Nghiên cứu ảnh hưởng của một số hệ phụ gia, xúc tác cháy đơn và hỗn hợp đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA

Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ HỆ PHỤ GIA, XÚC<br /> TÁC CHÁY ĐƠN VÀ HỖN HỢP ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY<br /> CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA<br /> Lê Duy Bình1, Phạm Văn Toại2, Nguyễn Việt Bắc1<br /> <br /> Tóm tắt: Trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy<br /> salixilat chì, phtalat chì đồng và hỗn hợp PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano),<br /> Co3O4 (≤ 10µm), spinen và salixilat chì với Ckt đến quy luật tốc độ cháy của thuốc<br /> phóng keo trên nền NC-NG-DINA cho thấy, xúc tác cháy phtalat chì đồng hoặc các<br /> hỗn hợp của PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano), Co3O4 (≤ 10µm) hoặc spinen<br /> cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hiệu quả xúc<br /> tác cháy kém hơn so với salixilat chì không có Ckt. So với hệ xúc tác cháy PbO với<br /> Ckt đã nghiên cứu thì salixilat chì cho tốc độ cháy cao hơn và quá trình cháy ít phụ<br /> thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, với tỷ lệ 2,1 % salixilat chì + 1,7<br /> % CaCO3 cho U100 = 13,65 mm/s và hệ số mũ ν = 0,40. Với kết quả nghiên cứu đạt<br /> được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác cháy salixilat chì để thay thế<br /> hỗn hợp PbO với Ckt cho thuốc phóng NDSI-2K là có triển vọng.<br /> Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia xúc tác cháy (salixilat chì, phtalat chì<br /> đồng; Spinen; PbO; Co3O4(nano); Co3O4(≤10µm), Ckt, CaCO3).<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ phụ gia, xúc tác cháy trên cơ sở PbO, Ckt và CaCO3 đến<br /> quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA cho thấy, với tỷ<br /> lệ xúc tác cháy tối ưu là 0,8 % PbO + 1,7 % CaCO3 + 0,1 % Ckt mặc dù cho hiệu quả xúc<br /> tác cháy đạt yêu cầu, tuy nhiên, hệ số mũ ν vẫn còn cao. Do đó, sự cần thiết phải nghiên<br /> cứu lựa chọn hệ xúc tác cháy khác để có thể tăng thêm tốc độ cháy đồng thời giảm thiểu<br /> sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất.<br /> Nối tiếp các kết quả nghiên cứu đã đạt được, bài báo này giới thiệu kết quả khảo sát<br /> một số hệ phụ gia, xúc tác cháy đơn và hỗn hợp khác, bao gồm: salixilat chì, phtalat chì<br /> đồng và hỗn hợp của PbO với Co3O4 (kích thước hạt nano), Co3O4 (≤ 10µm), spinen và<br /> salixilat chì với phụ gia Ckt.<br /> 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 2.1. Đối tượng nghiên cứu<br /> - Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA với các hệ phụ gia,<br /> xúc tác cháy gồm: Ckt, CaCO3, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen, Co3O4 (kích<br /> thước hạt nano) và Co3O4 (kích thước hạt ≤ 10µm).<br /> - Phạm vi nghiên cứu: các quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất và<br /> hàm lượng của các chất phụ gia, xúc tác cháy.<br /> 2.2. Phương pháp nghiên cứu<br /> 2.2.1. Phương pháp tính toán thiết kế đơn thành phần<br /> Trong phạm vi nghiên cứu của bài báo này, nhóm tác giả đã xác lập đơn thành phần<br /> mẫu nền trên cơ sở hướng tới thuốc phóng NDSI-2K [1, 2, 3, 4]. Đơn thành phần mẫu nền<br /> phục vụ quá trình nghiên cứu, được cho trong bảng 1.<br /> Các chất phụ gia, xúc tác cháy Ckt, CaCO3, PbO, salixilat chì, phtalat chì đồng, spinen,<br /> Co3O4 (kích thước hạt nano) và Co3O4 (kích thước hạt ≤ 10µm) được lựa chọn trên cơ sở<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 149<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> khi thay thế vào công thức tính toán nhiệt lượng, đảm bảo chênh lệch nhau không lớn<br /> nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cháy (nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của<br /> thuốc phóng. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy được cho trong bảng 2.<br /> Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Nitrat xenlulo (NC), % 58,5 ± 0,05<br /> 2 Nitro glyxerin (NG), % 28,0 ± 0,05<br /> 3 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), % 8,60 ± 0,02<br /> 4 Xentralit số 2, % 1,40 ± 0,01<br /> 5 Vazơlin, % 0,70 ± 0,01<br /> Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia, xúc tác cháy.<br /> TT Thành phần Hàm lượng<br /> 1 Canxi cacbonat (CaCO3), % 1,70<br /> 2 Chì (II) oxít (PbO), % 0,80<br /> 3 Co3O4 (kích thước hạt nano), % 0,80<br /> 4 Co3O4 (≤10µm), % 0,80<br /> 5 Phtalat chì đồng, % 0,80<br /> 6 Salixilat chì, % 0,80 ÷ 2,60<br /> 7 Spinen, % 0,80<br /> 8 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0,10<br /> Với đơn thành phần mẫu nền cho trong bảng 1 và các phụ gia, xúc tác cháy cho trong<br /> bảng 2, khi tính toán nhiệt lượng cháy thông qua công thức thực nghiệm [5] đều cho kết<br /> quả từ 1065 cal/g đến 1070 cal/g. Như vậy, chênh lệch nhiệt lượng giữa các mẫu nghiên<br /> cứu không lớn và hoàn toàn nằm trong vùng cho phép.<br /> 2.2.2. Phương pháp tạo mẫu<br /> Tạo mẫu (thỏi) thuốc phóng: các hợp phần được phối trộn theo đơn thành phần đã xác<br /> định (bảng 1) trong môi trường nước ở 55oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ,<br /> modul bằng 6/1 [tỷ lệ nước so với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromas) qui khô]. Nitromas<br /> sau công đoạn trộn được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau<br /> đó được định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia (bảng 2). Mẫu không<br /> cho phụ gia gọi là mẫu nền được ký hiệu MĐ00 và mẫu nền thêm phụ gia được ký hiệu<br /> MĐi (i ≥ 1). Tiến hành cán keo hóa mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95oC và<br /> đúc ép định hình ở 72oC đến 76oC (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau<br /> khi nén ép định hình có dạng hình trụ, đường kính 7 mm và được cắt thành các đoạn ngắn,<br /> có chiều dài khoảng 70 mm.<br /> 2.2.3. Phương pháp đo tốc độ cháy<br /> Đo tốc độ cháy ở các áp suất không đổi, từ 10 at đến 100 at, trong bom đo áp, ở môi<br /> trường khí trơ, theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001.<br /> 2.2.4. Phương pháp tính toán thông số hiệu quả xúc tác cháy<br /> Hiệu quả xúc tác cháy được thể hiện qua đại lượng Z(p), là tỷ số giữa tốc độ cháy của<br /> mẫu chứa xúc tác cháy với mẫu nền tại áp suất cháy tương ứng.<br /> Đại lượng Z(p) được tính qua biểu thức:<br /> U ( p)<br /> Z ( p) <br /> U (0 p )<br /> Trong đó: - U(p) là tốc độ cháy của mẫu chứa xúc tác cháy tại áp suất P, mm/s;<br /> <br /> <br /> <br /> 150 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> - U(0p) là tốc độ cháy của mẫu nền tại áp suất P, mm/s.<br /> 2.2.5. Phương pháp xác định các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy<br /> Như đã biết, khoảng áp suất từ 2 đến 15 MPa được cho là khoảng áp suất đặc trưng đối<br /> với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng hàm mũ<br /> như sau [5]:<br /> u  B. p v<br /> Trong đó, hệ số B và hệ số mũ ν được xác định thông qua đồ thị tương quan giữa tốc<br /> độ cháy tại các áp suất khác nhau. Đơn vị của tốc độ cháy được tính bằng mm/s.<br /> 2.2.6. Phương pháp trình bày đồ thị tương quan giữa các hàm phụ thuộc<br /> Đồ thị tương quan giữa hàm u(p), Z(p) theo áp suất; hệ số mũ ν theo hàm lượng (phần<br /> trăm theo khối lượng so với mẫu nền ban đầu) của các phụ gia xúc tác cháy được biểu thị<br /> thông qua việc nhập số liệu thực nghiệm (đối với tốc độ cháy) và tính toán tương ứng (đối<br /> với hiệu quả xúc tác cháy, như mục 2.2.4) trên phần mềm Origin 8.0.<br /> 2.3. Vật tư, hóa chất<br /> - Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 % (do nhà máy Z195 sản<br /> xuất), nitro glyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) do nhóm nghiên cứu tự<br /> tổng hợp, xentralit số 2, canxi cacbonat (CaCO3), vazơlin (AR, Trung Quốc), cacbon kỹ<br /> thuật (N220, AR, Hàn Quốc), phtalat chì đồng, salixilat chì, spinen (do Viện TPTN chế<br /> tạo). Các hoá chất đã nêu trên đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng.<br /> - Riêng đối với chì oxít PbO, Co3O4(nano) và Co3O4(≤10µm) là những hóa chất tinh khiết,<br /> loại PA của hãng Sigma-Aldrich (Đức) và được sử dụng nguyên mẫu.<br /> 2.4. Thiết bị và dụng cụ<br /> - Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; bộ bị lọc hút; máy<br /> cán keo hóa; thiết bị nén ép tạo hình (máy ép thủy lực 50 tấn, có điều khiển); hệ thống gia<br /> nhiệt; tủ sấy Binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10-2 ;10-3 và 10-4 (gam); bình hút<br /> ẩm; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh;<br /> - Hệ thiết bị đo tốc độ cháy: máy đo thời gian cháy (độ chính xác 10-6 s), được chế tạo<br /> tại Việt Nam, hệ thống các bình khí trơ để tạo áp suất, đồ gá mẫu và bom chứa mẫu ở áp<br /> suất xác định.<br /> 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> 3.1. Ảnh hưởng của xúc tác cháy đơn đến quy luật tốc độ cháy<br /> Bài báo tiến hành khảo sát ảnh hưởng của 02 loại xúc tác cháy đơn mà hiện đang được<br /> ứng dụng trong các loại thuốc phóng keo balistit, gồm: salixilat chì và phtalat chì đồng đến<br /> tốc độ cháy của mẫu nền. Kết quả được trình bày trong bảng 3.<br /> Bảng 3. Ảnh hưởng của xúc tác cháy salixilat chì và phtalat chì đồng<br /> kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu nền.<br /> Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)<br /> 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br /> MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì 12,76 11,24 10,42 8,65 7,65 -<br /> MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO3+1,7%salixilat chì 13,16 11,96 11,27 9,63 8,67 -<br /> MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%phtalat chì đồng 11,94 10,12 9,27 7,89 7,35 3,73<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 151<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> Từ kết quả bảng 3, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy<br /> [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại một số hàm lượng của salixilat<br /> chì và phtalat chì đồng kết hợp với 1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 1<br /> và 2.<br /> 16 u, mm/s<br /> 15 Z<br /> 1.3<br /> 14<br /> 13<br /> <br /> 12 3<br /> 1.2<br /> 11 1 5<br /> <br /> 10<br /> 4 2<br /> 1.1<br /> 9<br /> <br /> <br /> 8<br /> 3<br /> 1.0<br /> 4<br /> 7 1<br /> 2<br /> <br /> P, at P, at<br /> 6 0.9<br /> 40 50 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100<br /> <br /> Hình 1. Sự phụ thuộc u(p) theo p Hình 2. Sự phụ thuộc Z(p) theo p<br /> 1 – MĐ00;<br /> 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % xúc tác; 1 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % xúc tác;<br /> 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % salixilat chì; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % salixilat chì;<br /> 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 1,7 % salixilat chì; 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 1,7 % salixilat chì;<br /> 5 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % phtalat chì đồng; 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,8 % phtalat chì đồng;<br /> Hình 1 và hình 2 cho thấy, đối với phtalat chì đồng cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br /> cháy (đặc biệt khi áp suất lớn hơn 55 at) thấp. Trong khi đó, salixilat chì cho tốc độ cháy và<br /> hiệu quả xúc tác cháy tốt hơn. Ở hàm lượng 1,7 % salixilat chì, tốc độ cháy lớn nhất đạt<br /> khoảng 13,16 mm/s (ở 100 at).<br /> Thực tế, để tối ưu hóa hàm lượng salixilat chì với mục đích tăng tốc độ cháy của nó,<br /> nhóm tác giả đã tiến hành khảo sát bổ sung một số mẫu thực nghiệm. Qua đó, đã xác định<br /> được các quy luật tốc độ cháy, bao gồm: u = 2,10.p0,40 tương ứng hàm lượng salixilat chì là<br /> 2,1 % cho U100 = 13,65 mm/s và u = 2,60.p0,35 tương ứng với hàm lượng salixilat chì<br /> khoảng 2,6 % cho U100 = 13,07 mm/s.<br /> Mặt khác, thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo<br /> hàm lượng xúc tác cháy salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO3, kết quả được trình bày<br /> trong bảng 4.<br /> Bảng 4. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng<br /> của salixilat chì khi kết hợp với 1,7 % CaCO3.<br /> Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy) U100, mm/s Z100<br /> B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br /> MĐ21 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì 0,98 0,56 40-100 12,76 1,09<br /> MĐ22 MĐ00+1,7%CaCO3+1,7%salixilat chì 1,61 0,46 40-100 13,16 1,12<br /> MĐ23 MĐ00+1,7%CaCO3+2,1%salixilat chì 2,10 0,40 40-100 13,65 1,16<br /> MĐ24 MĐ00+1,7%CaCO3+2,6%salixilat chì 2,60 0,35 40-100 13,07 1,11<br /> Từ số liệu bảng 4, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν<br /> theo hàm lượng của salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO3 như trên hình 3.<br /> <br /> <br /> 152 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> 0.8<br /> <br /> <br /> <br /> 0.7<br /> <br /> <br /> <br /> 0.6<br /> <br /> <br /> <br /> 0.5<br /> <br /> <br /> <br /> 0.4<br /> <br /> <br /> %salixilat-Pb<br /> 0.3<br /> 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0<br /> <br /> Hình 3. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng<br /> salixilat chì kết hợp với 1,7 % CaCO3 .<br /> Bảng 4 và hình 3 cho thấy, sự có mặt của salixilat chì đã làm cho hệ số mũ ν giảm đáng<br /> kể, từ 0,79 tương ứng 0,0 % salixilat chì xuống 0,35 tương ứng 2,6 % salixilat chì. Khi<br /> hàm lượng của nó càng lớn, hệ số ν giảm càng chậm.<br /> Qua nghiên cứu ở trên có thể thấy, so với hỗn hợp 0,8 % PbO + 0,1 % Ckt + 1,7 %<br /> CaCO3 (đã nghiên cứu) thì ở tỷ lệ 2,1 % salixilat + 1,7 % CaCO3 cho tốc độ cháy cao hơn<br /> và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số ν thấp hơn). Khi đó, U100 = 13,65<br /> mm/s, Z = 1,16 và ν = 0,40. Với các kết quả này, hoàn toàn đáp ứng tốt yêu cầu cho thuốc<br /> phóng NDSI-2K.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của xúc tác cháy hỗn hợp đến quy luật tốc độ cháy<br /> Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số hỗn hợp từ các chất xúc tác cháy khác nhau<br /> kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy được trình bày trong bảng 5.<br /> Bảng 5. Ảnh hưởng của một số hỗn hợp xúc tác cháy<br /> khi kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy.<br /> Ký Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s<br /> Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy)<br /> hiệu 100 80 70 50 40 10<br /> MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47<br /> MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 -<br /> MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nano)+0,8%PbO 12,78 10,93 10,06 8,25 7,29 3,52<br /> MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤ 10µm)+0,8%PbO 12,74 10,94 10,18 8,34 7,37 -<br /> MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO 12,84 11,05 10,16 8,24 7,18 -<br /> MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì+0,1%Ckt 13,46 11,63 10,79 9,06 8,18 -<br /> Từ kết quả bảng 5, có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc của tốc độ cháy<br /> [U(p)] và hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất của hỗn hợp xúc tác cháy kết hợp với<br /> 1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 4 và 5.<br /> Hình 4 và hình 5 cho thấy, với hỗn hợp xúc tác cháy từ PbO với Co3O4 (ở các kích thước<br /> hạt ≤ 10 µm và nano) hoặc PbO với spinen, tốc độ cháy (đường 3, 4 và 5 hình 4) và hiệu quả<br /> xúc tác cháy (đường 2, 3 và 4 hình 5) chỉ tăng ở áp suất từ 40 at đến 80 at và gần như không<br /> tăng, thậm chí có một số mẫu còn giảm khi áp suất từ 80 at đến 100 at. Điều này cho thấy,<br /> các hỗn hợp từ các xúc tác cháy này, gần như ít có tác dụng đối với hệ thuốc phóng trên<br /> nền đang xét.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 153<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> 14 1.30<br /> U, mm/s Z<br /> 13<br /> 1.25<br /> 12<br /> <br /> 1 1.20<br /> 11<br /> 6<br /> 1.15<br /> 10<br /> 5<br /> 1.10<br /> 9 3<br /> 1.05 4<br /> 8<br /> 2<br /> 4 3<br /> 1.00<br /> 5<br /> 7 1<br /> 2 0.95<br /> <br /> P, at P, at<br /> 6 0.90<br /> 40 50 60 70 80 90 100 40 50 60 70 80 90 100<br /> Hình 4. Sự phụ thuộc u(p) theo p Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p<br /> 1 – MĐ00;<br /> 2–MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúctác; 1–MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúctác;<br /> 3–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nanoparticle)+0,8%PbO; 2–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nanoparticle)+0,8%PbO;<br /> 4 –MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO; 3 –MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO;<br /> 5–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO; 4–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO;<br /> 6–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilatchì+0,1%Ckt. 5–MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilatchì+0,1%Ckt.<br /> Mặt khác, khi so sánh ảnh hưởng của xúc tác cháy Co3O4 với các kích thước hạt (nano<br /> và ≤ 10 µm) ta thấy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy hầu như cũng không có sự khác<br /> nhau nhiều. Như đã biết, phần lớn, sự phân bố các hạt chất rắn nói chung và các xúc tác<br /> cháy nói riêng được quy định chủ yếu ở công đoạn cán keo hóa và nén ép định hình. Dưới<br /> tác động của trục cán và sau đó là sự nén ép (có thể trục vít hoặc pít tông), các hạt chất rắn<br /> này, gần như được phân bố tương đối đồng đều trong toàn bộ khối thuốc (sau định hình).<br /> Do đó, trong một thể tích đặc như khối thuốc phóng, khi các hạt xúc tác cháy có kích<br /> thước đủ nhỏ (nhỏ hơn 10 µm hay thậm chí đến cỡ hạt nano) thì khi đã phân bố đồng đều<br /> sẽ không thể đều hơn nữa. Thực tế, qua kết quả phân tích ảnh SEM đối với các mẫu thuốc<br /> phóng chứa xúc tác Co3O4 ở kích thước hạt (nano và ≤ 10 µm) không thấy có sự khác biệt<br /> về hình ảnh bề mặt cũng như sự phân bố các hạt rắn của chúng (mẫu được cắt ra từ thỏi<br /> thuốc sau nén ép định hình).<br /> Ngoài ra, so với các hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu ở trên thì hỗn hợp salixilat chì kết hợp<br /> với Ckt cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy cao nhất. Ở áp suất 100 at, tốc độ cháy đạt<br /> 13,46 mm/s. Nếu tiến hành nghiên cứu tối ưu hóa hàm lượng của nó để tốc độ cháy đạt yêu<br /> cầu, về cơ bản có thể đáp ứng được. Vấn đề tiếp theo chúng ta cùng xem xét hệ số mũ ν.<br /> Thật vậy, thông qua đồ thị hàm u(p) có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo các<br /> hỗn hợp xúc tác khác nhau khi kết hợp với 1,7 % CaCO3, kết quả được trình bày trong<br /> bảng 6.<br /> Bảng 6. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hỗn hợp<br /> các xúc tác khác nhau khi kết hợp với 1,7 % CaCO3.<br /> Ký Quy luật tốc độ cháy u=B.p<br /> Mẫu nền + % (phụ gia, xúc tác cháy) U100, mm/s Z100<br /> hiệu B, [mm/(sat)]  p, at<br /> MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00<br /> MĐ02 MĐ00+1,7%CaCO3+0,0%xúc tác 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09<br /> MĐ25 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(nano)+0,8%PbO 0,77 0,61 40-100 12,78 1,09<br /> MĐ26 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%Co3O4(≤10µm)+0,8%PbO 0,82 0,59 40-100 12,74 1,08<br /> MĐ27 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%spinen+0,8%PbO 0,70 0,63 40-100 12,84 1,09<br /> MĐ28 MĐ00+1,7%CaCO3+0,8%salixilat chì+0,1%Ckt 1,11 0,54 40-100 13,46 1,15<br /> <br /> <br /> 154 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> Bảng 6 cho thấy, các hỗn hợp xúc tác từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4 (≤ 10µm) và<br /> spinen cho hệ số mũ ν thay đổi không nhiều và tốc độ cháy cũng không cao.<br /> Ở cùng loại xúc tác cháy Co3O4 với các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm trong hỗn hợp<br /> với PbO cho hệ số mũ ν gần như tương đương, tương ứng ν = 0,61 đối với hỗn hợp chứa<br /> 0,8 % PbO + Co3O4 (nano) + 1,7 % CaCO3 và ν = 0,59 đối với hỗn hợp chứa 0,8 % PbO +<br /> Co3O4 (≤10µm) + 1,7 % CaCO3.<br /> Trong số hỗn hợp xúc tác cháy đã nêu, mặc dù hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hệ số<br /> mũ ν thấp nhất. Tuy nhiên, so với xúc tác cháy đơn salixilat (không có Ckt) thì hệ số mũ ν<br /> của nó vẫn cao hơn và tốc độ cháy lại thấp hơn.<br /> 4. KẾT LUẬN<br /> Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các xúc tác cháy đơn salixilat chì, phtalat chì đồng và các<br /> hỗn hợp phụ gia, xúc tác cháy từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4 (≤ 10µm), salixilat chì,<br /> spinen, Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng trên nền NC-<br /> NG-DINA, kết quả cho thấy:<br /> - Xúc tác cháy đơn phtalat chì đồng hoặc các hỗn hợp từ PbO với Co3O4 (nano), Co3O4<br /> (≤ 10µm) và spinen cho hiệu quả xúc tác cháy không cao. Trong một số trường hợp, nó<br /> làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất chẳng hạn như hỗn hợp PbO với spinen<br /> hoặc làm giảm tốc độ cháy ở áp suất lớn hơn 55 at đối với phtalat chì đồng. Hỗn hợp PbO<br /> với Co3O4 (ở các kích thước hạt nano và ≤ 10 µm) cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác<br /> cháy khác nhau không đáng kể.<br /> - Hỗn hợp salixilat chì với Ckt cho hiệu quả xúc tác cháy kém hơn so với xúc tác cháy<br /> đơn salixilat chì (không có Ckt). So với hệ xúc tác cháy PbO với Ckt đã nghiên cứu thì<br /> salixilat chì cho tốc độ cháy cao hơn và quá trình cháy ít phụ thuộc vào áp suất hơn (hệ số<br /> ν thấp hơn). Khi đó, với tỷ lệ khoảng 2,1 % salixilat chì + 1,7 % CaCO3 cho U100 = 13,65<br /> mm/s và hệ số mũ ν = 0,40.<br /> Với các kết quả nghiên cứu đạt được, bước đầu có thể khẳng định việc sử dụng xúc tác<br /> cháy salixilat chì để thay thế hỗn hợp PbO với Ckt cho thuốc phóng NDSI-2K là hoàn toàn<br /> có triển vọng.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. Đỗ Đức Trí, Lê Duy Bình và cộng sự (2014), “Một số kết quả nghiên cứu hoàn thiện<br /> công nghệ chế tạo thuốc phóng NDSI-2K dùng cho đạn PG-9”, Tạp chí Nghiên cứu<br /> KH&CN Quân sự, Viện KH&CNQS, số đặc san TPTN’14, tr.116-124.<br /> [2]. Le Duy Binh and coworker (2016), “Effect of catalyst on the burning rate of energy<br /> materials based on NC-NG-DINA”, The 4th academic conference on natural science<br /> for young scientists, master and PhD. Students from Asean countries, Bangkok,<br /> Thailand.15-18, December, 2015, p.230-239.<br /> [3]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2004), “Khả năng nâng cao tốc độ cháy cho nhiên liệu<br /> tên lửa keo”, Tạp chí Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số đặc<br /> san Vật liệu nổ 10/2004, tr.91-94.<br /> [4]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2009), “Khả năng tăng tốc độ cháy của nhiên liệu tên<br /> lửa keo năng lượng cao bằng phụ gia cacbon kỹ thuật”, Tạp chí Nghiên cứu<br /> KH&CNQS, Viện KH&CNQS, số đặc biệt, 10/2009, tr.43-46.<br /> [5]. Денисюк А. П (1994), “Физико-химические свойства баллистических порохов и<br /> ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет<br /> им. Менделеева, Издательство Москва.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 56, 08 - 2018 155<br />  Hóa học & Kỹ thuật môi trường<br /> <br /> ABSTRACT<br /> EFFECT OF SINGLE AND MIXED CATALYST ON BURNING RATE LAW OF<br /> BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA<br /> The investigation was made on the effect of lead salicylate, copper lead phtalate<br /> and mixtures of PbO with Co3O4(nano), Co3O4(≤10µm), spinel and lead salicylate with Ct<br /> to the burning rate law of ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results<br /> are as follows: burning catalyst such as mixture of copper lead phtalate or<br /> Co3O4(nano), Co3O4(≤10µm), spinel with PbO are not effective. The burning catalyst<br /> mixture of lead salicylate with Ct is less effective than salicylate without Ct. The<br /> burning rate and ν exponent of lead salicylate are better than mixture of PbO with<br /> Ct. The maximum rate is about 13,65 mm/s (at 100 at) and the ν is about 0,40 at<br /> content of 2,1 % lead salicylate + 1,7 % CaCO3. The investigation results showed<br /> that the replacement of PbO + Ct by lead salicylate in NDSI-2K is promising.<br /> Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; Ct and CaCO3 additives; Catalyts of (PbO; Lead<br /> salicylate; Copper lead phtalate; Spinel; PbO; Co3O4(nano); Co3O4(≤10µm)).<br /> <br /> Nhận bài ngày 25 tháng 01 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2018<br /> Chấp nhận đăng ngày 10 tháng 8 năm 2018<br /> <br /> Địa chỉ: 1 Viện Hóa học Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự;<br /> 2<br /> Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng.<br /> *<br /> Email: binhld.pro.pro@gmail.com.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 156 L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số … NC-NG-DINA.”<br />