Mở đầu: Nêu rõ tính cấp thiết của luận án, khái quát chung về mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án và giới thiệu tóm tắt bố cục của luận án. Tống quan: Về khái niệm, thành phần, tính chất TP keo ballistic, y-POM, tuong hop hoá học của TP, đánh gia về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, các nội dung cần giải quyết trong luận án. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu: Trình bày về đối tượng nghiên cứu; hoá chất nguyên vật liệu; thiết bị; phương pháp chuẩn bị mẫu; các phương pháp đánh giá khả năng tương hợp; các phương pháp đo đạc đặc trưng cơ -lý - hóa, năng lượng, cháy của TP keo ballistc; phương pháp đánh giá độ an định của TP. Kết quả và thảo luận: Chương này tập trung giải quyết các nội dung nghiên cứu đã đặt ra của luận án: Nghiên cứu tương hợp của 7 POM với các cấu tir va TP ballistic; anh hưởng của + POM đến tính chất cơ - lý - hoá, tốc độ cháy, độ an định của TP; bước đầu ứng dụng kết quả nghiên cứu thiết kế đơn thành phần TP dùng cho bình tích áp tên lửa PKTT.
Tính chất, thành phần thuốc phóng ballistic 1. Khái niệm và thành phẩần thuốc phóng ballistic TP keo hai gốc ballistic là hệ rắn đồng nhất, gồm nhiều cấu tử, có khả năng cháy theo quy luật lớp song song mà không cần có sự tham gia của oxi bên ngoài, khi cháy tạo ra nhiệt lượng và thể tích sản phẩm khí lớn, được sử dụng làm nguồn năng lượng đây đầu đạn, đạn phản lực và tên lửa đến mục tiêu [1], [3-4]. Một số loại TP keo ballistic cơ bản được đưa ra trong Bang 1. Mot s6 loai TP keo ballistic Thanh phan (%) Ho | um2|npr3} TS” | BNP | yo-2 | PA 12K SI 5A Colocxilin 56,5 | 53,5 | 55,5 | 55,5 | 58,0 | 56,5 43 Nitroglycerin 28,0 | 27,0 | 26,5 | 12,7 | 16,5 | 12,6 30 Nitrodiglycol - - - - 15,0 - - Centralite 3,0 - 3,0 3,0 | 3,0 - 2,5 Dinitrotoluen 11,0} 15,0 | 9,0 | 11,0 | 4,0 12,0 - Dibutylphthalate - - 4,5 - - 2,0 3,5 y-POM - - - - - - 12,0 Vaseline 2,0 | 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 - Magie oxit - 2,0 - - - 2,0 - Chi oxit - - - 1,0 1,0 - - CaCO; - - - 1,0 | 1,0 - - Khác 0,5 | 0,5 0,5 0,5 | 0,5 0,5 8,7 Q, cal/g 870 | 870 | 765 | 850 | 835 | 850 - u (p= 100at), mm/s 10 | 10,5 - 12,0 | 10,5 | 10,5 - TP ballistic có bản chất, thành phần gồm nitrocellulose (NC), các dung môi hoá dẻo, các chất an định và các phụ gia [I], [3-4], [6], [83], [86], [92].
Trong đó, NC là cau tir co ban bao dam năng lượng của TP, chất hoá dẻo là các dung môi có năng lượng cao, sau khi hoá dẻo NC được giữ lại trong TP như nguồn năng lượng thứ hai [86]. Tuy nhiên, khi cháy ở điều kiện áp suất thấp, thời gian cháy kéo dài, trong thành phần TP thường có thêm các phụ gia thay đổi tốc độ cháy và phụ gia ồn định cháy. Thành phần cơ ban cua TP ballistic nhu trong Bang 1. Thanh phan co ban TP keo ballistic TT Thanh phan Hàm lượng, % 1 |NC 54 +60 2| Dung môi hóa dẻo 25+45 3| Chất hóa dẻo phụ và điều chỉnh năng lượng 8=11 4 | Chat an dinh hóa học 1+3 5_ | Phụ gia công nghệ đên 2 6 | Chat xtc tác và 6n định quá trình cháy đến 5 Vai trò của các cấu tử trong TP ballistic nhu sau [1], [4]: Nitrocellulose (NC): Nitrocellulose 14 sản phẩm của quá trình este hóa giữa cellulose và axit nitric voi sự có mặt của tác nhân hút nước.
Tuỳ theo mục đích sử dụng, người ta có thể hóa dẻo NC bằng nhiều loại dung môi khác nhau. Trong thành phần TP, NC chiếm hàm lượng lớn nhất và là cấu tử cơ bản tạo năng lượng cho TP, khi cháy cho lượng nhiệt lớn. Ngoài vai trò là cầu tử mang năng lượng, NÑC còn quyết định các đặc tính cơ, lý của TP. Thông thường, NC dùng cho TP ballistic có hàm lượng nitơ 11,75 % đến 12,09 % (gọi là colocxilin, NC N”3).
Dung môi hóa dẻo: Dung môi hoá dẻo là các chất chuyền NC về trạng thái keo. Đối với TP ballistic, dung môi hóa dẻo chính thường được sử dụng 1a NG. Ngoài chức năng là dung môi hóa dẻo, NG còn là cầu tử tạo năng lượng cho TP. Nitroglycerin (NG) là este của glycerin với axit nitric có công thức hoá học là C:H; (ONO;)a, công thức cấu tạo của NG như sau: CB2- O-NO2 CH -O-NO, CH, - O - NO; Nitroglycerin C;H;(ONO,); 1a chat n6 mạnh và nhạy nô, bị nô ngay khi va đập và cọ sát.
Khi cháy TP, NG bị phân hủy tạo ra một phần oxi tự do, góp phần phản ứng oxi hóa colocxilin và làm tăng dự trữ năng lượng của TP. Quá trình cháy của NG tỏa ra lượng nhiệt khá lớn (khoảng 1480 kcal/kg), tạo ra lượng khí lớn (khoảng 715 l/kg) và nhiệt độ cao (đến khoảng 4800 °K). Quá trình phân huỷ của NG diễn ra bắt đầu bằng việc tách nhóm O- NO; ra khỏi NG [28], [38], [60], sau đó là hydro phản ứng với NO¿. NO; sinh ra có tác dụng tự xúc tác thúc đây quá trình phân huỷ NG.
Sản phẩm chính của quá trình phân huỷ NG là NO;, NO, HNO, CO», No, va H20, trong đó CO», No, va H2O 1a san pham cuối cùng. Khi tăng nhiệt độ, quá trình phân ly O-NO; và phản ứng với hydro được thúc đây, kết quả là NG bị phân huỷ nhanh hơn. Khi tăng hàm lượng NG trong TP sẽ làm tăng các chỉ số năng lượng của chúng. Tuy nhiên, hàm lượng của NG lớn, quá trình gia công TP sẽ trở nên nguy hiểm do đễ cháy nổ, nên hàm lượng NG thường sử dụng 30+32%.
Chất hóa dẻo phụ và điều chỉnh năng lượng: Trong thành phần TP keo kiểu ballistic, người ta đưa vào các chất hóa dẻo phụ, các chất điều chỉnh năng lượng như: đinitrotoluene (DNT), dibutyl phthalate (DBP) và diethyl phthalate (DEP). DNT là sản phẩm nitro hoá toluene bằng hỗn hợp hai axit HNO; và H;SO¿. DNT kỹ thuật khi sản xuất TP được sử dụng dưới dạng nóng chảy. Dibutyl phthalate CaH¿(COOC,Hg);, và dietyl phthalate C6H4(COOC>Hs), 1a cdc chất hóa dẻo tốt colocxilin.
Các chất trong nhóm này là các chất hữu cơ có khả năng hòa trộn tốt với dung môi hóa dẻo khó bay hơi. Tuy nhiên, chúng không chứa hoặc chứa một lượng rất ít oxi hoạt động. Do đó, để oxi hóa (đốt cháy) các nguyên tử carbon và hydro có trong chúng cần phải tiêu tốn một lượng oxI hoạt động lấy từ NG và colocxilin. Điều đó ảnh hưởng tới cân bằng oxi trong thành phần TP.
Chất an định hóa học: Các chất được đưa vào thành phần của TP đề làm chậm tốc độ phân huỷ thuốc và làm tăng thời gian bảo quản, sử dụng TP, được gọi là các chất an định hoá học. Tác dụng của chất an định được lý giải như sau: Trong quá trình bảo quản, TP là chất kém bền và bản thân luôn có quá trình phân hủy chậm, sản phâm của quá trình này bao gồm các oxit nitơ, các chất này khi có mặt của độ ầm cao sẽ thúc đầy quá trình phân hủy TP diễn ra nhanh hơn, làm giảm độ an định của TP. Khi có mặt các chất an định, chúng sẽ liên kết, hấp thụ các oxIt nitơ, làm giảm lượng NO, tạo ra, triệt tiêu quá trình xúc tác 1am mat an định, qua đó duy trì độ an định của TP. Đối với TP keo ballistic, chất an định thường được sử dụng là centralite N°l va centralite N°2, đôi khi người ta cũng có thể sử dụng hỗn hợp an định là centralite và DPA.
Phụ gia công nghệ: Phụ gia công nghệ được đưa vào thành phan TP dé lam giam ma sat khi định hình nguyên tố TP, các cấu tử này có tác dụng giảm ma sát nội trong hồ TP, giúp cho các chất phụ gia thô ráp đi vào các mixen của NC được dễ dàng, cũng như bôi trơn bề mặt tiếp xúc giữa chúng và trang thiết bị. Với mục đích đó, người ta đưa vào sử dụng dầu vaseline, kẽm stearate, v. Tuy nhiên, sự có mặt của các chất này trong thành phần TP làm giảm năng lượng, do vậy hàm lượng phụ gia công nghệ trong thành phần TP thường không lớn. Phụ gia điều chỉnh tốc độ cháy: Phụ gia điều chỉnh tốc độ cháy có tác dụng ôn định, thúc day hoac giam quá trình cháy của TP.
Chúng thường là các hợp chất của một số kim loại đa hóa trị như: chì phthalate, chì-đồng phthalate, đồng salicylate, chì salicylate, NICOa. hoặc các oxit kim loại như: CuO, PbO, PbOs, ZnO, TiO2, Cr2Os, NIO, CoO. được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp với nhau. Chất ổn định cháy: CaCO3, MgO.
Cac chất ức chế cháy làm giảm tốc độ cháy của TP như: PVC, PP, y-POM. Tính chất thuốc phóng keo ballistic 1. Độ bên hóa hoc của TP keo ballistic Trong quá trình sản xuất, sử dụng, bảo quản TP keo ballistic, độ bền hóa học (còn gọi là độ an định) rất được quan tâm [26]. Vì bản chất trong thành phần của các vật liệu này được cấu thành từ những chất mà trong phân tử có các liên kết kém bền vững (NC, NG [57]), điều này làm giảm độ bền của TP trong quá trình bảo quản.
Khi TP keo không còn an định có thể dẫn đến sự tự biến đổi vật lý, hóa học, kết quả là làm biến đổi tính chất, cấu trúc, khối lượng riêng, độ bền kéo, nén, nhiệt lượng cháy, thể tích khí cháy, tốc độ cháy của TP. Điều này có thể dẫn đến việc khó đảm bảo an toàn, mất tính năng vũ khí, đạn dược, rút ngắn thời gian sử dụng của thuốc. 10 Nếu một loại TP có khả năng chống lại sự phân hủy hóa học trong quá trình bảo quản, sử dụng thì được gọi là còn an định. Khoảng thời gian mà vật liệu giữ được các tính chất vật lý, hóa học, nỗ cháy và đảm bảo an toàn được gọi là thời hạn sử dụng của TP.
Có nhiều yếu tố và điều kiện ảnh hưởng đến độ an định của TP như [1] [26]. [58]: phân hủy nhiệt, phân hủy thủy phân, và phân hủy tự xúc tác. a) Quá trình phân huỷ nhiệt của TP Quá trình phân hủy nhiệt diễn ra đối với tat cả các TP, kế cả khi ở nhiệt độ thường, nhưng với tốc độ nhỏ phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc. Khi tăng nhiệt độ lên, cứ tăng 5 °C thì quá trình phân hủy tăng lên 1,5 đến 2 lần [1].