Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng 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

trong vùng áp suất lớn (phần này sẽ được làm sáng tỏ hơn trong mục nghiên cứu bề mặt cháy của thuốc phóng). Vì vậy, tốc độ cháy sẽ tăng nhanh hơn theo áp suất (hình 3.3) đồng thời hiệu quả xúc tác cháy cũng giảm đi theo áp suất (hình 3.4). Thông qua các kết quả thu được trong quá trình biểu diễn đồ thị U(p) của các mẫu trên cơ sở đơn số 1 và đơn số 2 khi được bổ sung thêm cả phụ 55 gia, xúc tác cháy, có thể đưa ra các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy như trong bảng 3.7. Bảng 3.7. Các thông số quy luật tốc độ cháy của các mẫu trên nền đơn số 1 và số 2 khi được bổ sung thêm 1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3 Mẫu Quy luật tốc độ cháy u=B1.p  U70, mm/s B1, [mm/(sat)]  p, at R 2 Đơn số 1+1,9%PbO+0,5%CoO+0,55%CaCO3 3,72 0,26 40-100 0,9821 11,34 Đơn số 2+1,9%PbO+0,5%CoO+0,55%CaCO3 4,14 0,23 40-100 0,9973 10,89 Bảng 3.7 cho thấy, khi có cả phụ gia và xúc tác cháy (1,9 % PbO + 0,5 % CoO + 0,55 % CaCO3), khoảng cách chênh lệch tốc độ cháy của các mẫu trên cơ sở đơn số 1 và đơn số 2 được thu hẹp và gần như tương đương nhau. Tuy nhiên, sự thay đổi hệ số mũ ν của chúng lại có sự khác nhau đáng kể. Theo đó, phụ gia xúc tác cháy có tác dụng làm giảm sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất đối với mẫu nền trên cơ sở đơn số 2 (hệ số mũ ν = 0,23) nhanh hơn và giá trị của nó thấp hơn so với đơn số 1 (hệ số mũ ν = 0,26). Ngoài ra, mức độ tương hợp (đánh giá thông qua hệ số R2) khi có cả phụ gia, xúc tác cháy đối với mẫu trên cơ sở đơn số 2 (R2 = 0,9973) cũng cao hơn so với đơn số 1 (R2 = 0,9821). Trong khi đó, khi không có phụ gia, xúc tác cháy , mức độ tương hợp của đơn số 1 luôn cao hơn so với đơn số 2. Thậm chí, trên cùng mẫu đơn số 1, hệ số tương hợp R2 cũng luôn cao hơn so với khi có phụ gia, xúc tác cháy. Điều này cho thấy, hàm lượng các thành phần đối với mẫu trên cơ sở đơn số 1 chưa hợp lý. Thực tế, ở trong nước, các nghiên cứu từ trước đến nay, thường ít chú trọng đến nghiên cứu quy luật tốc độ cháy. Do đó, dẫn đến việc xác lập đơn thành phần cũng như đưa ra tỷ lệ phụ gia, xúc tác cháy có thể phù hợp để cho tốc độ cháy ở áp suất xác định nào đó đạt yêu cầu nhưng khi đưa vào thử nghiệm, một số chỉ tiêu, chẳng hạn như chỉ tiêu về thời gian cháy, đường cong sự phụ thuộc của áp suất theo thời gian cháy ở các nhiệt độ thử nghiệm khác nhau thường kém ổn định và thậm chí không đạt yêu cầu. Qua nghiên cứu ở các mục 3.1.1.1, 3.1.1.2 và 3.1.1.3 có thể thấy, nếu chỉ quan tâm đến tốc độ cháy thì mẫu trên cơ sở đơn số 1 sẽ cho tốc độ cháy 56 cao hơn. Tuy nhiên, khi có cả phụ gia và xúc tác cháy thì hiệu quả xúc tác cháy của nó lại kém hơn so với mẫu trên cơ sở đơn số 2. Nguyên nhân chủ yếu được xác định, khi hàm lượng phụ gia tạo khung muội như DNT (hoặc Ckt) nếu có trong thành phần với lượng quá bão hòa sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình cháy của thuốc phóng. Mặc dù, phụ gia tạo khung muội này có thể làm tăng tốc độ cháy trong khoảng xác định. Để khẳng định điều này, luận án tiếp tục đi nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia tạo khung muội (Ckt và DNT) đến tốc độ cháy của mẫu trên nền NC-NG-DG. 3.1.1.4. Ảnh hưởng của phụ gia tạo khung muội (Ckt và DNT): Theo tài liệu [47], [48], để tạo khung muội cacbon trên bề mặt của sản phẩm cháy, thành phần thuốc phóng phải có một lượng đủ lớn các cấu tử như DNT, DBP, triaxetil và các chất tương tự khác. Trong trường hợp thiếu các thành phần trên, để tạo khung muội cacbon trên bề mặt cháy của sản phẩm cháy, cần đưa vào trong thành phần thuốc phóng ban đầu cấu tử Ckt. Luận án đã tiến hành khảo sát bằng cách thay đổi hàm lượng các phụ gia Ckt hoặc DNT trong thành phần của mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG- DG, trong đó hàm lượng DNT được sử dụng ở hàm lượng 3,0 % (khi nghiên cứu ảnh hưởng của Ckt) với mục đích đảm bảo cho quá trình tạo khung muội cacbon trên bề mặt cháy của thuốc phóng không bị ảnh hưởng bởi sự dư thừa của DNT do sự có mặt của phụ gia Ckt. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của Ckt đến tốc độ cháy được trình bày trong bảng 3.8 và ảnh hưởng của hàm lượng DNT đến tốc độ cháy được trình bày trong bảng 3.9. Bảng 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy (ở 70 at) đối với mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DG Hàm lƣợng Ckt, % U70, mm/s Ghi chú 0,00 10,33 Thành phần mẫu, gồm: 62,98 % NC; 15,53 % NG; 12,17 % DG; 0,57 % DPA; 2,62 % xent; 3,0 % DNT; 0,17 % vazơlin, 1,9 % PbO; 0,50 % CoO; 0,55 % CaCO3. 0,15 10,61 0,20 11,15 0,25 11,76 0,30 11,30 57 Bảng 3.8 cho thấy, khi hàm lượng Ckt tăng từ 0 % đến 0,25 %, tốc độ cháy tăng từ 10,33 mm/s đến 11,76 mm/s. Sau đó, tốc độ cháy giảm xuống nếu tiếp tục tăng hàm lượng Ckt. Tốc độ cháy đạt lớn nhất bằng 11,76 mm/s tương ứng 0,25 % Ckt. Qua kết quả trên bảng 3.8 có thể đưa ra mối quan hệ giữa hiệu quả xúc tác cháy (Z) và hàm lượng phụ gia Ckt như trên hình 3.5. 0,15 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 1,02 1,04 1,06 1,08 1,10 1,12 1,14 y = 0,502 + 4,98x - 10x 2 R 2 = 0,6459  %C kt Hình 3.5. Mối liên hệ giữa hiệu quả xúc tác cháy Z theo hàm lượng của phụ gia Ckt ở áp suất 70 at Hình 3.5 cho thấy, hiệu quả xúc tác cháy lớn nhất (Zmax) đạt được khoảng 1,14 tương ứng hàm lượng của Ckt khoảng 0,25 %. Khi đó, tốc độ cháy (ở 70 at) tăng lớn nhất khoảng 14 % so với tốc độ cháy mẫu không chứa Ckt. Mặc dù, phụ gia Ckt khi được kết hợp với PbO, CoO và CaCO3 sẽ cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy cao. Tuy nhiên, thực tế Ckt cũng ít được sử dụng cho các loại thuốc phóng trên nền NC-NG-DG, bởi khi cháy ở áp suất thấp, Ckt là nguyên nhân chính làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất (phần này, sẽ được làm sáng tỏ hơn ở phần nghiên cứu sau). Bảng 3.9. Ảnh hưởng của hàm lượng DNT đến tốc độ cháy (70 at) của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG Hàm lƣợng DNT, % U70, mm/s Ghi chú 3,0 10,33 Thành phần mẫu, gồm: 62,98 % NC; 15,53 % NG; 12,17 % DG; 0,57 % DPA; 2,62 % xent; Y (*) (%) DNT; 0,17 % vazơlin, 1,9 % PbO; 0,50 % CoO; 0,55 % CaCO3. (*). Giá trị (%) của Y được thay đổi theo cột thứ nhất. 3,5 10,55 4,0 11,02 4,5 11,24 5,0 11,41 5,5 11,28 6,0 11,13 58 Từ kết quả bảng 3.9 có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối liên hệ giữa hiệu quả xúc tác cháy (Z) theo hàm lượng DNT như trên hình 3.6. 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 1,00 1,04 1,08 1,12 1,16 Z % DNT y = -0,5798 + 0,8966x - 0,1567x 2 + 0,0089x 3 R 2 = 0,9914 Hình 3.6. Mối liên hệ giữa hiệu quả xúc tác cháy Z theo hàm lượng DNT đối với thuốc phóng trên nền NC-NG-DG ở áp suất 70 at Hình 3.6 cho thấy, hiệu quả xúc tác cháy tăng khi hàm lượng DNT tăng từ 3 % đến 5 % và hiệu quả xúc tác cháy giảm khi hàm lượng DNT tăng trong khoảng từ 5 % đến 6 %. Mặc dù, trong khoảng hẹp được xác định như trên của DNT với sự có mặt của các phụ gia, xúc tác cháy thì nó vẫn có thể làm tăng hiệu quả xúc tác cháy. Tuy nhiên, cũng giống như Ckt, phụ gia DNT cho sự phụ thuộc của tốc độ cháy tăng nhanh theo áp suất. Qua nghiên cứu ở trên cho thấy, việc tốc độ cháy tăng khi tăng hàm lượng Ckt hoặc DNT tương ứng với các khoảng xác định đã nêu, có thể được giải thích, trong quá trình cháy, các phụ gia này đã sinh ra và tăng cường khung muội cacbon trực tiếp hoặc gián tiếp trên bề mặt sản phẩm cháy. Khi được kết hợp với các xúc tác cháy (PbO hoặc PbO với CoO) sẽ dẫn đến làm tăng khả năng hội tụ của các hạt xúc tác, qua đó tăng tốc độ cháy cho thuốc phóng. Thực tế, trong trường hợp đối với mẫu nền khi không được bổ sung thêm các chất xúc tác cháy này thì sự có mặt của các phụ gia Ckt hoặc DNT hầu như cho tốc độ cháy tăng rất ít đối với Ckt, thậm chí còn giảm đối với DNT. Điều này cho thấy, khung muội được tăng cường bởi Ckt hoặc đặc biệt từ DNT thường rất yếu, nhất là ở những vùng áp suất cao. Vì vậy, các phụ gia Ckt hoặc DNT kể cả khi được kết hợp với các xúc tác cháy khác cũng đều làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất cũng như làm giảm hiệu quả xúc tác cháy của nó. 59 Qua nghiên cứu ở các mục từ 3.1.1.1 đến 3.1.1.4, có thể rút ra một số nhận xét như sau: - Ở cùng một mẫu nền (có hoặc không có phụ gia CaCO3) đối với các đơn thành phần khác nhau thì quy luật tốc độ cháy giữa chúng cơ bản không khác nhau. Tuy nhiên, nếu xét về mặt giá trị toán học, hệ số mũ ν của đơn thành phần số 1 luôn thấp hơn (khoảng 0,1) so với đơn thành phần số 2. Trong khi đó, nếu có thêm cả phụ gia, xúc tác cháy (PbO, CoO, CaCO3) thì hệ số mũ ν của đơn thành phần số 1 lại cao hơn (khoảng 0,3) so với đơn thành phần số 2. - Mặc dù, tốc độ cháy (ở 70 at) của các mẫu trên cơ sở đơn thành phần số 1 luôn cao hơn khoảng 4 %, nhưng ngược lại hiệu quả xúc tác cháy của nó lại thấp hơn khoảng 8 % so với đơn thành phần số 2. - Nếu trong thành phần của thuốc phóng có chứa cả chất ổn định cháy CaCO3 và xúc tác cháy (PbO, CoO) thì sự có mặt của phụ gia tạo khung muội cacbon (Ckt và DNT) có thể làm tăng tốc độ cháy trong khoảng hẹp xác định nhưng đồng thời cũng làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất (hệ số mũ ν tăng) và làm giảm hiệu quả xúc tác cháy. Từ những biện luận ở trên, xét về mối tương quan giữa các thông số (U, Z, ν và R2) thì việc sử dụng đơn thành phần số 1 sẽ phản ánh mức độ chính xác về mặt hiệu quả xúc tác cháy kém hơn, do trong thành phần của nó chứa nhiều hàm lượng DNT. Vì vậy, luận án đã lựa chọn mẫu nền có đơn thành phần số 2 để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.1.2. Ảnh hưởng của phụ gia CaCO3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-NG-DG được trình bày trong bảng 3.10. Bảng 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau Mẫu Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 Không phụ gia, xúc tác 9,31 7,62 6,78 5,23 4,48 1,79 0,20 % CaCO3 9,64 7,92 7,09 5,61 5,18 - 0,55 % CaCO3 9,69 7,96 7,11 5,42 5,04 - 0,90 % CaCO3 9,72 7,98 7,12 5,30 4,36 - 60 Từ kết quả bảng 3.10, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của CaCO3 lần lượt như trên các hình 3.7 và 3.8. 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 U, mm/s P, at 40 50 60 70 80 90 100 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 Z P, at 1 2 3 Hình 3.7. Sự phụ thuộc của U theo P tại các hàm lượng của CaCO3 1 – Không phụ gia, xúc tác; 2 – 0,20 % CaCO3; 3 – 0,55 % CaCO3; 4 – 0,90 % CaCO3. Hình 3.8. Sự phụ thuộc của Z theo P tại các hàm lượng của CaCO3 1 – 0,20 % CaCO3; 2 – 0,55 % CaCO3; 3 – 0,90 % CaCO3. Bảng 3.10 và hình 3.7 cho thấy, sự có mặt của CaCO3 ở hàm lượng thấp (khoảng 0,2 %) vẫn có tác dụng cho tốc độ cháy tăng nhưng không đáng kể. Khi hàm lượng CaCO3 đủ lớn (khoảng 0,55 %), tốc độ cháy gần như không tăng ở vùng áp suất từ 70 at đến 100 at, thậm chí có xu hướng giảm trong vùng áp suất từ 40 at đến 50 at. Nguyên nhân được giải thích là do CaCO3 không có khả năng tham gia vào các phản ứng cháy để chuyển hóa thành các sản phẩm cháy hoàn toàn. Trong trường hợp này, nó chỉ có tác dụng hội tụ trên khung muội cacbon. Do đó, ở hàm lượng càng lớn và áp suất thấp, việc tạo khung muội cacbon sẽ không đủ bù phần nhiệt mất đi để phân hủy CaCO3 (do CaCO3 là hợp chất có đặc trưng nhiệt hóa âm, -1,26 kcal/kg.%) thành các sản phẩm bền, trơ như CaO và CO2. 61 Mặt khác, quan sát hình 3.8 thấy rằng, sự thay đổi hiệu quả xúc tác cháy theo hàm lượng CaCO3 được thể hiện rõ ở vùng áp suất nhỏ hơn 70 at. Trong vùng áp suất này, hiệu quả xúc tác cháy giảm khi hàm lượng của nó tăng. Khi hàm lượng đạt đến 0,9 % CaCO3 và áp suất khoảng 40 at, hiệu quả xúc tác cháy chỉ còn Z = 4,36/4,48 = 0,97. Điều này cho thấy, giá trị của nó đã vượt quá ngưỡng bão hòa. Khi áp suất lớn hơn 70 at, hiệu quả xúc tác cháy gần như thay đổi không đáng kể. Mặt khác, thông qua các kết quả thu được trong quá trình biểu diễn đồ thị U(p) tại các hàm lượng CaCO3 khác nhau, có thể đưa ra các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy như trong bảng 3.11. Bảng 3.11. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng CaCO3 Mẫu Quy luật tốc độ cháy u=B1.p  U70, mm/s Z70 B1, [mm/(sat)]  p, at R 2 Không phụ gia, xúc tác 0,23 0,80 40-100 0,9966 6,78 1,00 0,20 % CaCO3 0,40 0,68 40-100 0,9751 7,09 1,05 0,55 % CaCO3 0,32 0,73 40-100 0,9857 7,11 1,05 0,90 % CaCO3 0,17 0,87 40-100 0,9999 7,12 1,05 Qua số liệu trên bảng 3.11, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng của CaCO3 như trên hình 3.9. 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,68 0,72 0,76 0,80 0,84 0,88 y = 0,7855 - 0,5182x + 0,6881x 2 R 2 = 0,7711  %CaCO 3 Hình 3.9. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng CaCO3 62 Bảng 3.11 và hình 3.9 cho thấy, sự có mặt của CaCO3 mặc dù, tốc độ cháy (ở 70 at) chỉ tăng khoảng 5 % nhưng hệ số mũ ν lại giảm đáng kể. Theo đó, ν giảm từ 0,80 xuống 0,68 (ứng với 0,2 % CaCO3). Khi hàm lượng đủ lớn (lớn hơn khoảng 0,38 %, theo đồ thị trên hình 3.9), hệ số mũ ν bắt đầu tăng theo hàm lượng CaCO3 và ở giá trị lân cận khoảng 0,9 %, hệ số mũ ν đạt khoảng 0,87 (lớn hơn so với khi không có CaCO3, ν = 0,80). Ngoài ra, mức độ tuyến tính thông qua hệ số tương hợp (R2) ban đầu giảm khi có mặt 0,2 % CaCO3 nhưng sau đó tăng khi tăng hàm lượng CaCO3. Qua đây có thể thấy, ở hàm lượng khoảng 0,2 % CaCO3 có thể cho hệ số mũ ν nhỏ nhất nhưng hệ số tuyến tính (R2 = 0,9751) chưa cao, trong khi ở hàm lượng 0,9 % CaCO3 cho hệ số tuyến tính (R 2 = 0,9999) cao nhưng đồng thời hệ số mũ ν cũng lớn. Vì vậy, luận án đã lựa chọn tỷ lệ khoảng 0,55 % CaCO3 để phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo. 3.1.3. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy đơn: 3.1.3.1. Ảnh hưởng của xúc tác cháy CoO: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CoO đến tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau, được trình bày trong bảng 3.12. Bảng 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng CoO đến tốc độ cháy Mẫu Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 Không phụ gia, xúc tác 9,31 7,62 6,78 5,23 4,48 1,79 0,2 % CoO 9,49 7,89 7,13 5,49 4,64 - 0,3 % CoO 9,53 8,03 7,24 5,58 4,69 - 0,5 % CoO 9,59 8,21 7,47 5,76 4,74 - Từ kết quả bảng 3.12, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của CoO, được trình bày lần lượt trên các hình 3.10 và 3.11. Hình 3.10 và hình 3.11 cho thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng khi hàm lượng CoO tăng trong khoảng từ 0,2 % đến 0,5 %. Tuy nhiên, 63 mức độ tăng là không lớn. Ngoài ra, tại mỗi hàm lượng xác định đã nêu (đường số 1, 2, 3 hình 3.11), hiệu quả xúc tác cháy tăng khi áp suất tăng trong khoảng 40 at đến 70 at và giảm khi tăng áp suất trong khoảng 70 at đến 100 at. Nguyên nhân của hiện tượng, sẽ được làm sáng tỏ trong mục nghiên cứu thành phần sản phẩm cháy trên bề mặt cháy của thuốc phóng. 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 U, mm/s P, at 40 50 60 70 80 90 100 1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1 2 Z P, at 3 Hình 3.10. Sự phụ thuộc của U theo P tại các hàm lượng của CoO 1 – Không phụ gia, xúc tác; 2 – 0,2 % CoO; 3 – 0,3 % CoO; 4 – 0,5 % CoO. Hình 3.11. Sự phụ thuộc của Z theo P tại các hàm lượng của CoO 1 – 0,2 % CoO; 2 – 0,3 % CoO; 3 – 0,5 % CoO. Mặt khác, thông qua kết quả biểu diễn đồ thị U(p) tại các hàm lượng CoO khác nhau, có thể đưa ra các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy. Kết quả được trình bày trong bảng 3.13. Bảng 3.13. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng CoO Mẫu Quy luật tốc độ cháy u=B1.p  U70, mm/s Z70 B1, [mm/(sat)]  p, at R 2 Không phụ gia, xúc tác 0,23 0,80 40-100 0,9966 6,78 1,00 0,2 % CoO 0,26 0,78 40-100 0,9997 7,13 1,05 0,3 % CoO 0,27 0,77 40-100 0,9999 7,24 1,07 0,5 % CoO 0,28 0,77 40-100 0,9975 7,47 1,10 64 Qua kết quả bảng 3.13, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng CoO như trên hình 3.12. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81  % CoO y = 0,8004 - 0,1449x + 0,1667x 2 R 2 = 0,9614 Hình 3.12. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng của CoO Bảng 3.13 và hình 3.12 cho thấy, với hàm lượng CoO trong khoảng từ 0,2 % đến 0,5 %, tốc độ cháy (ở 70 at) có thể tăng được khoảng 5 % đến 10 %. Trong khi đó, hệ số mũ ν ban đầu giảm từ 0,80 xuống 0,77 tương ứng hàm lượng CoO tăng từ 0 % đến 0,3 %, sau đó ổn định ở hàm lượng khoảng 0,44 % và có xu hướng tăng khi hàm lượng của nó khoảng 0,5 %. So với phụ gia CaCO3, tác dụng tăng tốc độ cháy của CoO có lớn hơn ở khoảng áp suất từ 70 at đến 80 at và bằng hoặc kém hơn ở những khoảng áp suất còn lại. Ngoài ra, khả năng làm giảm sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất của nó cũng kém hơn. Tuy nhiên, mức độ tuyến tính (R2) khi có mặt CoO ban đầu tăng, sau đó giảm khi tăng đến hàm lượng 0,5 % CoO. Qua đây có thể thấy, ở hàm lượng 0,44 % CoO có thể cho mức độ tuyến tính tốt hơn so với ở hàm lượng 0,5 % CoO. Tuy nhiên, hiệu quả xúc tác cháy của nó lại kém hơn. Do đó, hàm lượng tối ưu của CoO được xác định trong trường hợp này là giá trị cận bão hòa tương ứng 0,5 % CoO. Qua kết quả nghiên cứu ở các mục 3.1.2 và 3.1.3.1 có thể rút ra nhận xét: - Phụ gia CaCO3 và xúc tác cháy CoO đều cho tốc độ cháy tăng không lớn nhưng lại có khả năng làm giảm hệ số mũ ν cũng như điều chỉnh mối quan hệ tuyến tính trong khoảng xác định đối với vùng áp suất nghiên cứu. 65 - Ở các hàm lượng tương ứng khoảng 0,2 % CaCO3 và 0,44 % CoO cho hệ số mũ ν thấp nhất và ở các hàm lượng tương ứng khoảng 0,55 % CaCO3 và khoảng 0,5 % CoO cho hiệu quả xúc tác cháy tối ưu. Tuy nhiên, các đơn phụ gia, xúc tác cháy này đều cho tốc độ cháy thấp và hệ số mũ ν vẫn còn tương đối cao. Do đó, sự cần thiết phải nghiên cứu kết hợp các hợp chất CaCO3 hoặc CoO hoặc hỗn hợp giữa chúng với một số phụ gia, xúc tác cháy khác. 3.1.3.2. Ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đơn kết hợp với CaCO3: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đơn, gồm: đồng chì phtalat (Cu-Pb-Pht), đồng xalixilat (Cu-Xal), chì xalixilat (Pb-Xal), Ckt kết hợp với 0,55 % CaCO3 đến tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau được trình bày như trong bảng 3.14. Bảng 3.14. Ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác đơn kết hợp với 0,55 % CaCO3 đến tốc độ cháy Mẫu Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 Không phụ gia, xúc tác 9,31 7,62 6,78 5,23 4,48 1,79 0,55%CaCO3 9,69 7,96 7,11 5,42 5,04 - 0,55%CaCO3+1,7 %Cu-Pb-Xal 12,68 11,11 10,45 9,29 9,24 4,05 0,55%CaCO3+1,7%Cu-Xal 8,41 7,45 7,02 6,04 5,48 - 0,55%CaCO3+0,8%Pb-Xal 11,71 10,69 10,09 8,61 7,68 - 0,55%CaCO3+1,7%Pb-Xal 12,33 11,54 11,16 9,59 8,40 2,27 0,55%CaCO3+0,25%Ckt 10,38 8,98 8,22 6,30 5,13 2,00 Từ kết quả bảng 3.14, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất của một số phụ gia, xúc tác cháy đơn kết hợp với 0,55 % CaCO3, được trình bày lần lượt như trên các hình 3.13 và 3.14. Hình 3.13 và 3.14 cho thấy, trong số các phụ gia, xúc tác cháy đơn kết hợp với 0,55 % CaCO3 đã nêu thì phụ gia Ckt (đường 7 hình 3.13 và đường 6 hình 3.14) và xúc tác cháy Cu-Xal (đường 4 hình 3.13 và đường 3 hình 3.14) cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tương đối kém. Đặc biệt, ở áp suất 66 từ 80 at đến 100 at, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy của Cu-Xal còn thấp hơn so với khi không có phụ gia, xúc tác. Các xúc tác cháy Pb-Xal và Cu-Pb- Pht ảnh hưởng tương đối tốt đến tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy. Tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy của Pb-Xal (đường 6 hình 3.13 và đường 5 hình 3.14) tốt hơn so với Cu-Pb-Pht (đường 3 hình 3.13 và đường 2 hình 3.14) trong khoảng áp suất từ 50 at đến 90 at, tuy nhiên, nó lại kém hơn trong khoảng áp suất từ 40 at đến 50 at hoặc từ 90 at đến 100 at. 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 U, mm/s P, at 40 50 60 70 80 90 100 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 1 2 3 4 5 6 Z P, at Hình 3.13. Sự phụ thuộc của U theo P của một số phụ gia, xúc tác cháy 1 – Không phụ gia, xúc tác; 2 – 0,55 % CaCO3 + 0,0 % (xúc tác); 3 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Cu-Pb-Pht; 4 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Cu-Xal; 5 – 0,55 % CaCO3 + 0,8 % Pb-Xal; 6 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Pb-Xal; 7 – 0,55 % CaCO3 + 0,25 % Ckt. Hình 3.14. Sự phụ thuộc của Z theo P của một số phụ gia, xúc tác cháy 1 – 0,55 % CaCO3 + 0,0 % (xúc tác); 2 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Cu-Pb-Pht; 3 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Cu-Xal; 4 – 0,55 % CaCO3 + 0,8 % Pb-Xal; 5 – 0,55 % CaCO3 + 1,7 % Pb-Xal; 6 – 0,55 % CaCO3 + 0,25 % Ckt. Mặt khác, để xem xét khả năng ứng dụng của các xúc tác cháy này thì cần phải tính đến hệ số mũ ν và hệ số tương hợp R2 trong phương trình quy luật tốc độ cháy của nó. Thông qua kết quả biểu diễn đồ thị U(p), có thể thống kê các thông số trong phương trình quy luật cháy của các mẫu nền chứa các phụ gia, 67 xúc tác cháy đơn kết hợp với 0,55 % CaCO3. Kết quả được trình bày như trong bảng 3.15. Bảng 3.15. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo một số phụ gia, xúc tác đơn kết hợp với 0,55 % CaCO3 Mẫu Quy luật tốc độ cháy u=B1.p  U70, mm/s Z70 B1, [mm/(sat)]  p, at R 2 Không phụ gia, xúc tác 0,23 0,80 40-100 0,9966 6,78 1,00 0,55%CaCO3 0,32 0,73 40-100 0,9757 7,11 1,05 0,55%CaCO3+1,7 %Cu-Pb-Xal 2,47 0,35 40-100 0,8984 10,45 1,54 0,55%CaCO3+1,7%Cu-Xal 0,99 0,46 40-100 0,9974 7,02 1,04 0,55%CaCO3+0,8%Pb-Xal 1,41 0,46 40-100 0,9976 10,09 1,49 0,55%CaCO3+1,7%Pb-Xal 1,83 0,42 40-100 0,9717 11,16 1,65 0,55%CaCO3+0,25%Ckt 0,31 0,77 40-100 0,9938 8,22 1,21 Bảng 3.15 cho thấy, phụ gia Ckt cho tốc độ cháy thấp và hệ số mũ ν cao. Trong khi đó, xúc tác cháy Cu-Xal cho hệ số mũ ν thấp và tốc độ cháy cũng thấp (tốc độ cháy chỉ tăng được khoảng 4 %). Do đó, việc tăng tốc độ cháy bằng cách tăng hàm lượng Cu-Xal để đạt tốc độ cháy cao là yêu cầu khó thực hiện. Khi đó cho dù, tốc độ cháy nếu có tăng đáng kể thì hệ số tương quan R2 cũng sẽ giảm. Đối với xúc tác cháy Cu-Pb-Pht cho tốc độ cháy (ở 70 at) thấp hơn so với Pb-Xal (ở cùng hàm lượng 1,7 %) nhưng hệ số mũ ν lại tốt hơn (thấp hơn), tương ứng lần lượt U70 = 10,45 mm/s, ν = 0,35 so với U70 = 11,16 mm/s, ν = 0,42). Ngoài ra, từ hệ số tương quan R 2 có thể thấy, ở hàm lượng 1,7 % Cu-Pb-Pht cho hệ số R2 = 0,8984. Điều này có nghĩa, hàm lượng của nó đã vượt quá xa ngưỡng bão hòa. Vì vậy, có thể tăng tốc độ cháy và hệ số tương quan của nó bằng cách giảm hàm lượng của Cu-Pb-Pht xuống dưới giá trị 1,7 %. Khi đó, chấp nhận hệ số mũ ν tăng lên trong khoảng cho phép để đạt tốc độ cháy theo yêu cầu. Qua kết quả ở trên có thể thấy, hai loại xúc tác cháy Pb-Xal và Cu-Pb-Pht đều cho khả năng ứng dụng được cho thuốc phóng RNDSI-5K (TPHT-5K). 68 3.1.4. Ảnh hưởng của một số xúc tác cháy hỗn hợp: 3.1.4.1. Ảnh hưởng của CoO kết hợp với 1,7 % PbO: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CoO kết hợp với 1,7 % PbO đến tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau được trình bày trong bảng 3.16. Bảng 3.16. Ảnh hưởng của hàm lượng CoO kết hợp với 1,7 % PbO đến tốc độ cháy Mẫu Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 Không phụ gia, xúc tác 9,31 7,62 6,78 5,23 4,48 1,79 1,7%PbO+0,0%CoO 10,55 9,83 9,65 8,96 8,80 - 1,7%PbO+0,5%CoO 10,96 10,20 9,89 9,31 9,28 - 1,7%PbO+0,7%CoO 11,03 10,25 9,95 9,40 9,11 - 1,7%PbO+1,1%CoO 11,19 10,47 10,05 9,06 8,45 - Từ kết quả bảng 3.16, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng khác nhau của CoO kết hợp với 1,7 % PbO, được trình bày lần lượt trên các hình 3.15 và 3.16. 40 50 60 70 80 90 100 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 23 4 5 U, mm/s P, at U, mm/s 40 50 60 70 80 90 100 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Z P, at 1 4 2 3 Hình 3.15. Sự phụ thuộc của U theo P tại các hàm lượng của CoO kết hợp với 1,7 % PbO 1 – Không phụ gia, xúc tác; 2 – 1,7 % PbO + 0,0 % CoO; 3 – 1,7 % PbO + 0,5 % CoO; 4 – 1,7 % PbO + 0,7 % CoO; 5 – 1,7 % PbO + 1,1 % CoO. Hình 3.16. Sự phụ thuộc của Z theo P tại các hàm lượng của CoO kết hợp với 1,7 % PbO 1 – 1,7 % PbO + 0,0 % CoO; 2 – 1,7 % PbO + 0,5 % CoO; 3 – 1,7 % PbO + 0,7 % CoO; 4 – 1,7 % PbO + 1,1 % CoO. 69 Hình 3.15 và hình 3.16 cho thấy, sự kết hợp giữa xúc tác cháy CoO với 1,7 % PbO cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy của nó tăng không đáng kể. Thậm chí, ở hàm lượng đủ lớn (khoảng 1,1 %CoO) và áp suất từ 40 at đến 50 at, tốc độ cháy còn có xu hướng giảm. Thông qua kết quả biểu diễn đồ thị U(p), có thể thống kê các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy theo các hàm lượng khác nhau của CoO kết hợp với 1,7 % PbO như trong bảng 3.17. Bảng 3.17. Các thông số quy luật