Luận án tiến sĩ hóa học - 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.TS Ngô Văn Giao 2.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. Định nghĩa và phân loại chất nổ.

Định nghĩa chất nổ. Phân loại chất nổ. Thuốc nổ RDX và các loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX. Thuốc nổ RDX.

Các thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX. Quy luật động học phản ứng nổ. Sự phân hủy nhiệt của thuốc nổ. Khái niệm sự phân hủy nhiệt.

Sự phân hủy nhiệt của một số thuốc nổ. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ RDX và hỗn hợp trên nền RDX. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam.

Các nội dung luận án giải quyết. 36 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Các loại thuốc nổ. Các hóa chất khác.

Các phương pháp, thiết bị nghiên cứu. Phương pháp tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ. Phương pháp đo và tính nhiệt lượng nổ. Phương pháp và thiết bị xác định tốc độ nổ.

Phương pháp phân tích nhiệt. Phương pháp đánh giá sự tương hợp và độ bền nhiệt bằng DSC. Phương pháp tính toán các thông số động học dựa vào DTA. Hiển vi điện tử quét SEM.

Đo phân bố cỡ hạt bằng tán xạ laze. Phương pháp chế tạo các mẫu nghiên cứu. Xác định thành phần sản phẩm nổ. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm.

60 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Cân bằng oxi, hệ số oxi và thành phần sản phẩm nổ. Tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ. Thực nghiệm định tính thành phần sản phẩm nổ.

Nghiên cứu sự tương hợp của hệ. Hệ thuốc nổ TГ. Hệ thuốc nổ A-IX-1. Quá trình phân hủy không đẳng nhiệt của thuốc nổ.

Hệ thuốc nổ TГ. Hệ thuốc nổ A-IX-1. Sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ. Hệ thuốc nổ TГ.

Hệ thuốc nổ A-IX-1. Sự phụ thuộc tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ. Hệ thuốc nổ TГ. Hệ thuốc nổ A-IX-1.

Dự kiến một số chất thuần hóa có thể sử dụng được cho RDX. Điều kiện tiến hành thử nghiệm. Kết quả và thảo luận. 122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.

124 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 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 (95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % chất thuần hóa (gồm 60% A-IX-13 xerezin; 38,8% axit stearic; 1,2% sudan) CEF 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 A chlorotrifluoroethylene/tetrafluoroethylene/vinylidene Exon 461 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 Research Department eXplosive (cyclotrimetylen trinitramin) RXE 9010 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 Tây Ban Nha Teflon polytetrafluoroethylen TNT 2,4,6-trinitrotoluen TГ Thuốc nổ hỗn hợp TNT và RDX TOF Trioctylphosphate Viton-A Vinylidene fluoride-perfluoropropylene copolymer ix DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1. Một số thông số động học của thuốc nổ RDX.

Độ tan của RDX trong dung dịch HNO3. Độ tan của RDX trong TNT nóng chảy. Các hỗn hợp ơtecti của RDX. Tốc độ nổ của RDX phụ thuộc vào mật độ.

Một số hỗn hợp RDX với chất thuần hóa. Một số đặc trưng của thuốc nổ A-IX-1. Thuốc nổ hỗn hợp RDX và TNT. Một số tính chất nổ của hỗn hợp TГ.

Một số thuốc nổ hỗn hợp RDX và nhôm. Đặc trưng năng lượng nổ của A-IX-2. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX, TNT và Al. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX với chất nổ khác.

Các chỉ tiêu kỹ thuật của xerezin. Các chỉ tiêu kỹ thuật của axit stearic. Các chỉ tiêu kỹ thuật của sudan. Các chỉ tiêu kỹ thuật của một số chất thuần hóa.

Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số hỗn hợp ТГ. Thành phần sản phẩm nổ của một số hỗn hợp ТГ. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-13. Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số chất.

Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-13. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-11. Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-11. Kết quả đo thành phần khí sản phẩm nổ của các thuốc nổ.

Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-13. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-11. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ ТГ-50. Thông số phân hủy của thuốc nổ theo đường cong DSC.

Các thông số phân hủy của các loại A-IX-1. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm. Các thông số vật lý của ТГ-60,0. Các thông số vật lý của ТГ-23,0.

Các thông số vật lý của ТNT. Các thông số động học của thuốc nổ ТГ. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ ТГ. Thời gian bán hủy của thuốc nổ ТГ.

Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm. Các thông số vật lý của Mẫu RDX. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M1). Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M2).

Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M3). Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M4). Các thông số động học của hỗn hợp A-IX-13. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của A-IX-13.

Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-13. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M5). Các thông số vật lý của A-IX-11 (M6).

Các thông số vật lý của A-IX-11 (M7). Các thông số vật lý của A-IX-11 (M8). Các thông số động học của A-IX-11. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ A-IX-11.

Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-11. 104 xi Bảng 3. Nhiệt lượng nổ của ТГ theo tính toán tại mật độ 1,60g/cm3. Nhiệt lượng nổ của ТГ tại mật độ 1,60 g/cm3.

Chênh lệch giữa nhiệt lượng nổ thực tế và tính toán của ТГ. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-13 tại mật độ 1,62 g/cm3. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-11 tại mật độ 1,62 g/cm3. Mật độ của các mẫu đúc.

Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ 1,60 g/cm3. Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ đúc cao nhất. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-13. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-11.

Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm. Kết quả đo các thông số nhiệt DSC của các mẫu. 120 xii DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1. Sơ đồ dây chuyền phản ứng nổ.

Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào thông số thời gian. Sơ đồ công nghệ sản xuất RDX. Các thiết bị nitro hóa và phân hủy trên dây chuyền RDX .