Luận án 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

,...), hoặc tạo hạt (đo khả năng sinh công, nhiệt lượng nổ, sức nén trụ trì, phân hủy nhiệt). b) Để nghiên cứu lựa chọn trình tự phối trộn các thành phần trong thuốc nổ hỗn hợp, tiến hành phối trộn theo 05 phương án: - Phương án 1: Cấp đồng thời 4 thành phần (gồm RDX, TNT, Al và chất thuần hóa) vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC. Sau khi cấp liệu xong, duy trì khuấy trộn liên tục tại nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt để giảm nhiệt độ từ từ và tiếp tục khuấy trộn đến nhiệt độ phù hợp để đúc rót. - Phương án 2: Cấp TNT vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC và khuấy trộn đến khi TNT nóng chảy hoàn toàn. au đó lần lượt cấp bột Al, RDX, chất thuần hóa vào thùng trộn, vừa cấp liệu vừa khuấy trộn, sau mỗi lần cấp liệu duy trì khuấy 30 phút trước khi cấp thành phần tiếp theo. Khi cấp liệu 48 xong, duy trì khuấy trộn tại nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt để giảm nhiệt độ từ từ và tiếp tục khuấy trộn đến nhiệt độ phù hợp để đúc rót. - Phương án 3: Cấp TNT vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC và khuấy trộn đến khi TNT nóng chảy hoàn toàn. Sau đó lần lượt cấp chất thuần hóa, RDX, bột Al vào thùng trộn, sau mỗi lần cấp liệu duy trì khuấy 30 phút trước khi cấp thành phần tiếp theo. Khi cấp liệu xong, duy trì khuấy trộn liên tục tại nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt để giảm nhiệt độ từ từ và tiếp tục khuấy trộn đến nhiệt độ phù hợp để đúc rót. - Phương án 4: Cấp TNT vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC và khuấy trộn đến khi TNT nóng chảy hoàn toàn. Sau đó cấp bột Al vào thùng trộn, vừa cấp liệu vừa khuấy trộn. Cuối cùng, cấp thuốc nổ RDX được thuần hóa bởi xerezin. Sau khi cấp liệu xong, duy trì khuấy trộn liên tục tại nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt để giảm nhiệt độ từ từ và tiếp tục khuấy trộn đến nhiệt độ phù hợp để đúc rót. - Phương án 5: Cấp khoảng 4/5 lượng TNT vào thùng trộn đã được gia nhiệt ở (95 ± 1) oC và khuấy trộn đến khi TNT nóng chảy hoàn toàn. Sau đó lần lượt cấp bột Al, RDX, chất thuần hóa vào thùng trộn, vừa cấp liệu vừa khuấy trộn, sau mỗi lần cấp liệu duy trì khuấy 30 phút. Khi cấp liệu xong, duy trì khuấy trộn liên tục tại nhiệt độ trên cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất, sau đó ngừng gia nhiệt, tiếp tục duy trì khuấy trộn và giảm nhiệt độ đến 87 oC thì cấp phần TNT còn lại ở dạng bột (kích thước hạt từ 0,1  0,2 mm) vào, tiếp tục khuấy và làm nguội từ từ đến khi đạt nhiệt độ phù hợp để đúc rót. 2.2.3. Xác định công thức phân tử giả định, hệ số cân bằng oxy và hệ số oxy của thuốc nổ hỗn hợp chứa Al - Tính toán công thức phân tử giả định của thuốc nổ: giả sử thuốc nổ hỗn hợp được tạo thành từ k cấu tử, công thức phân tử của các cấu tử này có ạng: Ca1Hb1Oc1Nd1Ale1 đối với cấu tử thứ nhất, Ca2Hb2Oc2Nd2Ale2 đối với cấu tử thứ hai, v.v Hàm lượng phần trăm của các cấu tử trong hệ là: 1, 2, 3, , k. 49 Coi một trong số các cấu tử của hệ (ví ụ, cấu tử thứ nhất là chất cơ bản, ta đặt số mol của nó trong hệ bằng N1 = 1. Khi đó, số mol của một cấu tử bất kỳ khác Ni (i = 2, 3, , k được tính trên cơ sở 1 mol chất cơ bản trong hệ đó sẽ được tính theo công thức (2.1). i i i M M N  1 1 (2.1) trong đó: Mi – phân tử khối của cấu tử thứ i. Các hệ số a, b, c, d, e trong công thức phân tử giả định của chất nổ đa cấu tử được tính theo các công thức ( . đến 2.6). ;/ 1 1      k i k i iii NNaa (2.2) ;/ 1 1      k i k i iii NNbb (2.3) ;/ 1 1      k i k i iii NNcc (2.4) ;/ 1 1      k i k i iii NNdd (2.5) ;/ 1 1      k i k i iii NNee (2.6) Phân tử khối giả định (M của hệ đa cấu tử tính theo công thức (2.7).    k i i iMM 1 100  (2.7) au khi tính được các hệ số a, b, c, d, e và M, Kb (phản ánh lượng oxy thừa hoặc thiếu so với lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các nguyên tố chất cháy) được tính theo công thức (2.8). %100. 16.) 2 3 2 2( M eb ac Kb         (2.8) Trong đó a, b, c, d, e lần lượt là số nguyên tử gam của cacbon, hidro, oxy, nitơ và l tương ứng trong 1 mol chất. 50 Hệ số oxy A (phản ánh tỷ lệ giữa lượng oxy sẵn có và lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các nguyên tố chất cháy được xác định theo công thức (2.9). %100. 2 3 2 2 eb a c A   (2.9) 2.2.4. Xác định thành phần thuốc nổ Xác định hàm lượng RDX, TNT, Al và chất thuần hóa trong mẫu được thực hiện theo Quy trình phân tích đã được ban hành. a) Hàm lượng Al được xác định theo phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử (ICP). Mẫu được nghiền nhỏ, cân khoảng 0,5 g cho vào cốc thủy tinh chịu nhiệt 50 ml, thêm 0 ml HCl đặc hoặc 0 ml hỗn hợp nước cường thủy. Đun nóng nhẹ trên bếp điện khoảng 30 phút, sau đó cô đến gần cạn (còn khoảng 2 ml); lấy ra để nguội, thêm 10 ml HCl (1:1 , chuyển toàn bộ lượng mẫu vào bình định mức 50 ml, thêm nước cất tới vạch mức. Để yên bình định mức giờ, lọc lấy (10  15 ml qua màng lọc 0,45 µm và tiến hành phân tích trên thiết bị CP theo quy trình để xác định hàm lượng Al. b) Xác định tổng hàm lượng TNT và X: Tổng hàm lượng TNT và X được xác định theo phương pháp khối lượng sau khi hòa tan, lọc rửa toàn bộ TNT và X bằng axeton nóng bão hòa chất thuần hóa. Cân 3 g mẫu cho vào phễu lọc xốp 4. Thêm 30 ml axeton nóng bão hòa chất thuần hóa, khuấy đều bằng đũa thủy tinh khoảng 5 phút, sau đó lọc hút chân không; lặp lại quá trình rửa hòa tan TNT và X như trên 5 lần, mỗi lần sử ụng 30 ml axeton nóng bão hòa chất thuần hòa; cuối cùng tráng rửa phễu lọc xốp, đũa thủy tinh bằng axeton nóng bão hòa chất thuần hóa đến khi hết X, TNT. au khi lọc rửa xong, phần phễu lọc và chất chưa hòa tan ( l và chất thuần hóa được sấy trong tủ sấy chân không ở 50 oC đến khối lượng không đổi, để nguội trong bình chống ẩm và cân khối lượng, tính tổng hàm lượng (hỗn hợp 1 ; phần ịch lọc được chuyển vào cốc 500 ml, cô cạn trên bếp cách thủy tại nhiệt độ khoảng 70 oC thu được hỗn hợp TNT và X (hỗn hợp ). 51 c) Chất thuần hóa được xác định theo phương pháp trừ phần khối lượng của l có trong hỗn hợp 1 sau khi biết hàm lượng của l. d) Xác định hàm lượng TNT, X Hàm lượng TNT được xác định theo phương pháp khối lượng sau khi hòa tan mẫu trong CH2Cl2 bão hòa RDX. Cân 3 g mẫu vào cốc mỏ 50 ml đã biết khối lượng (m1). Thêm 50 ml CH2Cl2 bão hòa X, khuấy đều, lọc hút chân không qua phễu 4 đã biết khối lượng (m2); lặp lại quá trình rửa như trên 5 lần, mỗi lần 50 ml ung môi cho đến khi hết TNT (Kiểm tra sự hòa tan hết TNT trong mẫu bằng NaOH/CH5OH). Tiến hành sấy cốc 50 ml và phễu 4 ở nhiệt độ 50 o C trong tủ sấy chân không đến khối lượng không đổi (m3). Hàm lượng TNT = 100 % - (m3-m1-m2) x 100/m. Hàm lượng X được xác định là phần còn lại sau khi biết hàm lượng Al, xerezin và TNT. 2.2.5. Xác định nhiệt lượng nổ a) Nguyên lý: Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ được xác định bằng cách đo sự biến thiên nhiệt độ của nước sau khi kích nổ một lượng thuốc nổ nhất định trong bom nhiệt lượng kế. b) Cách tiến hành - Phương pháp tạo mẫu: Thuốc nổ được nghiền và sàng rây trong phòng có độ ẩm không lớn hơn 65 %RH, lấy phần kích thước hạt thuốc nổ lọt sàng 0,3 mm và đem sấy trong tủ sấy chân không ở (50 ± 2) oC trong giờ, sau đó đặt trong bình hút ẩm 30 phút trước khi cân. Khối lượng mỗi mẫu thử nghiệm ( 5,00 ± 0,01 g được nén ép vào ống hình trụ bằng đồng đường kính (30 ± 0,5) mm ở mật độ (1, ± 0,1 g/cm3. - Phương pháp đo: Quá trình thử nghiệm được tiến hành trên thiết bị đo nhiệt lượng nổ chuyên ụng C -5 trong môi trường khí nitơ ở (25 ± 1) bar. Mẫu được kích nổ bằng kíp nổ điện vi sai hầm lò vỏ đồng số 6. Nhiệt lượng nổ của mẫu thuốc nổ được tính theo công thức (2.10). 52 Qn = (2.10) Trong đó, Qtổng là tổng nhiệt lượng của hệ, tính bằng cal; Qkíp là nhiệt lượng nổ của kíp nổ, tính bằng cal; m là khối lượng của mẫu, tính bằng g. Kết quả là giá trị trung bình của hai lần thử, làm tròn đến 0,1 cal/g. 2.2.6. Phương pháp xác định tốc độ nổ a) Nguyên lý: Dùng máy đo thời gian xác định thời gian sóng nổ truyền qua một chiều dài nhất định trên thỏi thuốc, từ đó xác định tốc độ nổ của nó. b) Cách tiến hành: - Phương pháp tạo mẫu: + Tại mật độ 1,25 g/cm3: Mẫu được nghiền và sàng qua sàng 0,3 mm, sấy trong tủ sấy chân không ở (50 ± 2) oC trong 2 giờ, sau đó đặt trong bình hút ẩm 30 phút trước khi cân. Cân khối lượng mẫu theo tính toán và nhồi vào ống nhựa Ø27 mm x L320 mm. Khoan 02 lỗ cách nhau 50 mm để đặt dây quang. + Mẫu đo tại mật độ thực: Đúc thuốc nổ vào ống hình trụ có kích thước trong 60 mm x L90 mm. Khoan 02 lỗ cách nhau 50 mm để đặt dây quang. - Phương pháp đo và tính toán kết quả: ử ụng máy đo thời gian theo nguyên lý đo quang. Trình tự tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 64 :1 8 [2]. 2.2.7. Phương pháp xác định khả năng đập vụn theo độ nén trụ chì a) Nguyên lý: Dùng khối thuốc nổ có khối lượng nhất định nhồi trong ống giấy hình trụ. Đặt khối thuốc lên một khối trì hình trụ có cùng đường kính. Kích nổ khối thuốc nổ, ưới tác dụng của lực nổ trụ chì bị biến dạng. Hiệu số chiều cao của trụ chì trước và sau khi nổ là trị số biểu hiện sức phá của thuốc nổ. b) Cách tiến hành: - Phương pháp tạo mẫu: Mẫu thuốc nổ được nghiền và sàng qua sàng 0,3 mm, sấy trong tủ sấy chân không ở (50 ± 2) oC trong khoảng 2 giờ, sau đó đặt trong bình hút ẩm khoảng 30 phút trước khi cân. Cân khối lượng mẫu (50 ± 0,1) g, nhồi ở mật độ 1,25 g/cm3 vào trong ống chứa thuốc nổ có đường kính 40 mm. - Phương pháp đo và tính toán kết quả: Xác định khả năng đập vụn của thuốc nổ theo độ nén trụ chì theo tiêu chuẩn TCVN 64 1:1 8 [1]. 53 2.2.8. Phương pháp xác định khả năng sinh công trên con lắc xạ thuật a) Nguyên lý: Khi mẫu thuốc nổ được kích nổ, sản phẩm nổ sẽ sinh ra một công A1 đẩy quả lắc dịch chuyển về phía sau, bút ghi sẽ ghi lại chiều dài cung dịch chuyển của quả lắc. Đồng thời, sản phẩm nổ còn tạo ra công A2 đẩy quả đạn thép bay về phía trước ngược chiều chuyển dịch của quả lắc. Tổng giá trị công A1 và A2 là công của thuốc nổ. b) Cách tiến hành: - Phương pháp tạo mẫu: Mẫu thuốc nổ được nghiền và sàng qua sàng 0,3 mm, sấy trong tủ sấy chân không ở (50 ± 2) oC trong khoảng 2 giờ, sau đó đặt trong bình hút ẩm khoảng 30 phút trước khi cân. Cân khối lượng (10 ± 0,1) g, nhồi ở mật độ 1,25 g/cm3 vào ống đường kính 30 mm. - Phương pháp đo và tính toán kết quả: Trình tự tiến hành xác định khả năng sinh công của thuốc nổ trên con lắc xạ thuật được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 6424:1998 [3] và tính toán giá trị công nổ tương đối so với công nổ của thuốc nổ TNT. Ngoài phương pháp đo đạc thực nghiệm nêu trên, còn có phương pháp tính toán lý thuyết về công nổ. Theo tài liệu [28], [45], khả năng sinh công của thuốc nổ bằng tích của nhiệt lượng nổ với thể tích sản phẩm khí nổ (QxV) và giá trị này cũng được so sánh tương đối với một loại thuốc nổ khác. 2.2.9. Đo áp suất dư xung áp suất dư Xác định áp suất ư, xung áp suất ư của thuốc nổ ngoài không khí được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị thu thập, xử lý tín hiệu đa kênh và các đầu đo áp suất chuyên ụng [38]. Liều thuốc nổ đúc hình trụ có kích thước 60 mm x 90 mm, khối lượng khoảng 350 g, sử dụng kíp nổ điện số 8 vỏ nhôm và trạm nổ - X-1 hình trụ 24 mm x L24 mm để kích nổ khối thuốc. Thử nghiệm tiến hành ngoài không khí, 04 đầu đo áp suất được đặt tại các vị trí cách liều nổ kiểm tra lần lượt là 3,0 - 4,0 - 5,0 và 6,0 m. Đường cong áp suất ư theo thời gian tại các khoảng cách khác nhau được ghi đo bằng thiết bị thu thập và xử lý tín hiệu đa kênh. 54 2.2.10. Phương pháp xác định độ nhớt động lực học của thuốc nổ a) Nguyên lý: Độ nhớt động lực của mẫu thuốc nổ được xác định bằng nhớt kế đo mômen xoắn sinh ra trên một trục chuyên ụng được nhúng trong mẫu ở độ sâu nhất định và quay ở một tốc độ cố định [38]. b Cách tiến hành: Cốc chứa mẫu để đo độ nhớt chứa khoảng 400 g thuốc nổ, được ổn nhiệt bằng nước nóng tuần hoàn và khuấy liên tục. Khi nhiệt độ của mẫu ổn định tại giá trị cài đặt, cẩn thận nhúng trục chuyên ụng và bộ phận che chắn vào chính giữa cốc chứa mẫu cho tới khi bề mặt của mẫu nằm ở điểm giữa của vạch đánh ấu trên trục chuyên ụng. Chọn tốc độ quay và loại trục trên màn hình điều khiển của thiết bị Brookfiel . ật công tắc động cơ, chờ sau 30 s thì đọc trị số độ nhớt hiển thị trên màn hình. Nếu trị số đọc được có mô men xoắn nằm trong khoảng từ 0 % đến 0 % là phù hợp, nếu không phải thay đổi tần số quay của trục hoặc sử ụng trục khác tùy trường hợp. Đọc trị số độ nhớt động lực của thuốc nổ trên màn hình thiết bị. Nhiệt độ khảo sát độ nhớt của mỗi mẫu tiến hành đầu tiên tại 5 oC, sau đó lần lượt là 0 oC, 85 oC và 80 oC. Tại mỗi giá trị nhiệt độ tiến hành đo 3 lần và lấy giá trị trung bình. 2.2.11. Phương pháp xác định độ bền nén của thuốc nổ a) Nguyên lý: Xác định độ bền cơ lý (bền nén của thuốc nổ được tiến hành bằng cách tăng ần lực nén lên thỏi thuốc nổ hình trụ đến khi thỏi thuốc bị phá vỡ cấu trúc. b Cách tiến hành: Mẫu thuốc nổ hình trụ có kích thước 10 x H15 mm. Quá trình thử nghiệm tiến hành bảo ôn mẫu ở 5 oC trong buồng bảo ôn của thiết bị. au đó tiến hành tăng từ từ lực nén đến khi thỏi thuốc bị phá vỡ. Điểm mà lực nén giảm đột ngột được xác định là áp suất chịu nén của thuốc nổ. Tiến hành thử nghiệm 3 mẫu song song, lấy giá trị trung bình của các lần đo, làm tròn đến 1,0 psi. Chênh lệch giữa các phép đo song song không lớn hơn ± 5%. 55 2.2.12. Phương pháp xác định mật độ của thuốc a) Nguyên lý: Phương pháp đo mật độ của mẫu thuốc nổ dựa trên việc cân thủy tĩnh mẫu thuốc nổ trong nước ở nhiệt độ 25 oC. b) Phương pháp tiến hành Trường hợp xác định mật độ trung bình của cả thỏi thuốc thì để nguyên thỏi thuốc để cân. Trường hợp đo mật độ cục bộ thì sử dụng các mảnh thuốc nổ tại các vị trí cần xác định mật độ. Trình tự xác định mật độ của thuốc nổ thực hiện theo tiêu chuẩn TQSA hiện hành. 2.2.13. Phương pháp xác định độ an định chân không a) Nguyên lý: Phương pháp xác định độ an định chân không của thuốc nổ dựa trên việc đo thể tích sản phẩm khí thoát ra khi nung nóng mẫu ở 100 oC trong ống nghiệm thủy tinh [9]. b) Cách tiến hành Mẫu thuốc nổ được nghiền và sàng qua sàng 0,3 mm, sấy trong tủ sấy chân không ở (50 ± 2) oC trong khoảng 2 giờ, sau đó đặt trong bình hút ẩm khoảng 30 phút trước khi cân. Cân khối lượng (5,0 ± 0,2) g và cho vào trong ống nghiệm đường kính 1,8 cm, ài 1,5 cm. Trước khi thí nghiệm hút chân không đến 5 mmHg. Nung nóng mẫu ở (100 ± 0,5) oC trong 40 giờ. au đó đo thể tích sản phẩm khí phân hủy đã để nguội ở nhiệt độ phòng (25 ± 1) oC. 2.2.14. Phương pháp ph n tích nhiệt tính năng lượng hoạt hóa a) Phân tích nhiệt vi sai Phân tích nhiệt vi sai (DTA) được sử dụng để quan sát quá trình biến đổi kèm theo hiệu ứng nhiệt khi gia nhiệt mẫu [5]. Các thí nghiệm xác định quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ RDX, TNT, TGA (TNT/RDX/Al) và TGAP (TNT/RDX/Al/Chất thuần hóa được thực hiện bằng các thiết bị phân tích nhiệt vi sai model DTD 404EF trong điệu kiện môi trường. Điều kiện thí nghiệm: Thuốc nổ RDX, TGA và TGAP được sấy trong tủ sấy chân không ở (60  65) oC trong 6 giờ; Mẫu TGA và TGAP được nghiền và sàng lấy kích thước trên sàng 0,08 mm và ưới sàng 0,16 mm; X để nguyên 56 kích thước hạt. Khối lượng mẫu (5,0 ± 0, mg được cho vào cốc bằng oxit nhôm thiêu kết; tốc độ gia nhiệt là 4, 6, 8, 10 K/phút. b) Tính năng lượng hoạt hóa của quá trình phân hủy nhiệt Tham số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ X, TGA và TGAP được tính toán theo phương trình Kissinger (2.11) để nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến động học quá trình phân hủy nhiệt của X. ln(i/Tpi 2 ) = ln(A.R/Ea) – Ea/(R.Tpi) (2.11) Trong đó, i là tốc độ gia nhiệt, K/phút; Tpi là nhiệt độ pic tỏa nhiệt tại i, tính bằng K; Ea là năng lượng hoạt hóa, tính bằng /mol; là hằng số khí lý tưởng, bằng 8.314 J/mol.K. 2.2.15. Một số phương pháp đánh giá độ tương hợp a Đánh giá sự tương hợp dựa trên kết quả phân tích Stabil Đánh giá sự tương hợp của chất thuần hóa với các thành phần khác có trong thuốc nổ TGA theo tiêu chuẩn STANAG 4147 [10] dựa trên hiệu số giữa thể tích sản phẩm khí nổ sinh ra bằng phương pháp đo độ an định chân không Stabil của hỗn hợp thuốc nổ TGA với chất thuần hóa (TGAP) và của riêng thuốc nổ TGA. Sự tương hợp được coi như “tốt” khi trị số này < 3 ml; được coi như “không chắc chắn” khi trị số này nằm trong khoảng (3  5) ml; hai vật liệu được coi là không tương hợp khi trị số này lớn hơn 5 ml [57]. b Đánh giá sự tương hợp dựa trên kết quả phân tích nhiệt Đánh giá sự tương hợp của chất thuần hóa với các thành phần trong thuốc nổ TGA theo tiêu chuẩn STANAG 4147 [10] dựa trên hiệu số (T) giữa nhiệt độ pic tỏa nhiệt của thuốc nổ TGAP với nhiệt độ pic tỏa nhiệt của thuốc nổ TGA. Nếu T < 4 oC thì giữa chất thuần hóa và các thành phần trong hệ được coi là tương hợp; nếu T trong khoảng (4  20) oC được xem là không chắc chắn, cần có phương pháp khác để kiểm chứng sự tương hợp; nếu T > 20 oC được coi là không tương hợp. 57 3. Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu lựa chọn chất thuần hóa Naphtalen, β-naphtol, wax 8, xerezin, hỗn hợp xerezin - axit stearic, xerezin - tristearin được sử dụng làm chất thuần hóa cho các loại thuốc nổ khác nhau, việc lựa chọn chất thuần hóa cho mỗi loại thuốc nổ dựa trên việc đánh giá về sự tương hợp của chúng với thành phần khác trong thuốc nổ. Độ tương hợp có thể được đánh giá bằng cách sử dụng riêng hoặc đồng thời các phương pháp như phân tích nhiệt ( C, T , T , xác định độ an định chân không, phân tích mẫu sau già hóa. Với mục đích lựa chọn chất thuần hóa phù hợp với mẫu thuốc nổ nghiên cứu, có thể cố định hàm lượng các cấu tử RDX, TNT, bột Al. Dựa theo tài liệu nước ngoài đã công bố về thành phần của một số mác thuốc nổ như T P-5, HBX-1, TGAP-5 , đề tài luận án lựa chọn hàm lượng các cấu tử trong mẫu thuốc nổ gồm: 40 % RDX, 17 % bột Al, (38  35) % TNT, (5  8) % chất thuần hóa. Việc chế tạo mẫu thuốc nổ được tiến hành theo mục 2.2.2; thử nghiệm để đánh giá độ tương hợp theo các phương pháp: quan sát bề mặt, phân tích nhiệt T và xác định độ an định chân không Stabil. 3.1.1. Ảnh hưởng của chất thuần h a đến sự đồng nhất của mẫu a) Sử dụng naphtalen Hình 3.1 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa 5% naphtalen. a - Bề mặt mẫu khi nóng chảy b - Bề mặt mẫu khi nguội Hình 3.1 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5% naphtalen 58 Kết quả nghiên cứu cho thấy, hỗn hợp có hiện tượng tách pha không đồng nhất, naphtalen bị thăng hoa tại (80  82) oC. o đó, naphtalen không phù hợp dùng làm chất thuần hóa trong thuốc nổ hỗn hợp nghiên cứu. b) Sử dụng β-naphtol Hình 3.2 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa β-naphtol. a - Bề mặt mẫu khi nóng chảy b - Bề mặt mẫu khi nguội Hình 3.2 Bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % β-naphtol Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi khuấy trộn ở nhiệt độ (95 ± 1) oC, β- naphtol không bị nóng chảy và nổi lên trên bề mặt, làm cho thuốc nổ nhận được có thành phần kém đồng nhất. Bên cạnh đó, naphtalen có trong β-naphtol bị thăng hoa khi gia nhiệt, tạo thành tinh thể màu xanh rêu. Vì vậy, β-naphtol không phù hợp dùng làm chất thuần hóa trong thuốc nổ nghiên cứu. c) Sử dụng wax 8 Hình 3.3 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ hỗn hợp chứa 5% wax 8. a - bề mặt mẫu khi nóng chảy b - bề mặt mẫu khi nguội Hình 3.3 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % wax 8 59 Kết quả nghiên cứu khi sử dụng wax 8 cho thấy, bột Al bị co cụm thành từng mảng, thành phần thuốc nổ kém đồng nhất. Kết quả này phù hợp với những nhận định theo tài liệu [45], nguyên nhân có thể do wax 8 là sáp chống ính làm cho Al bị vón cục, vì thế wax 8 không phù hợp dùng làm chất thuần hóa. d) Sử dụng xerezin Hình 3.4 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ sử dụng 5 % và 8 % xerezin khi làm nguội. a - bề mặt mẫu chứa 5 % xerezin b - bề mặt mẫu chứa 8 % xerezin Hình 3.4 Ảnh bề mặt TGAP sử dụng 5 % và 8 % xerezin Hình ảnh bề mặt của mẫu chứa 6 % và 7 % xerezin cũng tương tự như mẫu chứa 5% xerezin, các mẫu đều có màu sắc đồng nhất, thành phần đồng đều. Lượng (5  7) % xerezin trong thuốc nổ phù hợp với công bố về thành phần chất thuần hóa của thuốc nổ MC, MC-S, ТGАP-5М. Với mẫu chứa 8 % xerezin, quá trình làm nguội xuất hiện lớp chất thuần hóa sát thành của thùng trộn và bị co ngót tạo các lỗ nhỏ, có thể là o hệ đã đạt đến mức độ bão hòa xerezin. e) Sử dụng hỗn hợp xerezin (60 %) và axit stearic (40 %) Hình 3.5 thể hiện bề mặt mẫu thuốc nổ sử dụng hỗn hợp chứa 60 % xerezin và 40 % axit stearic (XS-60/40) khi nóng chảy (a) và làm nguội (b). Kết quả nghiên cứu cho thấy, một phần bột Al bị đẩy lên bề mặt, hỗn hợp không đồng đều về thành phần. Vì vậy, hỗn hợp XS-60/40 không phù hợp sử dụng làm chất thuần hóa. 60 a – Bề mặt mẫu khi nóng chảy b – Bề mặt mẫu khi nguội Hình 3.5 Ảnh bề mặt mẫu TGAP sử dụng 5 % hệ XS-60/40 f) Sử dụng hỗn hợp xerezin (60 %) và tristearin (40 %) Hình 3.6 thể hiện bề mặt hệ mẫu thuốc nổ sử dụng hỗn hợp 60 % xerezin và 40 % tristearin (XT-60/40) khi nguội. a – Bề mặt mẫu chứa 6 % XT-60/40 b – Bề mặt mẫu chứa 8 % XT-60/40 Hình 3.6 Ảnh bề mặt TGAP sử dụng 6 % và 8 % XT-60/40 Hình ảnh bề mặt của mẫu chứa 5 % và 7 % hỗn hợp XT-60/40 tương tự mẫu chứa 6% hỗn hợp XT-60/40, các mẫu đều đồng nhất về thành phần tương tự như khi sử dụng riêng xerezin. Trường hợp mẫu chứa 8 % hỗn hợp XT-60/40 cũng xuất hiện lớp chất thuần hóa sát thành của thùng trộn và bị co ngót tương tự xere in. Như vậy, hỗn hợp XT-60/40 cũng có thể sử ụng trong hỗn hợp TG với hàm lượng thích hợp từ (5  7) %. 61 Bảng 3.1 trình bày các đặc điểm của mẫu sử dụng các chất thuần hóa khác nhau, thành phần RDX/TNT/Al cố định là 40/42/18 % khối lượng. Bảng 3.1 Đặc điểm bề mặt mẫu TGAP sử dụng các loại chất thuần hóa STT Mẫu thuốc nổ TGAP Đặc điểm mẫu 1 Mẫu sử dụng naphtalen Hỗn hợp bị tách lớp với lớp bên trên có màu xanh rêu, có hiện tượng thăng hoa naphtalen trong quá trình gia nhiệt. 2 Mẫu sử dụng β-naphtol Chất thuần hóa không tan tại nhiệt độ gia nhiệt. Naphtalen có trong β- naphtol bị thăng hoa. 3 Mẫu sử dụng wax 8 Bột nhôm bị co cụm (đông tụ), khối thuốc kém đồng nhất về thành phần hóa học. 4 Mẫu sử dụng xerezin Hỗn hợp đồng nhất về thành phần, có màu xám 5 Mẫu sử dụng hỗn hợp XS-60/40 Hỗn hợp bị tách lớp, chuất thuần hóa nổi lên trên cùng với lớp bột nhôm, khối thuốc kém đồng nhất. 6 Mẫu sử dụng hỗn hợp XT-60/40 Hỗn hợp đồng nhất, màu xám. Hình 3.7 là hình ảnh phóng đại (40 lần trên kính hiển vi) bề mặt các mẫu thuốc nổ ở trạng thái rắn khi sử dụng các chất thuần hóa khác nhau, giúp thể hiện rõ ràng hơn về mức độ đồng đều của các thành phần có trong hỗn hợp thuốc nổ nghiên cứu. Kết quả cho thấy, trong số các chất thuần hóa đã sử dụng, xerezin hoặc hỗn hợp XT-60/40 là những chất phù hợp hơn cả để dùng cho thuốc nổ hỗn hợp chứa RDX, TNT và Al, khi đó mẫu thuốc nổ hỗn hợp thu được có độ đồng nhất cao về thành phần, màu sắc đồng đều, không có hiện tượng bột Al bị vón cục, tách lớp hoặc các chất bị thăng hoa. 62 a - TGAP sử dụng 5 % β-naphtol b - TGAP sử dụng 5 % naphtalen c - TGAP sử dụng 5 % wax 8 d - TGAP sử dụng 5 % XS-60/40 e - TGAP sử dụng 5 % xerezin f - TGAP sử dụng 5 % XT-60/40 Hình 3.7 Ảnh phóng đại 40 lần mẫu TGAP sử dụng 5 % chất thuần hóa 3.1.2. Đánh giá độ ph n hủ nhiệt của mẫu Các mẫu thuốc nổ RDX, TGA (tỷ lệ RDX/TNT/Al là 40/42/18 %) và TGAP (tỷ lệ TNT/RDX/Al/xerezin là 42/40/18/(5  8) % được thử nghiệm xác định sự phân hủy nhiệt trên thiết bị DTA, nhằm đánh giá sơ bộ mức độ tương hợp của chất thuần hóa với các thành phần còn lại gồm RDX, TNT và Al. 63 Hình 3.8 thể hiện đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ X tại tốc độ gia nhiệt 4, 6, 8, 10 K/phút. a - Đường phân hủy nhiệt DTA b - Vi phân đường phân hủy nhiệt Hình 3.8 Đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ X Đường phân hủy nhiệt của X trong hình 3.8a đều có hai pic xuất hiện, đầu tiên là pic thu nhiệt tương đối sắc nhọn với nhiệt độ đỉnh pic trong khoảng 205,8 o C đến 207,0 oC, tương ứng với quá trình nóng chảy của X. Ngay sau pic thu nhiệt là pic tỏa nhiệt mạnh, chứng tỏ X tự phân hủy ngay sau khi nóng chảy. Nhiệt độ pic thu nhiệt và pic tỏa nhiệt tăng khi tốc độ gia nhiệt tăng. Đường vi phân đường nét đứt) các pic tỏa nhiệt của X trên hình 3.8b đều có 2 pic, pic đầu tiên được cho là do sự phá vỡ các liên kết N-N và pic thứ hai được cho là phá vỡ các liên kết C-N, phù hợp với công bố trong tài liệu [22]. Hình 3. thể hiện đường phân hủy nhiệt T của thuốc nổ TGA tại các tốc độ gia nhiệt 4, 6, 8,10 K/phút. a - Đường phân hủy n