Nghiên cứu khả năng ứng dụng cao su thiên nhiên lỏng chứa nhóm hydroxyl cuối mạch làm chất kết dính nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72

Bài viết trình bày một số tính chất và kết quả nghiên cứu ứng dụng cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch (HTNR) làm chất kết dính nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, cao su thiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch được đóng rắn bằng toluen diisocyanat (TDI) với tỷ lệ mol NCO/OH bằng 1,0 cho độ bền kéo đứt 11,6 kG/cm2.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng ứng dụng cao su thiên nhiên lỏng chứa nhóm hydroxyl cuối mạch làm chất kết dính nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72 Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CAO SU THIÊN NHIÊN LỎNG CHỨA NHÓM HYDROXYL CUỐI MẠCH LÀM CHẤT KẾT DÍNH NHIÊN LIỆU TÊN LỬA RẮN HỖN HỢP A72 Phạm Như Hoàn1*, Nguyễn Việt Bắc Tóm tắt: Bài báo trình bày một số tính chất và kết quả nghiên cứu ứng dụng cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch (HTNR) làm chất kết dính nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, cao su thiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch được đóng rắn bằng toluen diisocyanat (TDI) với tỷ lệ mol NCO/OH bằng 1,0 cho độ bền kéo đứt 11,6 kG/cm2. Vật liệu này đã được ứng dụng làm chất kết dính cho nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72. Độ bền cơ lý của mẫu nhiên liệu rắn hỗn hợp A72 đạt 12 kG/cm2, nhiệt lượng cháy đạt 1580 cal/g, thể tích khói 901,7 ml/g và khối lượng riêng 1,71 g/cm3. Từ khóa: Cao su thiên nhiên lỏng; Chất kết dính cao su; Nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72. 1. MỞ ĐẦU Nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72 là hỗn hợp giữa các chất oxy hoá: KNO 3, NaNO3, NH4NO3, NH4ClO4, bột nhôm,... với tỷ lệ chiếm khoảng 70 - 75% trong hỗn hợp [1,2]. Chất kết dính là cao su polybutadien nitryl có khối lượng phân tử thấp (Mn khoảng 3000 đơn vị), chiếm tỷ lệ khoảng 10 - 15% vừa đóng vai trò là chất cháy vừa có vai trò kết dính các chất oxy hoá thành khối có hình dạng và độ cứng vững xác định [2]. Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng các loại polyme làm chất kết dính cho nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp nói chung và nhiên liệu rắn hỗn hợp A72 nói riêng như: polybutadien acrylonitril acrylic axit, polybutadien có nhóm cacboxyl cuối mạch, polybutadien có nhóm hydroxyl cuối mạch, cao su thiên nhiên lỏng epoxy hóa [3-9] và cao su butadien acrylonitril có nhóm cacboxyl cuối mạch [10], polysulfit lỏng [11],… Cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch (HTNR) đã được các nhà khoa học sử dụng làm chất kết dính cho nhiên liệu rắn hỗn hợp do lợi thế về giá thành và dễ tổng hợp từ nguồn nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên [7]. Norfhairna Baharurazi và cộng sự đã sử dụng HTNR có khối lượng phân tử trung bình số khoảng 10x103 g/mol làm chất kết dính cho nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp, mẫu nhiên liệu có tốc độ cháy 2,79 mms-1 [4]. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu tính chất của cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch, khả năng đóng rắn của cao su HTNR bằng toluen diisocyanat và ứng dụng loại vật liệu này làm chất kết dính cho nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất sử dụng Cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch được chế tạo bằng phương pháp cắt mạch hóa học latex cao su thiên nhiên (sử dụng cặp oxi hóa khử H2O2/NaNO2 làm tác nhân cắt mạch, điều kiện phản ứng: nhiệt độ 600C, thời gian phản ứng 24 giờ, pH = 6) [8]; toluen diisocyanat (Merck); bột nhôm, amoniperclorat (Nga); dioctyl sebacat (DOS, Ấn Độ); pyridin, anhydrit acetic, chỉ thị phenolphtalein (Merck); toluen, etyl acetat, etanol (Merck),... 2.2. Thiết bị sử dụng - Tủ hút chân không có gia nhiệt TDA - 8001, (Trung Quốc). - Cân phân tích OHAUS, (Mỹ), sai số 10-4. - Thiết bị đo phổ hồng ngoại FTIR Brucker TENSOR II, (Đức).Viện Hóa học - Vật liệu. - Máy đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H, 13C Jeol ECA 400, (Nhật Bản). Trung tâm polyme/Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 68, 8 - 2020 123 Hóa học & Kỹ thuật môi trường - Thiết bị đo độ bên cơ lý Gotech AI - 7000M, (Đài Loan). Cảm biến lực 1KN. Viện Vật liệu/Viện Hàn Lâm Khoa học Việt Nam. - Thiết bị phân tích nhiệt TGA 209F1 Libra - Netzsch, (Đức). Viện Nhiệt đới/Viện Hàn Lâm Khoa học Việt Nam. - Thiết bị đo nhiệt lượng cháy model Parr 1261, (Mỹ). Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2.3.1. Qui trình chế tạo nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72 - Trộn đều các chất: HTNR, TDI, chất hóa dẻo DOS và phụ gia khác thành hệ đồng nhất. - Trộn bổ sung lượng Al vào hỗn hợp trên để tạo thành hỗn hợp chất cháy – chất kết dính. - Hỗn hợp chất oxy hóa (AP với 02 loại cỡ hạt khác nhau) được trộn đều cơ học trước khi đưa vào hỗn hợp thành phần chất cháy-chất kết dính. - Quá trình hồ nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp A72 được tiến hành trên máy trộn “hành tinh” trong thời gian 4 - 5 giờ ở nhiệt độ 70oC. - Nhiên liệu tên lửa rắn hỗn hợp sau đó được hóa rắn ở 800C trong vòng 72 giờ. 2.3.2. Nghiên cứu xác định một số tính chất của HTNR Khối lượng phân tử trung bình số (Mn), khối lượng phân tử trung bình khối (Mw) và đồ phân bố khối lượng của cao su thiên nhiên lỏng có nhóm hydroxyl cuối mạch được ...