Nghiên cứu ảnh hưởng của bột nhôm đến nhiệt lượng nổ của thuốc nổ hỗn hợp

Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng, kích thước bột nhôm (Al) tới nhiệt lượng nổ của thuốc nổ hỗn hợp chứa Hexogen (RDX), trinitro toluen (TNT), bột Al và chất thuần hóa khi đo trên thiết bị đo nhiệt lượng nổ DCA-5.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của bột nhôm đến nhiệt lượng nổ của thuốc nổ hỗn hợpNghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT NHÔM ĐẾN NHIỆT LƯỢNG NỔ CỦA THUỐC NỔ HỖN HỢP Nguyễn Văn Khương1*, Ngô Văn Giao2, Nguyễn Trần Hùng3 Tóm tắt: Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng, kích thước bột nhôm (Al) tới nhiệt lượng nổ của thuốc nổ hỗn hợp chứa Hexogen (RDX), trinitro toluen (TNT), bột Al và chất thuần hóa khi đo trên thiết bị đo nhiệt lượng nổ DCA-5. Kết quả nghiên cứu cho thấy, nhiệt lượng nổ của thuốc nổ tăng khi tăng hàm lượng Al đồng thời giảm hàm lượng TNT. Kích thước hạt của Al khác nhau (trung bình 1,0 µm; 5,0 µm; 10,0 µm và 30,0 µm) ảnh hưởng không đáng kể đến nhiệt lượng nổ của thuốc nổ. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ hỗn hợp trên thay đổi tỷ lệ thuận với cân bằng oxy (Kb) và tỷ lệ Al/O.Từ khóa: Thuốc nổ hỗn hợp; Nhiệt lượng nổ; Hexogen; Trinitro toluen; Nhôm; Chất thuần hóa. 1. MỞ ĐẦU Các loại thuốc nổ RDX, octogen (HMX), pentrit (PETN),... là những thuốc nổ mạnhđiển hình, đặc trưng của chúng là có nhiệt lượng nổ lớn, tốc độ nổ cao, khả năng sinh cônglớn, sức đập vụn cao. Tuy nhiên, các loại thuốc nổ này thường nhạy nổ với các xung kíchthích, khả năng chịu nén kém và có khả năng bị phân hủy trước khi nóng chảy, nên hầunhư không được sử dụng ở dạng thuốc nổ đơn, mà thường được sử dụng ở dạng hỗn hợpvới một thuốc nổ có tính công nghệ như TNT, hoặc sử dụng ở dạng thuốc nổ thuần hóa,v.v... Để cải thiện các đặc tính của thuốc nổ, bột kim loại được thêm vào và đóng vai trò làchất cháy, sẽ tỏa ra lượng nhiệt rất lớn khi cháy, làm cho nhiệt lượng nổ thu được rất lớnvà nhiệt độ của sản phẩm nổ rất cao. Các thuốc nổ khi được thêm kim loại còn được gọi làthuốc nổ chứa kim loại, các kim loại được sử dụng có thể là berili (Be), boron (Bo), liti(Li), nhôm (Al), magie (Mg), kẽm (Zn), silic (Si), hoặc có thể là hợp kim sắt – silic (Fe-Si), nhôm – silic (Al-Si). Mg và Zn dễ dàng bị oxy hóa và có khả năng bị oxy hóa khi bảoquản hỗn hợp chứa chúng nên không được sử dụng trong quân sự, còn các hợp kim vớisilic khó cháy và kém hiệu quả. Chính vì thế, bột Al thường được sử dụng phổ biến hơn cảnhờ giá thành rẻ và tính hữu ích của nó [1, 2]. Loại thuốc nổ điển hình gồm RDX,TNT và Al đã được Nga nghiên cứu sử dụng kýhiệu là ТГА-16 có hàm lượng RDX/TNT/Al là 24/60/16 %KL. Tuy nhiên loại thuốc nổnhạy với xung va đập, có thể gây mất an toàn trong quá trình nhồi nạp vào đầu đạn, vì thếchúng thường đưa thêm từ 5 %KL đến 8%KL xerezin hoặc hỗn hợp D2 (84 %KLparaphin, 14 %KL Nitroxenlulo, 2 %KL Lecitin) đóng vai trò là chất thuần hóa để thuốcnổ có độ nhạy phù hợp. Một số loại thuốc nổ chứa 4 thành phần được sử dụng tại Nga nhưТГАФ-5М (RDX/TNT/Al/Xerezin là 59/19/17/5 %KL); thuốc nổ MC(RDX/TNT/Al/Xerezin là 57/19/17/7 %KL); thuốc nổ MC-2 (RDX/TNT/Al/Xerezin là46,8/21/27/5,2 %KL); tại Mỹ như thuốc nổ HBX-1 (RDX/TNT/Al/D2 là 40/38/17/5%KL); thuốc nổ HBX-3 (RDX/TNT/Al/D2 là 31/29/35/5 %KL) [3]. Trong số các đặc tính nổ cháy của thuốc nổ, nhiệt lượng nổ là một trong những đặctrưng quan trọng, quyết định đến hiệu quả nổ, hiệu quả tiêu diệt và phá hủy mục tiêu củavũ khí. Từ lâu, các nước trên thế giới đã nghiên cứu bổ sung Al vào trong thành phần củathuốc nổ để đánh giá hiệu quả về nhiệt lượng nổ, hiệu suất nổ, khả năng sinh công [4-7].Tuy nhiên các nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng và kích thước bột Al đến nhiệtlượng nổ của thuốc nổ hỗn hợp 4 thành phần hầu như chưa được công bố, do tính bảnquyền và bí mật quân sự của các nước.Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, 4 - 2019 147 Hóa học & Kỹ thuật môi trường Tùy thuộc vào Kb của thuốc nổ mà hướng của phản ứng chuyển hóa nổ có thể khácnhau. Nếu Kb của thuốc nổ bằng không hoặc dương, thì hướng của phản ứng chuyển hoánổ tuân thủ nguyên tắc nhiệt toả ra cực đại: sản phẩm nổ chủ yếu là các sản phẩm của quátrình oxy hoá hoàn toàn các nguyên tố cháy (CO2, H2O, Al2O3) và khí O2, N2. Nếu trong các loại thuốc nổ có Kb âm, sự phân hủy nổ sẽ tuân theo nguyên tắcKistiakowky-Wilson (với Kb > -40%), nguyên tắc Kistiakowky-Wilson sửa đổi hoặcnguyên tắc Springall Robert (với Kb < -40%) [2, 8], tạo thành các sản phẩm như CO, CO2,C, H2, H2O, N2. Sau đó Al tham gia vào các phản ứng thứ cấp (phản ứng cháy) với sảnphẩm nổ chứa oxy tạo ra tại giai đoạn phân hủy đầu tiên (CO2, CO, H2O) sau khi quá trìnhnổ kết thúc. Các phản ứng oxy hóa Al diễn ra ngoài vùng nổ, đầu tiên Al tham gia phảnứng ngay với khí CO2 theo phương trình (1): 3CO2  2 Al  3CO  Al2O3  197 KCal (1) Nhiệt tỏa ra của phản ứng này rất lớn và đóng góp vào cân bằng nhiệt nói chung. Cómột nghịch lý khi thêm Al vào thuốc nổ, là làm gi ...