sản phẩm khí nổ và khả năng sinh công của thuốc nổ. Ảnh hưởng của l đến tốc độ nổ, độ nén trụ chì. Nghiên cứu ảnh hưởng của bột l đến áp suất ư, xung áp suất ư và tốc độ sóng xung kích. Dự đoán quá trình cháy của Al trong thuốc nổ.

Ảnh hưởng của l đến áp suất ư, xung áp suất ư. Ảnh hưởng của l đến tốc độ sóng xung kích ngoài không khí. Sự hình thành quả cầu lửa, dự đoán quá trình cháy của nhôm khi nổ ngoài không khí. Nghiên cứu lựa chọn tham số công nghệ chế tạo thuốc nổ hỗn hợp.

Lựa chọn thứ tự phối trộn các thành phần. Nghiên cứu lựa chọn chế độ công nghệ phối trộn hỗn hợp. Nghiên cứu lựa chọn nhiệt độ đúc thuốc nổ. Ảnh hưởng của nhiệt độ đúc đến thời gian ủ thuốc, tính đồng nhất về thành phần và mật độ khối thuốc thu được.

Ứng dụng kết quả nghiên cứu về công nghệ để đúc thuốc nổ trong vỏ chứa kích thước lớn. 125 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ. 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 128 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A : Hệ số oxy a0 : Tốc độ âm thanh trong môi trường không nhiễu động [m/s] D : Tốc độ nổ [m/s] DTN : Tốc độ nổ đo thực tế tại mật độ đúc [m/s] DTT : Tốc độ nổ tính toán bằng phần mềm DETO 2.0 [m/s] dc : Đường kính nổ tới hạn [mm] d1 : Đường kính nổ giới hạn [mm] Ea : Năng lượng hoạt hóa [kJ/mol] i : Xung áp suất ư [psi.s] Kb : Hệ số cân bằng oxi p0 : Áp suất ban đầu của môi trường không nhiễu động [GPa] p1 : Áp suất trên mặt sóng xung kích [GPa] p2 : Áp suất nổ [GPa] Pmax : Áp suất ư lớn nhất [psi] Tđđ : Nhiệt độ đông đặc [oC] Tkt : Nhiệt độ kết tinh [oC] Tnc : Nhiệt độ nóng chảy [oC] Tphh : Nhiệt độ phân hủy [oC] Tpi : Nhiệt độ pic tỏa nhiệt tại tốc độ gia nhiệt i [oC] Qv : Nhiệt lượng nổ [kCal/kg] Vxk : Tốc độ sóng xung kích ngoài không khí [m/s] W : Khả năng sinh công trên con lắc xạ thuật [%TNT]  : Mật độ [g/cm3] i : Tốc độ gia nhiệt [K/ph] ∆H : Độ nén trụ chì [mm] p : Áp suất ư trên mặt sóng xung kích [psi] t1 : Thời gian từ khi kích nổ khối thuốc đến khi quả cầu lửa đạt được kích thước lớn nhất lần 1 [µs] vii t2 : Thời gian từ khi kích nổ khối thuốc đến khi quả cầu lửa đạt được kích thước lớn nhất lần 1, sau đó co lại nhỏ nhất [µs] t3 : Thời gian từ khi kích nổ khối thuốc đến khi quả cầu lửa đạt được kích thước lớn nhất lần 1, sau đó co lại nhỏ nhất, và tiếp tục phát triển đến khi đạt kích thước lớn nhất lần 2 [µs] t4 : Thời gian từ khi kích nổ khối thuốc đến khi quả cầu lửa bị tắt [µs] ΔW : Khả năng giãn nở bom chì [ml] max1 : Kích thước quả cầu lửa lớn nhất lần 1 [cm] max2 : Kích thước quả cầu lửa lớn nhất lần 2 [cm] min1 : Kích thước quả cầu lửa nhỏ nhất lần 1 [cm] A-IX-1 : Thuốc nổ thuần hóa chứa RDX, chất thuần hóa và bột màu A-IX-2 : Thuốc nổ thuần hóa chứa RDX, chất thuần hóa và bột Al Comp B : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX và chất thuần hóa DBX : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, NH4NO3 và bột Al HBX : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, bột Al và chất thuần hóa HMX : 1,3,5,7-Tetranitro-1,3,5,7-tetrazocan, Octogen K991 : Thuốc nổ thuần hóa chứa RDX và hỗn hợp chất thuần hóa MC : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, bột Al và chất thuần hóa MC-S : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, bột Al và xerezin (Nga ký hiệu là МС-Ц) Ocfol 3.5 : Thuốc nổ thuần hóa chứa HMX và chất thuần hóa Ocfal-20 : Thuốc nổ thuần hóa chứa HMX, chất thuần hóa và bột Al PETN : 2,2-Bis [(nitrooxi)methyl] propane-1,3-diyl dinitrat, Pentraerythritol tetranitrat, Pentrit RDX : 1,3,5-Trinitro-l,3,5-Triazaxyclohexan, Hexogen TNT : 2,4,6-trinitrotoluen, Trinitrotoluen ТG : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT và RDX (Nga ký hiệu là ТГ) ТGА : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX và Al (Nga kí hiệu là ТГА) viii ТGАG-5 : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, Al và chất thuần hóa là golovac (Nga ký hiệu là ТГАГ-5) ТGАP-5 : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX, Al và chất thuần hóa (Nga ký hiệu là ТГАФ-5) Torpex : Thuốc nổ hỗn hợp chứa TNT, RDX và bột Al TMD : Mật độ lớn nhất theo lý thuyết [g/cm3] ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Yêu cầu của thuốc nổ quân sự và công nghiệp .2 Sự phụ thuộc của tốc độ nổ vào mật độ.3 Đường kính nổ tới hạn của một số thuốc nổ .4 Đặc trưng năng lượng, nổ cháy của TNT .5 Độ tan của RDX trong TNT nóng chảy .6 Các hỗn hợp eutecti của RDX.7 Đặc trưng năng lượng, nổ cháy của thuốc nổ RDX .