Khảo sát vật liệu compozit vỏ bộ điều khiển бип trong khoang lái tên lửa A72 - Triệu Khương

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 119 KHẢO SÁT VẬT LIỆU COMPOZIT VỎ BỘ ĐIỀU KHIỂN БИП TRONG KHOANG LÁI TÊN LỬA A72 Triệu Khương*, Nguyễn Nhật Huy, Ngô Minh Tiến, Đinh Văn Long, Lê Viết Bình, Phùng Xuân Thịnh, Trần Sơn Hải Tóm tắt: Bộ điều khiển БИП là một trong những bộ phận rất quan trọng và thường xuyên xuống cấp nhất trong quá trình bảo quản của phần khoang lái của tên lửa phòng không tầm thấp A72. Kết quả khảo sát cho thấy vật liệu АГ-4В được dùng làm vỏ bộ điều khiển БИП trên khoang lái được chế tạo trên cơ sở nhựa phenolformandehit và sử dụng chất cải thiện các tính năng cơ, nhiệt và bền cháy là sợi thủy tinh E (với 59,17% về khối lượng) nhằm nâng cao một số tính năng độ bền cơ và chịu nhiệt cho vật liệu, tỷ trọng của vật liệu là 1,724, độ cứng shore D là 85, nhiệt độ làm việc đến 350 oC. Từ khóa: Khoang lái, Tên lửa phòng không tầm thấp, БИП. 1. MỞ ĐẦU Tên lửa A72 là một trong những loại tên lửa phòng không tầm thấp rất quan trọng trong trang bị của Quân đội ta. Hiện nay, thành phần và tính năng kỹ thuật của vật liệu dùng làm vỏ bộ điều khiển БИП chưa rõ, với số lượng rất lớn bộ điều khiển БИП đang cần phục hồi và sửa chữa thì việc nghiên cứu phân tích xác định thành phần của vật liệu vỏ này làm cơ sở cho nghiên cứu chế tạo loại vật liệu này là rất cần thiết. Vật liệu vỏ БИП với các tính chất đặc trưng như: Có tính chất cơ lý tốt, ổn định, trơ về mặt hóa học và đặc biệt là khả năng làm việc ở nhiệt độ cao [4]. Tuy nhiên, thông tin tài liệu về thành phần và công nghệ chế tạo các sản phẩm vỏ bộ điều khiển БИП này là chưa được công bố. Bài viết đưa ra kết quả phân tích xác định thành phần, mác của vật liệu dùng chế tạo vỏ bộ điều khiển БИП, đáp ứng yêu cầu chủ động trong việc bảo quản, phục hồi tiến tới góp phần nghiên cứu làm chủ công nghệ chế tạo vật liệu này. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Hóa chất - thiết bị nghiên cứu 2.1.1. Hóa chất - Axeton, Etanol. 2.1.2. Thiết bị nghiên cứu Thiết bị xác định khối lượng riêng, trên cân điện tử Shangping JA 1023; Thiết bị đo độ cứng Shore D (theo TCVN 4502), trên máy TOYOSEIKI; Thiết bị phân tích nhiệt NETZSCH STA 409 PC/PG (Đức); Thiết bị phân tích phổ hồng ngoại, Hóa học và Kỹ thuật môi trường Tr.Khương, N.N.Huy, N.M.Tiến,, “Khảo sát vật liệu compozit tên lửa A72.” 120 trên máy IMPACT-410 (Nicolet-Mỹ); Thiết bị phân tích EDX, trên thiết bị JEOL- 2300; Thiết bị phân tích nhiễu xạ tia X (trên thiết bị SIEMENS D5005). 2.1.3. Mẫu nghiên cứu Các mẫu nghiên cứu được lấy ra từ một loại vật liệu trên vỏ bộ điều khiển БИП là phần vỏ màu nâu đỏ như hình 1 được k ý hiệu mẫu là M1 (mẫu vỏ). Hình 1. Bộ điều khiển БИП của khoang lái TLPKTT và mẫu vỏ nghiên cứu M1. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Tiến trình khảo sát mẫu vật liệu nghiên cứu được thực hiện theo sơ đồ ở hình 2. Hình 2. Sơ đồ quy trình khảo sát mẫu vật liệu vỏ của БИП. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát một số tính chất cơ lý Kết quả khảo sát định tính mẫu nghiên cứu được chỉ ra trên bảng 1. Bảng 1. Một số tính chất cơ, lý của vật liệu. Nội dung thử nghiệm Mẫu vật liệu vỏ Trạng thái ban đầu Vật liệu dạng vỏ cứng để chứa các linh kiện điện tử, dạng sợi gia cường. Tính chất cháy Ngọn lửa cháy nhẹ. Tro có dạng cứng, vỡ vụn khi đập như thủy tinh. Khối lượng riêng, g/cm3 1,724 Độ cứng, Shore D 85 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 121 Từ các kết quả thu được trên bảng 1, kết hợp với những thông tin, tài liệu [1, 2], có thể nhận định rằng với tỷ trọng cao đến 1,724 và sau khi cháy tro có màu trắng cứng như thủy tinh do đó ngoài polyme nền vật liệu còn được gia cường thêm hợp chất vô cơ, với độ cứng (85 shore D) là những vật liệu compozit có độ cứng rất cao. Cấu trúc và thành phần của polyme và tro sẽ được đưa ra trong phần sau. 3.2. Kết quả xác định loại, thành phần vật liệu 3.2.1. Kết quả phân tích phổ hồng ngoại mẫu Kết quả phân tích phổ hồng ngoại của mẫu và so sánh với phổ hồng ngoại chuẩn của phenolic được trình bày trên hình 3. a) b) Hình 3. Phổ hồng ngoại của mẫu vỏ. a) Mẫu M1; b) Phổ chuẩn phenolic gia cường sợi thủy tinh. Từ phổ IR kết hợp với tài liệu tham khảo [1, 2, 5] có thể nhận xét: Các pic đặc trưng đỉnh 2932,86  2869,25 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của các liên kết -CH2-. Đỉnh Pic 1659,16 cm -1 và 1515,35 cm-1 là dao động của liên kết C=C trong hợp chất vòng thơm. Đỉnh 1479,23 đặc trưng dao động liên kết C=C trong vòng benzen qua cầu CH2 [1]. Đỉnh pic 1284,12 cm -1 và 1123,39 cm-1 là dao động của nhóm C-C-OH (phenolic). Kết quả phổ hồng ngoại cho thấy sản phẩm nghiên cứu trên cơ sở phenolformandehit. 3.2.2. Kết quả phân tích nhiệt Hình 4. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu vỏ. Hóa học và Kỹ thuật môi trường Tr.Khương, N.N.Huy, N.M.Tiến,, “Khảo sát vật liệu compozit tên lửa A72.” 122 Trên giản đồ phân tích nhiệt cho thấy ở khoảng nhiệt độ nhỏ hơn 230 oC khối lượng của mẫu giảm 0,63% do sự thoát hơi ẩm có thể còn trong mẫu, trong khoảng nhiệt độ từ 230 oC đến 350 oC khối lượng mẫu giảm 7,23% do sự phân hủy của phần hữu cơ trong mẫu, sự phân hủy diễn ra cho đến nhiệt độ 800 oC, khối lượng của mẫu còn lại không bị phân hủy là 64,22% chính là phần vô cơ được đưa vào vật liệu để cải thiện một số tính năng cho vật liệu. 3.2.3. Kết quả khảo sát cấu trúc và thành phần Tong quat 0.1 mm. Soi ngang 10 µm Mat cat soi 1 5.0 µm. 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Tong quat 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 C ou nt s C O Mg Al AlKsum Si Ca Ca 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Soi ngang 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 C ou nt s C O Mg Al AlKsum Si Ca Ca Fe Fe Fe 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 keV Mat cat soi 1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 C o u n ts C O Mg Al AlKsum Si Ca Ca Hình 5. Ảnh SEM bề mặt gẫy mẫu vỏ và vùng quét EDX. Bảng 2. Kết quả phân tích EDX các nguyên tố trong mẫu tương ứng các vùng quét. Vùng % C % O % Mg % Al % Si % Ca Tổng quát 50,41 32,01 1,24 2,95 8,5 4,9 Sợi ngang 25,99 37,28 1,71 5,41 16,42 13,19 Mặt cắt sợi 1 19,65 49,33 2,12 5,84 16,84 6,22 Quan sát trên ảnh SEM mặt gãy mẫu ta có thể nhận thấy rằng vật liệu được gia cường vải sợi. Kết quả EDX trên các vùng quét tương ứng trên hình thì ngoài các nguyên tố chính là cacbon và oxi trong nền polyme còn có các nguyên tố như Mg, Al, Si và Ca với hàm lượng tương đối lớn. Từ đây, có thể nhận xét rằng vật liệu dạng sợi gia cường cho mẫu vỏ là sợi thủy tinh. 3.2.4. Kết quả phân tích tro Mẫu vật liệu vỏ được nung trong chén sứ ở nhiệt độ 800 oC trong 3h (sau khi đã nung chén ở 500 oC trong 2h) kết quả phân tích khối lượng trước và sau khi nung cho trong bảng sau: Bảng 3. Khối lượng mẫu vật liệu M1 trước và sau khi nung. TT Khối lượng trước nung (g) Khối lượng sau nung (g) Khối lượng còn lại (%) Lần 1 2,16 1,236 57,22 Lần 2 3,46 2,024 58,49 Lần 3 3,2 1,978 61,81 Trung bình 2,94 1,746 59,17 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học – Vật liệu, 10 - 2015 123 Với kết quả phân tích khối lượng, có thể thấy rằng hàm lượng các chất hữu cơ bị cháy, phân hủy trong quá trình nung chiếm 40,83% khối lượng của mẫu nghiên cứu, phần vô cơ còn lại trong mẫu sau khi nung chiếm 59,17% khối lượng mẫu nghiên cứu (kết quả phân tích nhiệt là 64,22% điều này có thể giải thích là so với phân tích nhiệt thì phép phân tích này với khối lượng mẫu lớn hơn, mang tinh đại diện cao hơn). Để xác định phần vô cơ không cháy còn lại sau khi tro hóa cần phải dùng các phép phân tích tiếp theo. 3.2.5. Kết quả phân tích EDX thành phần tro của vật liệu Mẫu sau khi tro hóa ở phần 3.2.4 ở dạng bột sau khi phân tích EDX ta được kết quả như sau: 001 0.2 mm. 002 0.2 mm. 003 0.2 mm. Hình 6. Ảnh SEM các vùng phân tích và phổ EDX mẫu tro hóa vật liệu vỏ M1. Bảng 4. Kết quả phân tích EDX mẫu tro hóa các nguyên tố trong mẫu M1. Vùng quét % O % Mg % Al % Si % Ca 001 54,17 3,21 7,37 23,22 12,04 002 54,90 3,04 7,35 22,49 12,21 003 54,83 3,15 7,38 22,99 11,66 Trung bình 54,63 3,13 7,37 22,9 11,97 Qua kết quả phân tích cho thấy thành phần sau khi tro hóa chính là thành phần vật liệu gia cường cho vỏ. Trên ảnh hiển vi điện tử quét có thể thấy vật liệu có dạng vỡ vụn gồm các hạt, khi phân tích trên thiết bị nhiễu xạ tia X cho thấy vật liệu có dạng vô định hình (không có dạng tinh thể) vì vậy có thể khẳng định được rằng vật liệu gia cường cho vỏ là sợi thủy tinh thành phần gồm các oxit kim loại của các nguyên tố: Al, Mg, Si, Ca... Căn cứ vào kết quả thu được ở bảng 4 có thể suy ra được thành phần oxit của các nguyên tố kim loại trong mẫu gồm: 5,22%MgO, 13,92%Al2O3, 49,07%SiO2, 16,76%CaO. Căn cứ vào thành phần oxit của các nguyên tố sau khi tro hóa kết hợp với tra cứu sổ tay ASM handbook- volume 21 [3] có thể kết luận rằng sợi thủy tinh dùng để gia cường cho vỏ bộ điều khiển là sợi thủy tinh tương đương với sợi thủy tinh loại E. 4. KẾT LUẬN  Thành phần vật liệu vỏ bộ điều khiển БИП trên cơ sở polyme nền là nhựa phenolformandehit, phần vô cơ gia cường sợi thủy tinh E với khối lượng là 59,17% (tương đương với mác vật liệu АГ-4В) nhằm nâng cao cơ tính và tăng khả năng bền nhiệt cho vật liệu; Hóa học và Kỹ thuật môi trường Tr.Khương, N.N.Huy, N.M.Tiến,, “Khảo sát vật liệu compozit tên lửa A72.” 124  Khối lượng riêng của vật liệu vỏ là ρ= 1,724 g/cm3;  Độ cứng shore D trung bình của mẫu vỏ là 85;  Từ những kết quả khảo sát cho thấy vật liệu vỏ bộ điều khiển БИП trên cơ sở nhựa phenolformandehit gia cường vải sợi thủy tinh E. Với điều kiện khoa học và công nghệ và kỹ thuật trong nước hiện nay chúng ta hoàn toàn có thể chủ động chế tạo vật liệu vỏ bộ điều khiển БИП thay thế sản phẩm nhập ngoại. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ida Poljanšek and Matjaž Krajnc, “Characterization of Phenol-Formaldehyde Prepolymer Resins by In Line FT-IR Spectroscopy”, University of Ljubljana, Faculty of Chemistry and Chemical Technology, Aškerčeva 5, P. O. Box 537, SI-1001 Ljubljana, pp. 239-241. [2]. Martin Forrest,Yvonne Davies, Jason Davies “The rapra collection of infrared spectra of rubbers, plastics and thermoplastic elastomers”, 3rd edition, Shanghai 200050, PR China. [3]. ASM handbook, volume 21, Composite (2001). [4]. Nguyễn Việt Bắc, Chu Chiến Hữu, Nguyễn Mạnh Tường “Vật liệu polyme trong kỹ thuật tên lửa,” Hà Nội(2013), tr. 77-78. [5]. Nguyễn Hữu Bình, Trần Thị Đà, “Ứng dụng một số phương pháp phổ nghiên cứu cấu trúc phân tử,” Nhà xuất bản Giáo dục (1999), pp. 44-65. ABSTRACT INVESTIGATION OF COMPOSITE MATERIAL CONTROLLER SHELL IN A72MM MISSILE CABIN БИП controller is one of the most important components in A72mm anti- aircraft missile cabin. But the controller is usually degraded during storage. Analytics results showed that material label АГ-4В which is used to making the controller shell are bases on phenolformandehyte with fiberglass E (with 59.17% in mass) to increase mechanism durability and heat-resistant. The material АГ-4В has density of 1.724, shore D harness of 85, highest operating temperature of 350 degree Celsius (oC). Keywords: Starting, Anti-aricraft missile, БИП. Nhận bài ngày 09 tháng 07 năm 2015 Hoàn thiện ngày 02 tháng 08 năm 2015 Chấp nhận đăng ngày 07 tháng 09 năm 2015 Địa chỉ: Viện Hóa học - Vật liệu/ Viện KH-CN quân sự. ĐT: 0983815048 *Email: trieukhuong1504@gmail.com