Nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng đến quy luật tốc độ cháy của thuốc phóng keo balistit trên nền Nc-Ng-Dina - Lê Duy Bình

Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 169 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC PHỤ GIA CaCO3, Ckt VÀ HỖN HỢP GIỮA CHÚNG ĐẾN QUY LUẬT TỐC ĐỘ CHÁY CỦA THUỐC PHÓNG KEO BALISTIT TRÊN NỀN NC-NG-DINA Lê Duy Bình1,*, Phạm Văn Toại2, Nguyễn Việt Bắc1 Tóm tắt: Sự có mặt của các phụ gia CaCO3, Ckt hoặc hỗn hợp của CaCO3 với Ckt đều làm cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng. Theo đó, U100 = 12,75 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 1,7 % CaCO3 hoặc U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 tương ứng 0,4 % Ckt hoặc U100 = 15,82 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 0,4 % Ckt + 1,7 % CaCO3. So với CaCO3 thì Ckt cho tốc độ cháy cũng như hệ số mũ ν tăng nhanh hơn. Sự kết hợp của CaCO3 với Ckt ngoài việc làm cho tốc độ cháy tăng nhanh hơn, đồng thời làm giảm sự tăng nhanh của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt. Để ứng dụng được cho mác thuốc phóng NDSI-2K thì yêu cầu tốc độ cháy từ 13,5 đến 15,5 mm/s và hệ số mũ ν không lơn hơn 0,6. Do đó, các phụ gia Ckt hoặc hỗn hợp của Ckt với CaCO3 đều cho tốc độ cháy đạt yêu cầu song không đảm bảo hệ số ν. Từ khóa: Thuốc phóng; NC-NG-DINA; Quy luật tốc độ cháy; Phụ gia (CaCO3, Ckt,). 1. MỞ ĐẦU Sự cháy của thuốc phóng là quá trình dị thể, phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó có thành phần hóa học của nó. Để nghiên cứu tính chất cháy của thuốc phóng thông thường người ta phải đi xét cho từng hệ nền cụ thể. Việc thay đổi thành phần trong hệ nền sẽ dẫn đến sự thay đổi giá trị (B, ν) trong quy luật cháy, u = B.pν, nhưng cơ chế tác dụng của các cấu tử trong thành phần là không thay đổi. Vì vậy, việc xác lập đơn thành phần mẫu nền cho quá trình nghiên cứu là cần thiết, thông qua đó ta đánh giá được ảnh hưởng của các cấu tử đến quy luật cháy. Việc nghiên cứu tính chất cháy đối với các chất như NC, NG, DG, DINA hay DNT, xentralit, DPA, DBP, cũng như ảnh hưởng của chúng đến quá trình cháy của hệ thuốc phóng đã được đề cập nhiều [6, 7, 8]. Vấn đề mấu chốt hiện nay là phần lớn cơ chế cháy sẽ thay đổi khi có thêm các chất phụ gia xúc hoặc tác cháy. Vì vậy, ngày nay người ta thường ít quan tâm đến sự cháy của các hệ thuốc phóng không chứa xúc tác mà chủ yếu tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia, xúc tác cháy đến quy luật cháy của thuốc phóng. Qua đó, xác lập được hệ xúc tác cháy tối ưu, làm cơ sở cho quá trình thiết kế đơn thành phần cho từng mác thuốc phóng cụ thể. Trong nước, các công trình [1-5] đã đề cập đến ảnh hưởng của một số phụ gia, xúc tác cháy đến tốc độ cháy của thuốc phóng nói chung. Tuy nhiên, các nghiên cứu này cũng chỉ dừng lại ở áp suất 100 at mà chưa đi sâu nghiên cứu về quy luật cháy của nó đối với mẫu nền tại các áp suất khác nhau. Bài báo này, giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp Ckt với CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy của mẫu thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA. Thông qua nghiên cứu, đã đánh giá khả năng ứng dụng cho mác thuốc phóng NDSI-2K. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA với các chất phụ gia Ckt, CaCO3 và hỗn hợp của Ckt với CaCO3. - Phạm vi nghiên cứu: các quy luật tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy theo áp suất và hàm lượng của các chất phụ gia, xúc tác cháy. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Hóa học & Kỹ thuật môi trường L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng trên nền NC-NG-DINA.” 170 2.2.1. Phương pháp xác lập đơn thành phần mẫu nền Như đã trình bày trong phần mở đầu và kết hợp với các nghiên cứu [1, 2], nhóm tác giả đã xác lập đơn thành phần mẫu nền trên cơ sở hướng tới mác thuốc phóng NDSI-2K. Đơn thành phần mẫu nền được cho trong bảng 1. Bảng 1. Đơn thành phần mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA. TT Thành phần Hàm lượng 1 Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3), % 58,5 ± 0,05 2 Nitro glyxerin (NG), % 28,0 ± 0,05 3 Dietanol nitroamin dinitrat (DINA), % 8,60 ± 0,02 4 Xentralit số 2, % 1,40 ± 0,01 5 Vazơlin, % 0,70 ± 0,01 Các chất phụ gia CaCO3 và Ckt được lựa chọn trên cơ sở tính toán, tổ hợp các giá trị giữa chúng. Kết quả khi thay thế vào công thức tính toán nhiệt lượng, phải đảm bảo giá trị thấp nhất hoặc cao nhất của nó vẫn nằm trong vùng cho phép nhằm hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ cháy (thông qua việc khống chế nhiệt lượng cháy) đến quá trình cháy của thuốc phóng. Hàm lượng các phụ gia được cho trong bảng 2. Bảng 2. Hàm lượng các phụ gia CaCO3 và Ckt. TT Thành phần Hàm lượng 1 Canxi cacbonat (CaCO3), % 0,85 ÷ 2,55 2 Cacbon kỹ thuật (Ckt), % 0,20 ÷ 0,50 2.2.2. Phương pháp tạo mẫu Tạo mẫu (thỏi) thuốc phóng: các hợp phần được phối trộn theo đơn thành phần đã xác định (bảng 1) trong môi trường nước ở 55oC, thời gian khuấy trộn không nhỏ hơn 2,5 giờ, modul bằng 6/1 [tỷ lệ nước so với hỗn hợp bán thành phẩm (nitromas) quy khô]. Nitromas sau công đoạn trộn được lọc loại bỏ nước (hàm lượng nước còn khoảng 40 đến 60 %), sau đó được định lượng (theo yêu cầu) để thêm các thành phần phụ gia (bảng 2). Mẫu không cho phụ gia gọi là mẫu nền được ký hiệu MĐ00 và mẫu nền thêm phụ gia được ký hiệu MĐi (i ≥ 1). Tiến hành cán keo hóa mẫu trên máy cán ở nhiệt độ khoảng 80 đến 95oC và đúc ép định hình ở 72oC đến 76oC (tùy thuộc vào từng loại mẫu), các thỏi thuốc phóng sau khi nén ép định hình có dạng hình trụ, đường kính 7 mm và được cắt thành các đoạn ngắn, có chiều dài khoảng 70 mm. 2.2.3. Phương pháp đo tốc độ cháy Đo tốc độ cháy ở các áp suất không đổi, từ 10 at đến 100 at, trong bom đo áp, ở môi trường khí trơ, theo tiêu chuẩn 06 TCN 888:2001. 2.2.4. Phương pháp tính toán thông số hiệu quả xúc tác cháy Hiệu quả xúc tác cháy được thể hiện qua đại lượng Z(p), là tỷ số giữa tốc độ cháy của mẫu chứa xúc tác cháy với mẫu nền tại áp suất cháy tương ứng. Đại lượng Z(p) được tính qua biểu thức: ( ) ( ) (0 ) U p Z p U p  Trong đó: - U(p) là tốc độ cháy của mẫu chứa xúc tác cháy tại áp suất P, mm/s; - U(0p) là tốc độ cháy của mẫu nền tại áp suất P, mm/s. 2.2.5. Phương pháp xác định các thông số trong phương trình quy luật tốc độ cháy Như đã biết, khoảng áp suất từ 2 đến 15 MPa được cho là khoảng áp suất đặc trưng đối với các loại động cơ phản lực. Do đó, hàm phụ thuộc u(p) được biểu diễn bằng hàm mũ như sau [8]: Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 171 . vu B p Trong đó, hệ số B và hệ số mũ ν được xác định thông qua đồ thị tương quan giữa tốc độ cháy tại các áp suất khác nhau. Đơn vị của tốc độ cháy được tính bằng mm/s. 2.2.6. Phương pháp trình bày đồ thị tương quan giữa các hàm phụ thuộc Đồ thị tương quan giữa hàm u(p), Z(p) theo áp suất; hệ số mũ ν theo hàm lượng (phần trăm theo khối lượng so với mẫu nền ban đầu) của các phụ gia xúc tác cháy được biểu thị thông qua việc nhập số liệu thực nghiệm (đối với tốc độ cháy) và tính toán tương ứng (đối với hiệu quả xúc tác cháy, như mục 2.2.4) trên phần mềm Origin 8.0. 2.3. Vật tư, hóa chất Nitrat xenlulo số 3 (NC số 3) với hàm lượng nitơ = 11,94 % (do Nhà máy Z195 sản xuất), nitro glyxerin (NG) và dietanol nitramin dinitrat (DINA) [do nhóm nghiên cứu tự tổng hợp], xentralit số 2, canxi cacbonat (CaCO3), vazơlin (AR, Trung Quốc), cacbon kỹ thuật (N220, AR, Hàn Quốc). Các hoá chất nêu trên đều đạt yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất thuốc phóng. 2.4. Thiết bị và dụng cụ - Trang thiết bị, dụng cụ tạo mẫu thuốc phóng: thiết bị tạo nitromas; thiết bị lọc hút; máy cán keo hóa; thiết bị nén ép tạo hình (máy ép thủy lực 50 tấn, có điều khiển); hệ thống gia nhiệt; tủ sấy Binder; cân điện tử với các cấp độ chính xác 10-2; 10-3 và 10-4 (gam); bình hút ẩm; bình tia nước cất; cốc thủy tinh; giấy lọc và đũa thủy tinh. - Hệ thiết bị đo tốc độ cháy: máy đo thời gian cháy (độ chính xác 10-6s), được chế tạo tại Việt Nam, hệ thống các bình khí trơ để tạo áp suất, đồ gá mẫu và bom chứa mẫu ở áp suất xác định. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Với đơn thành phần đã lựa chọn như trong bảng 1, thông qua công thức thực nghiệm cổ điển [8], nhóm tác giả đã tính toán được nhiệt lượng cháy của các mẫu thuốc phóng. Kết quả được trình bày như trong bảng 3. Bảng 3. Kết quả tính toán nhiệt lượng cháy theo công thức thực nghiệm của các mẫu thuốc phóng trên nền NC-NG-DINA khi có các chất phụ gia (MĐi). TT Đại lượng Đơn vị Tính toán Yêu cầu 1 Nhiệt lượng cháy, Qv cal/g 10551070 10501070 Thực nghiệm cho thấy, việc tính toán nhiệt lượng cháy thông qua công thức thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với kết quả đo thực tế. Như vậy, việc lựa chọn đơn thành phần mẫu nền và các phụ gia CaCO3, Ckt hoặc hỗn hợp giữa chúng với hàm lượng đã nêu trong bảng 1 và bảng 2 đều cho giá trị nhiệt lượng chênh lệch nhau không lớn và đạt yêu cầu theo quy định. Đây là cơ sở để có thể bỏ qua yếu tố nhiệt lượng cháy ảnh hưởng đến quá trình cháy của thuốc phóng. 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến quy luật tốc độ cháy Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu thuốc phóng nền NC-NG-DINA (MĐ00), được trình bày trong bảng 4. Bảng 4. Ảnh hưởng của hàm lượng CaCO3 đến tốc độ cháy. Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47 MĐ01 MĐ00 + 0,85 % CaCO3 12,73 10,77 9,74 7,56 6,39 - MĐ02 MĐ00 + 1,70 % CaCO3 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 - Hóa học & Kỹ thuật môi trường L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng trên nền NC-NG-DINA.” 172 MĐ03 MĐ00 + 2,55 % CaCO3 12,77 11,14 10,09 7,81 6,44 - Từ kết quả bảng 4, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc giữa tốc độ cháy [U(p)] với hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của CaCO3 khác nhau đối với mẫu nền MĐ00, lần lượt cho trên các hình 1 và hình 2. 40 50 60 70 80 90 100 6 7 8 9 10 11 12 13 U, mm/s P, at 1 2 4 3 40 50 60 70 80 90 100 0.95 1.00 1.05 1.10 Z P, at 1 2 3 Hình 1. Sự phụ thuộc U(p) theo p. 1 – MĐ00; 2 – MĐ00 + 0,85 % CaCO3; 3 – MĐ00 + 1,70 % CaCO3; 4 – MĐ00 + 2,55 % CaCO3. Hình 2. Sự phụ thuộc Z(p) theo p. 1 – MĐ00 + 0,85 % CaCO3; 2 – MĐ00 + 1,70 % CaCO3; 3 – MĐ00 + 2,55 % CaCO3. Bảng 4, hình 1 và hình 2 cho thấy, sự có mặt của phụ gia CaCO3 làm cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy giảm ở áp suất 40 at với hàm lượng từ 0,85 % đến 2,55 % hoặc áp suất ở 50 at với hàm lượng từ 0,85 % đến 1,7 %. Trong khi đó, ở áp suất từ 70 at đến 100 at với hàm lượng từ 0,85 % đến 2,55 % hoặc áp suất 50 at với hàm lượng 2,55 %, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng. Tại mỗi áp suất cháy, tốc độ cháy, hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng CaCO3. Khi hàm lượng CaCO3 càng lớn, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng càng chậm. Nguyên nhân là do trong mọi trường hợp CaCO3 đều cho khả năng hội tụ và tăng cường khung muội cacbon trong vùng sản phẩm cháy. Do đó, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng của nó. Đối với tốc độ cháy ở áp suất thấp (40 at đến 50 at) hoặc hàm lượng thấp, việc tạo khung muội cacbon này không đủ bù phần nhiệt cháy bị mất đi để đốt cháy CaCO3, do CaCO3 là hợp chất có hệ số nhiệt lượng âm, -1,26 kcal/kg.%. Ở áp suất cao (70 at đến 100 at), các quá trình hóa học diễn ra nhanh hơn hoặc ở hàm lượng đủ lớn, khả năng hội tụ dẫn đến tăng cường khung muội tốt hơn nên phần nhiệt mất đi nhỏ hơn so các quá trình mà nó hình thành. Khi đạt đến mức bão hòa, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng chậm, thậm chí giảm nếu hàm lượng lớn hơn 2,55 % CaCO3. Khi đó, phần nhiệt mất đi tăng nhanh, trong khi khung muội cacbon yếu dần do tác động bởi trọng lực của các khối hội tụ. Mặt khác, thông qua đồ thị hàm u(p), có thể thống kê sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng của CaCO3 đưa vào mẫu nền. Kết quả được trình bày trong bảng 5. Bảng 5. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng CaCO3. Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Quy luật tốc độ cháy u=B.p U100, mm/s Z100 B, [mm/(sat)]  p, at MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00 MĐ01 MĐ00 + 0,85 % CaCO3 0,40 0,75 40-100 12,73 1,08 MĐ02 MĐ00 + 1,70 % CaCO3 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09 MĐ03 MĐ00 + 2,55 % CaCO3 0,41 0,75 40-100 12,77 1,09 Biểu diễn kết quả bảng 5 dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng của CaCO3, như hình 3 sau đây. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 173 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 CaCO 3  Hình 3. Sự phụ thuộc của hàm mũ ν theo hàm lượng CaCO3. Bảng 5 và hình 3 cho thấy, sự có mặt của phụ gia CaCO3 một mặt có thể làm tốc độ cháy (ở 100 at) tăng đến 9 %, mặt khác, nó còn làm tăng sự phụ thuộc của tốc độ cháy vào áp suất. Khi đó, hệ số mũ ν đạt giá trị cực đại khoảng 0,79 (tương ứng với hàm lượng CaCO3 khoảng 1,7 %). Trong khi, giá trị này đối với mẫu nền (MĐ00) là 0,61. 3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến quy luật tốc độ cháy Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00 được trình bày trong bảng 6. Bảng 6. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt đến tốc độ cháy. Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47 MĐ04 MĐ00 + 0,2 % Ckt 12,32 10,22 9,21 7,18 6,08 2,01 MĐ05 MĐ00 + 0,4 % Ckt 13,56 11,21 10,03 7,58 6,32 2,24 MĐ06 MĐ00 + 0,5 % Ckt 13,83 11,46 10,22 7,67 6,34 2,17 Kết quả bảng 6, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về sự phụ thuộc giữa tốc độ cháy [U(p)] với hiệu quả xúc tác cháy [Z(p)] theo áp suất tại các hàm lượng của Ckt khác nhau đối với mẫu nền MĐ00 lần lượt trên các hình 4 và hình 5. 40 50 60 70 80 90 100 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 1 2 3 Z P, at Hình 4. Sự phụ thuộc U(p) theo p. 1 – MĐ00; 2 – MĐ00 + 0,2 % Ckt; 3 – MĐ00 + 0,4 % Ckt; 4 – MĐ00 + 0,5 % Ckt. Hình 5. Sự phụ thuộc Z(p) theo p. 1 – MĐ00 + 0,2 % Ckt; 2 – MĐ00 + 0,4 % Ckt; 3 – MĐ00 + 0,5 % Ckt. Bảng 6, hình 4 và hình 5 cho thấy, sự có mặt của phụ gia Ckt làm cho tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy giảm ở áp suất từ 40 at đến 50 với hàm lượng từ 0,2 % đến 0,5 % Hóa học & Kỹ thuật môi trường L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng trên nền NC-NG-DINA.” 174 hoặc ở áp suất từ 70 at đến 80 at với hàm lượng khoảng 0,2 %. Trong khi đó, ở áp suất 100 at với hàm lượng từ 0,2 % đến 0,5 % hoặc áp suất từ 70 at đến 80 at với hàm lượng từ 0,4 % đến 0,5 %, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng. Tại mỗi áp suất cháy, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng Ckt. Ngoài ra, khi hàm lượng Ckt càng lớn, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng càng chậm. Nguyên nhân là do sản phẩm cháy của Ckt có thể tạo ra khung muội cacbon trên bề mặt cháy của thuốc phóng. Do đó, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng của nó. Tuy nhiên, ở áp suất từ 40 at đến 50 at hoặc ở áp suất từ 70 at đến 80 at nhưng hàm lượng thấp (0,2 % Ckt), việc tạo khung muội cacbon này không đủ bù phần nhiệt cháy bị mất đi để đốt cháy Ckt (như đã biết Ckt là hợp chất có hệ số nhiệt lượng âm, -33 kcal/kg.%). Ở áp suất 100 at, các quá trình hóa học diễn ra nhanh hơn hoặc áp suất từ 70 at đến 80 at nhưng hàm lượng đủ lớn (từ 0,4 % đến 0,5 % Ckt), khả năng tạo ra và tăng cường khung muội tốt hơn nên phần nhiệt mất đi nhỏ hơn so các quá trình mà nó hình thành. Khi hàm lượng Ckt đạt đến mức bão hòa (lớn hơn 0,5 %), dẫn đến tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng chậm. Mặt khác, thông qua đồ thị hàm phụ thuộc, u(p) ta có thể thống kê mối quan hệ giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt, như trong bảng 7. Bảng 7. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng Ckt. Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Quy luật tốc độ cháy u=B.p U100, mm/s Z100 B, [mm/(sat)]  p, at MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00 MĐ04 MĐ00 + 0,2 % Ckt 0,36 0,77 40-100 12,32 1,05 MĐ05 MĐ00 + 0,4 % Ckt 0,29 0,83 40-100 13,56 1,15 MĐ06 MĐ00 + 0,5 % Ckt 0,27 0,85 40-100 13,83 1,18 Biểu diễn kết quả bảng 7 dưới dạng đồ thị về mối quan hệ giữa hệ số mũ ν với hàm lượng Ckt ta thu được hình 6. -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90  % C kt Hình 6. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt. Bảng 7 và hình 6 cho thấy, sự có mặt của phụ gia Ckt cho tốc độ cháy (100 at) và hệ số mũ ν tăng. So với CaCO3 thì Ckt cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng nhanh hơn theo hàm lượng của nó. Khi đó, tốc độ cháy (100 at) và hệ số mũ ν tăng tương ứng khoảng 18 %, hệ số mũ ν khoảng 0,85 đối với 0,5 % Ckt và khoảng 9 %, hệ số mũ ν khoảng 0,79 đối với 1,7 % CaCO3. 3.3. Ảnh hưởng của CaCO3 kết hợp với Ckt đến quy luật tốc độ cháy Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy của mẫu nền MĐ00, được trình bày trong bảng 8. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 175 Bảng 8. Ảnh hưởng của hàm lượng Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3 đến tốc độ cháy. Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Tốc độ cháy tại các áp suất (at), mm/s 100 80 70 50 40 10 MĐ00 Mẫu nền 11,75 10,36 9,55 7,76 6,69 2,47 MĐ02 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,0 % Ckt 12,75 10,98 9,90 7,69 6,42 - MĐ07 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,2 % Ckt 15,52 13,30 11,89 8,90 7,09 - MĐ08 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,4 % Ckt 15,82 13,84 12,48 9,53 7,68 - Từ kết quả bảng 8, 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 giá trị của hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3, được trình bày lần lượt trên các hình 7 và hình 8. 40 50 60 70 80 90 100 6 8 10 12 14 16 1 2 3 4 U, mm/s P, at 40 50 60 70 80 90 100 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Z P, at 1 2 3 Hình 7. Sự phụ thuộc U(p) theo p. 1 – MĐ00; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt; 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt; 4 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt. Hình 8. Sự phụ thuộc Z(p) theo p. 1 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,0 % Ckt; 2 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,2 % Ckt; 3 – MĐ00 + 1,7 % CaCO3 + 0,4 % Ckt. Kết quả hình 7 và hình 8 cho thấy, khi Ckt kết hợp với 1,7 % CaCO3, tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy tăng theo hàm lượng Ckt tại mọi giá trị áp suất trong khoảng từ 40 at đến 100 at. Nguyên nhân là do bản thân Ckt và CaCO3 là những phụ gia tương ứng cho khả năng tăng cường và hội tụ trên khung muội cacbon trong vùng sản phẩm cháy. Do đó, khi được kết hợp với nhau, chúng là những tác nhân bổ trợ tốt cho quá trình hội tụ và tăng cường khung muội cacbon. Thực tế, ở hàm lượng 1,7 % CaCO3 cho tốc độ cháy tăng tại áp suất lớn hơn 70 at, trong khi đó, Ckt cho tốc độ cháy tăng ở áp suất 100 at hoặc áp suất từ 70 at đến 80 at nhưng với hàm lượng đủ lớn. Khi được kết hợp với nhau, do tính chất cộng hưởng trên vùng sản phẩm cháy, nên tốc độ cháy và hiệu quả xúc tác cháy khi đó đều tăng theo hàm lượng của Ckt. Thông qua đồ thị hàm phụ thuộc, u(p) ta có thể thống kê mối quan hệ giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 như trong bảng 9. Bảng 9. Các thông số quy luật tốc độ cháy theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 . Ký hiệu Mẫu nền + % (phụ gia) Quy luật tốc độ cháy u=B.p U100, mm/s Z100 B, [mm/(sat)]  p, at MĐ00 Mẫu nền 0,69 0,61 40-100 11,75 1,00 MĐ02 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,0 % Ckt 0,36 0,79 40-100 12,75 1,09 MĐ07 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,2 % Ckt 0,31 0,86 40-100 15,52 1,32 MĐ08 MĐ00+1,7 % CaCO3+0,4 % Ckt 0,42 0,79 40-100 15,82 1,35 Từ kết quả ở bảng 9, ta có thể biểu diễn dưới dạng đồ thị về mối tương quan giữa hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3 như hình 9 sau đây. Hóa học & Kỹ thuật môi trường L. D. Bình, P. V. Toại, N. V. Bắc, “Nghiên cứu ảnh hưởng trên nền NC-NG-DINA.” 176 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.78 0.80 0.82 0.84 0.86 0.88  %C kt Hình 9. Sự phụ thuộc của hệ số mũ ν theo hàm lượng Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3. Bảng 9 và hình 9 cho thấy, ở áp suất 100 at, khi kết hợp giữa Ckt với 1,7 % CaCO3, tốc độ cháy có thể tăng lên đến 35 % so với mẫu nền. Trong khi đó, đối với các đơn phụ gia CaCO3 hoặc Ckt ở hàm lượng tương ứng chỉ đạt lần lượt là 9 % và 15 %. Ngoài ra, hệ số mũ ν có tăng khi hàm lượng Ckt khoảng 0,2 % nhưng lại giảm khi hàm lượng của nó khoảng 0,4 %. Như vậy, khi Ckt kết hợp 1,7 % CaCO3, ở cùng hàm lượng 0,4 % Ckt, hệ số ν của nó đã giảm từ 0,83 xuống còn 0,79. Qua đây, ta có thể thấy sự có mặt của CaCO3 (~1,7 %) đã khống chế sự tăng của hệ số ν theo Ckt khi hàm lượng của nó đủ lớn (lớn hơn khoảng 0,33 %, theo hình 9). 4. KẾT LUẬN - Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp giữa chúng đến quy luật tốc độ cháy đối với thuốc phóng keo balistit trên nền NC-NG-DINA, kết quả cho thấy, so với mẫu nền (U100 = 11,75 mm/s, ν = 0,61), sự có mặt của các phụ gia CaCO3, Ckt và hỗn hợp của Ckt với CaCO3 đều làm cho tốc độ cháy và hệ số mũ ν tăng. Theo đó, U100 = 12,75 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 1,7 % CaCO3, U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 tương ứng 0,4 % Ckt và U100 = 15,82 mm/s, ν = 0,79 tương ứng 0,4 % Ckt + 1,7 % CaCO3. - So với phụ gia CaCO3 thì phụ gia Ckt cho tốc độ cháy cũng như hệ số mũ ν tăng nhanh hơn. Sự kết hợp của Ckt với CaCO3 ngoài việc làm cho tốc độ cháy tăng nhanh hơn đồng thời làm giảm sự tăng nhanh của hệ số ν theo hàm lượng Ckt. - Để ứng dụng được cho thuốc phóng NDSI-2K thì yêu cầu tốc độ cháy từ 13,5 mm/s đến 15,5 mm/s và hệ số mũ ν không lớn hơn 0,6. Do đó, các phụ gia Ckt hoặc Ckt kết hợp với CaCO3 đều có thể cho tốc độ cháy đạt yêu cầu nhưng chưa đảm bảo hệ số ν. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Đức Trí, Lê Duy Bình và cộng sự (2014), “Một số kết quả nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo thuốc phóng NDSI-2K dùng cho đạn PG-9”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN Quân sự, Viện KH&CNQS, số đặc san TPTN’14, tr.116-124. [2]. Le Duy Binh and coworker (2016), “Effect of catalyst on the burning rate of energy materials based on NC-NG-DINA”, The 4th academic conference on natural science for young scientists, master and PhD. Students from Asean countries, Bangkok, Thailand.15-18, December, 2015, p.230-239. [3]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2004), “Khả năng nâng cao tốc độ cháy cho nhiên liệu tên lửa keo”, Tạp chí Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số đặc san Vật liệu nổ 10/2004, tr.91-94. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 55, 06 - 2018 177 [4]. Hoàng Thế Vũ và cộng sự (2004), “Ảnh hưởng của hàm lượng muội than lên tốc độ cháy của nhiên liệu keo”, Nghiên cứu KHKT&CNQS, Trung tâm KHKT&CNQS, số đặc san Vật liệu nổ, 10/2004, tr.104-107. [5]. Nguyễn Công Hòe và cộng sự (2009), “Khả năng tăng tốc độ cháy của nhiên liệu tên lửa keo năng lượng cao bằng phụ gia cacbon kỹ thuật”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CNQS, Viện KH&CNQS, số đặc biệt, 10/2009, tr.43-46. [6]. Денисюк А. П., Демидова Л. А (2004), “Особенности влияния некоторых катализаторов на горение баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва, Т. 40, № 3, c.69-76. [7]. Денисюк А. П., Шепелев Ю. Г., Русин Д. Л., Шумский И. В (2001), “Влияние гексогена и октогена на эффективность действия катализаторов горения баллиститных порохов”, Физика горения и взрыва, Т. 37, № 2, c.77-8. [8]. Денисюк А. П (1994), “Физико-химические свойства баллистических порохов и ракетных твердых топлив”, Российский химико-технологический университет им. Менделеева, Издательство Москва. ABSTRACT STUDY ON THE EFFECT OF CaCO3, Ct ADDITIVES AND THEIR MIXTURE ON BURNING RATE LAW OF BALLISTIC PROPELLANT BASED ON NC-NG-DINA Using of CaCO3, Ct additives or their mixture can increase the burning rate of ballistic propellant based on NC-NG-DINA. The results showed that with the ratio of. Accordingly, U100 = 12,75 mm/s, ν = 0,79; U100 = 13,56 mm/s, ν = 0,86 and U100 = 15,82 mm/s, ν = 0,79 corresponding to 1,7 % CaCO3, 0,4 % Ct and 0,4 % Ct + 1,7 % CaCO3. The burning rate and ν exponent of sample containing Ct increase more quickly than the CaCO3. The mixture of Ct and CaCO3 is not only increasing burning rate but also decreasing ν by content of Ct. The requirement of burning rate and ν in NDSI-2K propellant is 13,5 to 15,5 mm/s and ≤ 0,6 respectively. Thus, the Ct or mixture of Ckt with CaCO3 additives can meet the burning rate but ν exponent is still high for propellant of NDSI-2K. Keywords: Propellants; NC-NG-DINA; Burning rate law; Ct and CaCO3 additives. Nhận bài ngày 25 tháng 01 năm 2018 Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2018 Chấp nhận đăng ngày 08 tháng 6 năm 2018 Địa chỉ: 1Viện Hóa học Vật liệu/Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 2 Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. *Email: binhld.pro.pro@gmail.com.