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 tt

Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Lựa chọn được hệ chất kết dính phù hợp với từng loại thuốc nổ nền, đánh giá được khả năng kết dính của thuốc nổ với các hệ chất kết dính; - Xác định đ

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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2019

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ - BỘ QUỐC PHÒNG

Người hướng dẫn khoa học:

1 PGS.TS Phan Đức Nhân

2 TS Võ Hoàng Phương

Phản biện 1: PGS.TS Trần Văn Chung

Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

Phản biện 2: PGS.TS Đàm Quang Sang

Học viện Kỹ thuật Quân sự

Phản biện 3: TS Đào Thanh Việt

Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng

Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học và Công nghê Quân sự

Vào hồi , ngày tháng năm 2019

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ quân sự

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của 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 (RDX), pentrit (PETN),… dù có các đặc trưng năng lượng cao nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy cao với xung cơ học và khả năng công nghệ kém Vì vậy, RDX và PETN nói riêng ít được sử dụng ở dạng đơn chất, mà thường được sử dụng ở dạng thuốc nổ phá hỗn hợp

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) được nhiều nước trên thế giới trang bị cho quân sự Trong đó, các thuốc nổ nhiệt dẻo PBXcó nhiều

ưu điểm nổi bật: có độ nhạy thấp với xung cơ học; dễ định hình và khả năng nhồi nạp tốt; liều thuốc tạo thành có độ đồng đều cao về mật độ

Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBXphục vụ nhiệm

vụ của quân đội ta hiện nay là khá lớn, như trong chế tạo vũ khí phá rào vật cản dùng cho bộ binh, xe tăng; trong chế tạo các liều nổ của lực lượng Đặc công, Công binh Trong khi đó, việc nhập ngoại thuốc nổ nhiệt dẻo PBXcòn gặp rất nhiều khó khăn Việc nghiên cứu một cách cơ bản và hệ thống

về thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở RDX và PETN sẽ góp phần khắc phục được vấn đề trên, đồng thời 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

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Lựa chọn được hệ chất kết dính phù hợp với từng loại thuốc nổ nền, đánh giá được khả năng kết dính của thuốc nổ với các hệ chất kết dính;

- Xác định được quy luật ảnh hưởng của hàm lượng và thành phần các cấu tử đến các đặc trưng của thuốc nổ PBX, để xuất thành phần thích hợp

để chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX với từng hệ thuốc nổ/polyme khác nhau

- Xác định được 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

3 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 các 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 polystiren (PS) và nitroxenlulo (NC) ở quy mô phòng thí nghiệm

4 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 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

5 Cấu trúc luận án

Luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, kết luận, danh mục các công trình công bố, tài liệu tham khảo Trong đó, các chương có nội dung sau:

Chương 1 Tổng quan về thuốc nổ PBX: trình bày tổng quan về thuốc

nổ nhiệt dẻo PBX; phân tích đánh giá tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước; luận giải các vấn đề nghiên cứu cần giải quyết của luận án

Chương 2 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: trình bày đối tượng nghiên cứu; hóa chất, thiết bị và các phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả nghiên cứu và thảo luận: trình bày, đánh giá và thảo luận các kết quả nghiên cứu đã đạt được

NỘI DUNG LUẬN ÁN Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX

Trình bày tổng quan về thuốc nổ nhiệt dẻo PBX: sự xuất hiện và ưu điểm của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; thành phần của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; các đặc trưng năng lượng-kỹ thuật; phương pháp chế tạo và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Trên cơ sở đó, luận án đã luận giải về việc lựa chọn thành phần của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ các công trình đã công bố, trên cơ sở các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu và phát triển, tác giả luận

án tập trung giải quyết các vấn đề chủ yếu sau:

- Nghiên cứu lựa chọn thành phần của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX, bao gồm việc đánh giá tính tương thích của thuốc nổ nền với các polyme và khả năng kết dính của các thuốc nổ nền với các hệ chất kết dính

- Nghiên cứu quy luật ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ nền, thành phần hệ chất kết dính đến các đặc trưng kỹ thuật-năng lượng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX Từ đó, đề xuất thành phần thích hợp cho mỗi hệ thuốc nổ

- Nghiên cứu các đặc điểm phân hủy nhiệt của các loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit đã chế tạo, xác định được các thông

số động học phân hủy nhiệt, từ đó dự doán được thời hạn sử dụng của chúng

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: các mẫu thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có thành phần

chính là thuốc nổ RDX, PETN và hệ chất kết dính trên cơ sở polystyren (PS), nitroxenlulo (NC)

Nội dung 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 Bên cạnh

đó, luận án cũng nghiên cứu quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ đã chế tạo, làm cơ sở để dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX

2.2 Nguyên liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu

Thuốc nổ RDX mác A của Hàn Quốc và thuốc nổ RDX cấp 1 được sản xuất ở nhà máy Z (nhiệt độ nóng chảy ≥ 203,5 ºC, độ nhạy va đập 72÷80%); Thuốc nổ PETN cấp 1 của Ấn Độ (nhiệt độ nóng chảy 140,5 ºC, độ nhạy va đập 100%); PS được điều chế bằng cách polyme hóa nhiệt stiren trong khối

có khối lượng phân tử trung bình 80.000 đ.v.C, nhiệt độ thủy tinh hóa 93,5 ºC; Các loại NC gồm NC-1 (13,39% Nitơ), NC-NB (12,20% Nitơ) và NC-

3 (11,96% Nitơ) đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng; chất hóa dẻo DOP và DBP là hóa chất tinh khiết mác P (Trung Quốc)

2.2.2 Thiết bị, máy móc chính:

Thiết bị chế tạo thuốc nổ PBX bằng phương pháp khối; thiết bị xác định góc tiếp xúc tĩnh và sức căng bề mặt CAM- 200; kính hiển vi quang học Nikon YS-100; thiết bị xác định độ dẻo; thiết bị xác định khả năng nén; thiết

bị xác định nhiệt độ bùng cháy DT-400; thiết bị xác định độ an định hóa học

theo phương pháp ổn định nhiệt chân khôngVacuum Stability tester (VST); thiết bị xác định độ nhạy va đập CAST; các thiết bị phân tích nhiệt vi sai DSC, TGA; các thiết bị xác định đặc trưng năng lượng như thiết bị xác định tốc độ nổ FO-2000, bộ thiết bị xác định độ nén trụ chì, thiết bị xác định khả năng sinh công bằng con lắc xạ thuật

2.3 Phương pháp nghiên cứu, thực nghiệm:

2.3.1 Phương pháp đánh giá tính tương thích của thuốc nổ và polyme

Tính tương thích của thuốc nổ và polyme được đánh giá bằng các phương pháp phân tích nhiệt VST và DSC dựa theo STANAG 4147:

- Phương pháp VST: Thể tích khí sinh ra khi hỗn hợp thuốc nổ và

polyme được gia nhiệt ở điều kiện chân không (100ºC/40 giờ) được so sánh với thể tích khí sinh ra khi thử nghiệm thuốc nổ và polyme ở cùng điều kiện

Tính tương thích được đánh giá bằng chênh lệch thể tích khí sinh ra (V R) do

có sự tương tác giữa thuốc nổ và polyme:

𝑉𝑅 = 𝑀 − (𝐸 + 𝑆), 𝑚𝑙 (2.1)

với M là thể tích khí sinh ra của hỗn hợp 2,5g thuốc nổ và 2,5g polyme;

E và S là thể tích khí sinh ratương ứng của 2,5g thuốc nổ và 2,5g polyme

Theo tiêu chuẩn STANAG 4147, nếu VR ≤ 5 ml thì hai vật liệu được đánh giá là tương thích, nếu VR > 5 ml - không tương thích

- Phương pháp DSC: Đánh giá bằng độ giảm nhiệt độ phân hủy của các

mẫu trên giản đồ DTA/DSC với tốc độ gia nhiệt 5 ºC/phút, theo công thức:

M P

S P

với T P S và T P M lần lượt là nhiệt độ đỉnh phân hủy của thuốc nền và hỗn hợp

thuốc nổ - polyme Nếu ΔT P ≤ 4ºC thì hệ sẽ tương thích; ΔT P > 20 ºC - không

tương thích; ΔT P từ 4÷20 ºC, phải sử dụng thêm phương pháp khác

2.3.2 Phương pháp xác định một số tính chất bề mặt của vật liệu

Sức căng bề mặt (SCBM) của các bề mặt thuốc nổ nền và hệ chất kết dính được tính toán trên cơ sở đo các góc tiếp xúc tĩnh của các dung môi tiêu chuẩn lên bề mặt vật liệu Sau khi tính được SCBM của thuốc nổ và hệ chất kết dính, SCBM phân cách pha và công kết dính nhiệt động của hệ hai vật liệu thuốc nổ-chất kết dính được tính toán Khả năng kết dính giữa thuốc

nổ và chất kết dính càng cao khi SCBM phân cách pha càng nhỏ và công kết dính nhiệt động càng lớn

2.3.3 Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX

- Chuẩn bị nguyên liệu đầu

- Chuẩn bị dung dịch chất kết dính/chất hóa dẻo: Chất kết dính, chất hóa dẻo và các phụ gia khác (nếu có) được định lượng, trộn đều và hòa tan trong dung môi (hệ DOP/PS thì sử dụng benzen hoặc toluen, hệ DOP/NC thì sử dụng etylaxetat) Quá trình hòa tan polyme bởi các dung môi được thực hiện trong bình trộn có máy khuấy

- Thuốc nổ nền được đưa dần vào trong dung dịch chất kết dính/hóa dẻo

kể trên Quá trình phối trộn được thực hiện bằng máy khuấy, vừa trộn vừa gia nhiệt (khoảng 65 ÷ 70 °C) để trộn đều và đuổi bớt dung môi Sau đó, chuyển hỗn hợp sang thiết bị sấy cách thủy, tiếp tục khuấy trộn bằng cánh đảo để đảm bảo hỗn hợp được trộn đều

- Sấy hỗn hợp ở 90 ÷ 95 ºC trong khoảng 5 giờ (hoặc ở 65 ÷ 70 °C trong

3 giờ ở tủ sấy chân không), thu sản phẩm, nén ép tạo mẫu

2.3.4 Các phương pháp đánh giá các đặc trưng kỹ thuật-năng lượng

- Độ dẻo: theo tiêu chuẩn MIL-STD-650-211 với các bước như sau:

+ Sử dụng khuôn để tạo khối thuốc nổ PBX hình trụ có đường kính 50,80 mm, chiều cao 19,05 mm và khối lượng 50 g, xác định chính xác chiều

cao ban đầu của khối thuốc (H 0 , mm); Đặt khối thuốc trên một mặt phẳng

ngang, sử dụng 1 tấm thép phẳng có khối lượng 5 kg đặt lên bề mặt phía trên của khối thuốc sao cho khối thuốc lún đều (hình 2.1);

Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ dẻo của thuốc nổ PBX + Sau 20 phút, nhấc tấm thép phía trên ra và xác định chiều cao của

khối thuốc (H 1 , mm) Độ dẻo của thuốc nổ được xác định theo công thức:

Độ dẻo lg 0 lg 1

1,3

= (2.13)

- Khả năng nén: đánh giá mật độ của khối thuốc nổ PBX ở những áp

suất khác nhau Thiết bị nén là máy nén thủy lực có đồng hồ đo áp, khuôn nén hình trụ có đường kính là 24,5 mm; khối lượng thuốc nổ 15,0 g

- Nhiệt độ bùng cháy: Xác định bằng thiết bị DT-400 (Đức): cài đặt

các giá trị SP1, SP2; tốc độ gia nhiệt 5 oC/phút; khối lượng mẫu 0,15 g;

- Độ nhạy va đập: Xác định trên búa CAST theo TCVN/QS 1837:2017,

khối lượng búa 10 kg; chiều cao rơi 250 mm; khối lượng mẫu thử 0,05 g

- Độ an định hóa học: Xác định bằng thiết bị Vacuum Stability tester

(VST) theo STANAG 4556-2A Thuốc nổ PBX được gia nhiệt trong các ống nghiệm ở nhiệt độ 100 ºC hoặc 120 ºC, trong thời gian từ 40 hoặc 48 giờ ở áp suất chân không Độ an định hóa học của thuốc nổ được biểu diễn

bằng giá trị thể tích khí sinh ra trên một đơn vị khối lượng (ml/g) ở đktc

- Độ nén trụ chì: Xác định sức phá trụ chì theo tiêu chuẩn TCVN

6421:1998, khối lượng liều nổ 25 g và 50 g, mật độ liều nổ là 1,0 g/cm3

- Tốc độ nổ: Xác định tốc độ nổ bằng thiết bị FO-2000, liều nổ được

chuẩn bị theo TCVN 6421:1998 đường kính liều nổ 24 mm, chiều dài liều

nổ 320 mm, khoảng cách hai đầu đo 250 mm

- Khả năng sinh công: Xác định bằng con lắc thuật phóng theo

TCVN/QS 6424:1998 Khối lượng thuốc nổ 10 g; mật độ 1,0 g/cm3

2.3.5 Phương pháp xác định một số thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ PBX

Sử dụng thiết bị phân tích nhiệt trọng lượng TGA Các mẫu thuốc nổ

có khối lượng khoảng (5 ÷ 7) mg được tiến hành gia nhiệt ở các tốc độ gia nhiệt khác nhau (4; 6; 8 và 10 ºC/phút) trong môi trường khí nitơ Căn cứ vào kết quả thu được từ giản đồ TG/DTG, áp dụng các mô hình Kissinger

và Ozawa để tính toán năng lượng hoạt hóa E a và thừa số trước hàm mũ A

của phương trình động học phản ứng phân hủy nhiệt

2.3.6 Phương pháp dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ PBX

Thời hạn sử dụng của một loại thuốc nổ được định nghĩa là khoảng thời gian (thường ở 25 ºC) mà các đặc trưng cháy nổ và tính an toàn của thuốc

nổ đó vẫn nằm trong khoảng giá trị chấp nhận được Thời hạn sử dụng của

thuốc nổ được xác định bằng khoảng thời gian để 5% (t 5%) lượng thuốc nổ ban đầu bị phân hủy nhiệt Thời hạn sử dụng của thuốc nổ (tính theo ngày)

t 5% được tính từ giá trị k 298 (số mol khí giải phóng ra của 1,0 mmol thuốc nổ trong 1 ngày thử nghiệm ở 298 K trên thiết bị VST) theo phương trình:

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc nổ PBX

3.1.1 Đánh giá tính tương thích hóa học của thuốc nổ nền và polyme

3.1.1.1 Theo phương pháp VST: Thể tích khí phát sinh thêm do có sự tương tác giữa thuốc nổ và polyme trong hỗn hợp (V R) tính toán theo công thức (2.1) được trình bày trên bảng 3.1

Bảng 3.1 Giá trị VR xác định theo phương pháp VST

polyme tương thích tốt với nhau, có thể định hướng sử dụng để chế tạo thuốc

nổ nhiệt dẻo PBX trong các nghiên cứu tiếp theo

3.1.1.2 Theo phương pháp DSC: Các giá trị ΔTp của hỗn hợp thuốc nổ nền/polyme so với các “thuốc nền” được trình bày trong bảng 3.2 và 3.3

Bảng 3.2 Kết quả DSC xác định tính tương thích của RDX và polyme

Hệ thuốc nổ -polyme Nhiệt độ đỉnh pic theo DSC, °C

“Thuốc nền” là cấu tử có nhiệt độ đỉnh phân hủy DSC thấp hơn trong

số hai thành phần của hỗn hợp Bên cạnh đó, trong dải nhiệt độ khảo sát, giản đồ DSC của PS không xuất hiện đỉnh tỏa nhiệt

Bảng 3.3 Kết quả DSC xác định tính tương thích của PETN và polyme

Hệ thuốc nổ -polyme Nhiệt độ đỉnh pic theo DSC, °C

Khi ∆T P có giá trị âm thì hỗn hợp được đánh giá là tương thích cao

Khi ∆T P có giá trị dương, nghĩa là sự có mặt của chất thêm vào gây ảnh hưởng không tốt đến độ bền nhiệt của “thuốc nền”, thì tính tương thích được đánh giá theo STANAG 4147 Căn cứ vào kết quả ở bảng 3.2 và 3.3, thuốc

nổ RDX và PETN đều tương thích với các polyme đã khảo sát

3.1.2 Đánh giá tính chất bề mặt phân cách pha của thuốc nổ-chất kết dính

Trên cơ sở kết quả đo góc tiếp xúc tĩnh của các dung môi chuẩn (nước,

glyxerin, etylen glycol, cloroform), sức căng bề mặt (γ S) của thuốc nổ RDX, PETN và các hệ chất kết dính được tính toán (bảng 3.6)

Bảng 3.6 SCBM của các thuốc nổ RDX, PETN và chất kết dính

Bảng 3.7 Các thông số bề mặt của thuốc nổ và hệ chất kết dính

Chất kết dính

Sức căng bề mặt phân cách pha, mJ/m 2 Công kết dính nhiệt

dự đoán thuốc nổ RDX có khả năng liên kết với các hệ chất kết dính tốt hơn

so với thuốc nổ, đồng thời hệ chất kết dính trên cơ sở DOP/PS cũng có khả năng kết dính với thuốc nổ nền tốt hơn hệ chất kết dính trên cơ sở DOP/NC Đây là cơ sở quan trọng giúp định hướng trong việc lựa chọn thành phần, hàm lượng các cấu tử khi chế tạo thuốc nổ PBX

3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng, thành phần các cấu tử đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen (PBX-H)

3.2.1 Lựa chọn hàm lượng và kích thước thuốc nổ hexogen

- Các mẫu thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có hàm lượng thuốc nổ RDX lớn hơn 91% sẽ có độ cứng cao, khả năng nén kém và có độ nhạy cao với xung

cơ học; nếu hàm lượng thuốc nổ RDX nhỏ hơn 80% thì thuốc nổ PBX thu được có các đặc trưng năng lượng thấp và khó bị gây nổ hoàn toàn bằng kíp

nổ số 8 Vì vậy, luận án lựa chọn nghiên cứu chế tạo các thuốc nổ nhiệt dẻo PBX với hàm lượng thuốc nổ RDX từ 80% đến 91%

- Kích thước hạt: để chế tạo các thuốc nổ PBX, các thuốc nổ nền thường được sử dụng ở dạng hỗn hợp các kích thước hạt khác nhau để đảm bảo cho mật độ của khối thuốc đạt giá trị cao Trên cơ sở tài liệu và tiêu chuẩn kích thước hạt của thuốc nổ RDX dùng để chế tạo thuốc nổ C-4, tác giả lựa chọn thuốc nổ RDX là hỗn hợp của phân đoạn kích thước hạt nhỏ hơn 63 µm và phân đoạn có kích thước hạt từ 150÷300 µm với tỷ lệ 1:4 về khối lượng

3.2.2.1 Thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX và PS (PBX-HP)

a Độ dẻo: Các mẫu thuốc nổ PBX-HP được chế tạo với hàm lượng

thuốc nổ RDX từ 80÷91%, tỷ lệ DOP/PS được thay đổi từ 1/1 đến 2/1 Tuy nhiên, đối với các mác thuốc PBX-HP chứa 91% RDX, đã xuất hiện sự rời rạc giữa các hạt thuốc RDX, không đảm bảo khả năng kết dính hoàn toàn

Độ dẻo của thuốc nổ PBX-HP được xác định theo tiêu chuẩn MIL-STD-650

và được trình bày trên đồ thị hình 3.5

Hình 3.5 Ảnh hưởng của hàm lượng RDX và tỷ lệ DOP/PS đến độ dẻo của

thuốc nổ PBX-HP

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18

Khi tăng hàm lượng RDX (từ 80 đến 90%) hoặc khi giảm tỷ lệ DOP/PS (từ 2/1 xuống 1/1) thì độ dẻo của thuốc nổ PBX-HP giảm xuống rõ rệt, nhưng với mức độ khác nhau Cụ thể, khi hàm lượng RDX tăng từ 80 đến 90%, các mẫu thuốc nổ có tỷ lệ DOP/PS là 2/1 có mức độ giảm của độ dẻo cao nhất (từ 0,179 xuống 0,078); các mẫu thuốc nổ có tỷ lệ DOP/PS là 1,5/1 (độ dẻo giảm từ 0,130 xuống 0,038); các mẫu thuốc nổ sử dụng hệ DOP/PS với tỷ lệ 1/1 có mức độ giảm của độ dẻo thấp nhất (từ 0,084 xuống 0,013).Điều này có thể được giải thích bởi các mẫu thuốc nổ PBX-HP có tỷ lệ DOP/PS càng cao thì càng linh động nên theo phương pháp xác định độ dẻo

đã trình bày ở mục 2.3.4, độ chênh lệch chiều cao của khối thuốc trước và sau khi thí nghiệm (giữa các mẫu thuốc có hàm lượng RDX khác nhau) càng lớn, dẫn đến độ giảm độ dẻo của thuốc nổ càng cao

Hầu hết các mác thuốc nổ PBX-HP đã chế tạo đều đáp ứng yêu cầu, ngoại trừ mác thuốc nổ PBX-HP-8001 (80% RDX, DOP/PS=2/1) quá dẻo, khó giữ được hình dạng của liều thuốc và mác thuốc PBX-HP-9003 (90% RDX, DOP/PS=1/1) có độ dẻo khá thấp, khả năng liên kết kém, dễ bị tơi khi nén

b Khả năng nén của thuốc nổ (hình 3.6):

Hình 3.6 Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-HP và áp suất nén

Mật độ khối thuốc PBX-HP tăng lên khi tăng áp suất nén nhưng mối quan hệ này không tuyến tính Cụ thể, trong khoảng áp suất nén từ 20÷150 kG/cm2, mật độ khối thuốc tăng nhanh do dây là quá trình dồn chặt các hạt thuốc nổ và hệ chất kết dính sẽ lấp đầy các khe hở; khi áp suất nén trong khoảng 150÷320 kG/cm2, mật độ khối thuốc có tăng nhưng không đáng kể

do lúc này khối thuốc đã ở trạng thái lèn chặt, chất kết dính đóng vai trò như

0 50 100 150 200 250 300 350 1.25

1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65

một chất lưu không nén được bao bọc các hạt thuốc Nếu tiếp tục tăng áp suất nén thì hệ chất kết dính sẽ bị ép ra khỏi khối thuốc

Do mật độ của RDX khá cao (khoảng 1,816 g/cm3) nên khi tăng hàm lượng RDX thì mật độ khối thuốc cũng tăng lên So với thuốc nổ TNT (loại thuốc nổ có khả năng nén tốt, đạt mật độ 1,57 g/cm3 ở khi nén ở 1200 kG/cm2), khả năng nén của thuốc nổ PBX-HP tốt hơn nhiều, các mác thuốc PBX-HP-

90 (90% RDX, tỷ lệ DOP/PS là 2/1 hoặc 1,5/1) đạt mật độ 1,57 g/cm3 khi nén

ở 150 kG/cm2, nên hầu hết các thuốc nổ PBX-HP có khả năng nén tốt

3.2.2.2 Thuốc nổ PBX trên cơ sở hexogen và NC (PBX-HN)

Do NC là một hợp chất cao phân tử mạch cứng, có nhiệt độ phân hủy cao hơn nhiệt độ chảy dẻo nên lượng DOP dùng để hóa dẻo NC thường phải cao hơn khi hóa dẻo PS Vì vậy, luận án lựa chọn chế tạo các thuốc nổ PBX-

HN sử dụng hệ chất kết dính DOP/NC với tỷ lệ 2/1 và 3/1

a Độ dẻo (hình 3.7):

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

Độ dẻo của các thuốc nổ PBX-HN cũng có xu hướng giảm khi tăng hàm lượng RDX, với các mức độ giảm khác nhau, phụ thuộc nhiều vào trạng thái vật lý (hay tỷ lệ) của hệ DOP/NC Các thuốc nổ PBX-HN sử dụng NC-1 làm chất kết dính có độ dẻo thấp hơn khá nhiều so với các thuốc nổ sử dụng NC-NB hoặc NC-3 làm chất kết dính Điều này được giải thích là do hàm lượng nitơ của NC-1 (13,39 %N) cao hơn nhiều so với NC-NB (12,20 %N)

và NC-3 (11,96% N), nên NC-1 có mức độ nitrat hóa cao hơn làm tăng mức

độ tinh thể dẫn đến làm tăng độ cứng của mạch Ngoài ra, do NC-NB và NC-3 có hàm lượng nitơ, độ nhớt và độ nghiền tương tự nhau nên độ dẻo của các thuốc nổ sử dụng NC-NB và NC-3 là gần giống nhau

0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012

Hàm lượng RDX, %

Theo tiêu chuẩn thuốc nổ dẻo dùng để chế tạo các liều nổ của Mỹ như liều nổ M5A1 (độ dẻo ≤0,03), các mác thuốc nổ PBX-HN có thể được nghiên cứu sử dụng để chế tạo các liều nổ tương tự Tuy nhiên, cần phải khảo sát thêm khả năng nén của loại thuốc nổ này (hình 3.8)

Hình 3.8 Mối quan hệ giữa áp suất nén với mật độ của liều nổ PBX-HN

Khi áp suất nén tăng từ 20÷200 kG/cm2, mật độ tăng rất nhanh, đây chính là vùng dồn chặt và nén thể tích của khối thuốc; khi áp suất nén tăng

từ 200÷320 kG/cm2, mật độ khối thuốc có tăng nhưng không đáng kể Trong khoảng áp suất nén đã khảo sát, các thuốc nổ PBX-HN sử dụng hệ DOP/NC với tỷ lệ 3/1 đạt mật độ cao hơn trong khoảng áp suất nén ban đầu (từ 50÷100 kG/cm2), nhưng ở áp suất nén cao hơn thì mật độ thấp hơn so với các thuốc

0 50 100 150 200 250 300 350 1.25

1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65

DOP/NC-1 = 2/1 DOP/NC-NB = 2/1 DOP/NC-3 = 2/1 DOP/NC-1 = 3/1 DOP/NC-NB = 3/1 DOP/NC-3 = 3/1