Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Nguyễn Trung Toàn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THUỐC NỔ NHIỆT DẺO PBX
TRÊN CƠ SỞ HEXOGEN VÀ PENTRIT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ

Nguyễn Trung Toàn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ
ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA THUỐC NỔ NHIỆT DẺO PBX
TRÊN CƠ SỞ HEXOGEN VÀ PENTRIT

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 9 52 03 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Phan Đức Nhân
2. TS Võ Hoàng Phương

Hà Nội - 2019


i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng
được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các dữ liệu, nội dung tham
khảo được trích dẫn đầy đủ và chính xác.

Tác giả luận án

NGUYỄN TRUNG TOÀN


ii
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Hóa học - Vật liệu/
Viện Khoa học và Công nghệ quân sự và Bộ môn Thuốc phóng Thuốc
nổ/Học viện Kỹ thuật Quân sự.
Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS Phan Đức Nhân và
TS Võ Hoàng Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho nhiều chỉ dẫn
khoa học có giá trị giúp cho tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả trân trọng
sự động viên, khuyến khích, những kiến thức khoa học cũng như chuyên môn

mà các thầy hướng dẫn đã chia sẻ cho tác giả trong nhiều năm qua, giúp cho
tác giả nâng cao năng lực khoa học, phương pháp nghiên cứu và lòng yêu nghề.
Tác giả trân trọng cảm ơn lãnh đạo chỉ huy Viện Khoa học và Công nghệ
quân sự, Phòng Đào tạo và Viện Hóa học - Vật liệu/Viện Khoa học và Công
nghệ quân sự, Bộ môn Thuốc phóng Thuốc nổ, Khoa Vũ khí/Học viện Kỹ thuật
Quân sự, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi, giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu.
Tác giả luận án xin trân trọng cảm ơn các đồng tác giả các công trình và
bài báo khoa học đã đồng ý cho tác giả sử dụng các kết quả nghiên cứu trong
bản luận án này.
Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn những người thân trong gia
đình, đã thông cảm, động viên và chia sẻ những khó khăn, tạo điều kiện cho tác
giả trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả
Nguyễn Trung Toàn


iii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................................ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ.......................................................................................... xii
MỞ ĐẦU.......................................................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX...........................................................................5
1.1. Thuốc nổ phá hỗn hợp và thuốc nổ PBX .................................................. 5
1.2. Phân loại thuốc nổ PBX ............................................................................ 7
1.2.1. Phân loại theo phương pháp chế tạo ................................................................. 7
1.2.2. Phân loại theo bản chất chất kết dính và đặc tính công nghệ ......................... 8
1.3. Thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ...................................................... 10

1.3.1. Thuốc nổ nền.....................................................................................................10
1.3.2. Các polyme kết dính.........................................................................................12
1.3.3. Các chất hóa dẻo ...............................................................................................18
1.3.4. Các phụ gia ........................................................................................................22
1.4. Các phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX................................. 22
1.4.1. Phương pháp khối.............................................................................................24
1.4.2. Phương pháp huyền phù ..................................................................................25
1.5. Các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ............................................ 26
1.5.1. Nhiệt độ bùng cháy...........................................................................................26
1.5.2. Độ nhạy với xung va đập .................................................................................26
1.5.3. Độ an định hóa học...........................................................................................27
1.5.4. Độ dẻo và khả năng nén...................................................................................28
1.5.5. Các đặc trưng năng lượng................................................................................28
1.6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thuốc nổ PBX ................ 29
1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................................29


iv
1.6.2. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ở Việt Nam ........................37
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................... 39
2.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu .......................................................... 39
2.2. Hóa chất, vật tư và thiết bị nghiên cứu ................................................... 39
2.2.1. Hóa chất, vật tư nghiên cứu .............................................................................39
2.2.2. Thiết bị nghiên cứu ...........................................................................................40
2.3. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 42
2.3.1. Phương pháp đánh giá tính tương thích của thuốc nổ và polyme................42
2.3.2. Phương pháp xác định một số tính chất bề mặt của thuốc nổ và polyme ...44
2.3.3. Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ..............................................46
2.3.4. Các phương pháp đánh giá các đặc tính cơ-lý và năng lượng của thuốc
nổ PBX ..............................................................................................................47

2.3.5. Phương pháp xác định một số thông số động học quá trình phân hủy nhiệt
của thuốc nổ PBX ..............................................................................................49
2.3.6. Phương pháp dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ PBX ........................51
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....................................................... 53
3.1. Nghiên cứu lựa chọn thành phần thuốc nổ PBX ..................................... 53
3.1.1. Đánh giá tính tương thích hóa học của thuốc nổ nền và polyme kết dính ....53
3.1.2. Đánh giá tính chất bề mặt phân cách pha của thuốc nổ và hệ chất kết dính .57
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến các đặc
trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen (PBX-H) .......... 61
3.2.1. Lựa chọn hàm lượng và kích thước thuốc nổ hexogen.................................61
3.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ dẻo,
khả năng kết dính và khả năng nén của thuốc nổ PBX-H .............................61
3.2.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt
độ bùng cháy và độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-H...........................72
3.2.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhạy va đập .......................................79


v
3.2.5. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng năng lượng ......................82
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến các đặc
trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở pentrit (PBX-P).............. 86
3.3.1. Khảo sát lựa chọn hàm lượng và kích thước hạt của pentrit ........................86
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến độ dẻo,
khả năng kết dính và khả năng nén của thuốc nổ PBX-P..............................88
3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính đến nhiệt
độ bùng cháy và độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-P ...........................96
3.3.4. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến độ nhạy va đập .....................................102
3.3.5. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng năng lượng ....................104
3.4. Đánh giá một số đặc trưng phân hủy nhiệt và dự đoán thời hạn sử dụng
của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ................................................................. 106

3.4.1. Một số đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ PBX ..................107
3.4.2. Dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.............................115
KẾT LUẬN .............................................................................................................................................120
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.....................................122
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................................123
PHỤ LỤC………………………………………………..………………………………...136


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A

Thừa số trước hàm mũ

β

Tốc độ gia nhiệt trong các phân tích nhiệt

E

Thể tích khí sinh ra của 2,5 g thuốc nổ (Thử nghiệm VST)

Ea

Năng lượng hoạt hóa

γ

Sức căng bề mặt

γ12

Sức căng bề mặt phân cách pha giữa chất 1 và chất 2

γP, γD

Phần phân cực và không phân cực của sức căng bề mặt

γSV, γLV, γSL

Sức căng bề mặt của bề mặt rắn-hơi, lỏng-hơi, rắn-lỏng

M

Thể tích khí sinh ra của hỗn hợp thuốc nổ và polyme

R

Hằng số khí

S

Thể tích khí sinh ra của 2,5 g polyme (Thử nghiệm VST)

S21

Hệ số dàn trải của chất 2 lên chất 1

TP

Nhiệt độ đỉnh toả nhiệt của phân tích nhiệt DSC

T PS

Nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt trong thử nghiệm DSC của chất nền

T PM

Nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt trong thử nghiệm DSC của hỗn hợp

∆TP

Độ chênh lệch nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt của phân tích nhiệt

t5%

Thời gian để 5% lượng thuốc bị phân hủy nhiệt (ở 298 K)

VR

Thể tích khí sinh ra do sự tương tác giữa thuốc nổ và polyme

Wa

Công bám dính nhiệt động

W21

Công bám dính nhiệt động của chất 2 lên chất 1

BCHMX

cis-1,3,4,6-tetranitrooctahydroimidazo-[4,5-d] imidazol

BTTN

Butantriol trinitrat

CL-20

Hexanitrohexaazaisowurtzitan (HNIW)

DBF

Dibutylfoocmamit

DBP

Dibutylphtalat

DOP

Dioctylphtalat


vii
DSC

Nhiệt lượng quét vi sai (Differential scanning calorimerty)

DTA

Phân tích nhiệt vi sai (Differential thermal analysis)

ETPE

Energetic thermoplastic elastomers

EGDN

Etylenglycol dinitrat

EVA

Etylen vinyl axetat

GAP

Glyxidyl azit polyme

HMX

Octogen (Cyclotetrametylen tetranitramin)

Kel-F

Polyclotrifloetylen

NC

Nitrat xenlulo, Nitroxenlulo

NC-1

Nitroxenlulo số 1

NC-NB

Nitroxenlulo cho NB

NC-3

Nitroxenlulo số 3

NG

Nitrat glyxerin, Nitro glyxerin

PBX

Polymer-bonded explosive hoặc Plastic bonded explosive

PBX-H

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen

PBX-HP

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen và Polystiren

PBX-HN

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Hexogen và Nitroxenlulo

PBX-P

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit

PBX-PP

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit và Polystiren

PBX-PN

Thuốc nổ PBX trên cơ sở Pentrit và Nitroxenlulo

PETN, TEN

Pentrit hoặc Pentaerythritol tetranitrat

PBS

Poly (butadien-stiren)

PE

Polyetylen

PIB

Polyisobutylen

PMMA

Poly (metyl metacrylat)

PS

Polystiren

PVC

Polyvinylclorua


viii
RDX

Hexogen (Cyclotrimetylen trinitramin)

TATB

Triaminotrinitrobenzen

TEGDN

Trietylenglycol dinitrat

TMETN

Trimetylol etan trinitrat

TG/DTG

Phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry)

TNT

2,4,6-trinitrotoluen

TPE

Thermoplastic elastomer

VST

Phương pháp ổn định nhiệt chân không (Vacuum stability test)


ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Một số đặc trưng của hexogen và pentrit so với TNT ............................ 10
Bảng 1.2. Độ tan của hexogen trong một số dung môi hữu cơ ................................ 11
Bảng 1.3. Độ tan của pentrit trong một số dung môi hữu cơ..................................... 11
Bảng 1.4. Một số chất hóa dẻo thông thường . .................................................................. 19
Bảng 1.5. Tính chất của một số dung môi hữu cơ thông thường. ........................... 23
Bảng 1.6. Độ dẻo của thuốc nổ C-4 theo tiêu chuẩn MIL-C-45010A ................. 28
Bảng 1.7. Thành phần một số thuốc nổ PBX .................................................................... 30
Bảng 1.8. Đặc trưng của các thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX và PETN. ............ 31

Bảng 1.9. Thông số động học phân hủy nhiệt thuốc nổ PBX ................................... 35
Bảng 1.10. Thời hạn sử dụng của một số thuốc nổ PBX ở 25 °C........................... 35
Bảng 1.11. Ảnh hưởng của chất hóa dẻo năng lượng cao đến một số đặc trưng
của thuốc nổ PBX .............................................................................................................................. 36
Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của PS............................................................................ 40
Bảng 2.2. Một số chỉ tiêu kỹ thuật của các loại NC........................................................ 40
Bảng 3.1. Giá trị VR xác định theo phương pháp VST ................................................. 53
Bảng 3.2. Kết quả DSC xác định tính tương thích của RDX và polyme ........... 55
Bảng 3.3. Kết quả DSC xác định tính tương thích của pentrit và polyme......... 56
Bảng 3.4. Thông số bề mặt của dung môi dùng để đo góc tiếp xúc ...................... 58
Bảng 3.5. Kết quả đo góc tiếp xúc tĩnh .................................................................................. 58
Bảng 3.6. Sức căng bề mặt của các thuốc nổ RDX, PETN và chất kết dính ... 59
Bảng 3.7. Các thông số bề mặt của thuốc nổ và hệ chất kết dính ........................... 60
Bảng 3.8. Độ dẻo của các mẫu thuốc nổ PBX-HP .......................................................... 63
Bảng 3.9. Mật độ của liều nổ PBX-HP ở các áp suất nén khác nhau ................... 65
Bảng 3.10. Độ dẻo của các mẫu thuốc nổ PBX-HN ....................................................... 67
Bảng 3.11. Mật độ của liều nổ PBX-HN ở các áp suất nén khác nhau ............... 69


x
Bảng 3.12. Nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HP ................................................ 72
Bảng 3.13. Nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HN ............................................... 74
Bảng 3.14. Độ an định hóa học của các thuốc nổ PBX-HP theo VST................. 76
Bảng 3.15. Độ an định hóa học của các thuốc nổ PBX-HN theo VST................ 78
Bảng 3.16. Độ nhạy va đập của các thuốc nổ PBX-HP ................................................ 80
Bảng 3.17. Độ nhạy va đập của các thuốc nổ PBX-HN ............................................... 82
Bảng 3.18. Đặc trưng năng lượng của một số thuốc nổ PBX-HP .......................... 83
Bảng 3.19. Đặc trưng năng lượng của một số thuốc nổ PBX-HN ......................... 84
Bảng 3.20. Độ dẻo của các thuốc nổ PBX-PP.................................................................... 88
Bảng 3.21. Mật độ của liều nổ PBX-PP ở các áp suất nén khác nhau ................. 89

Bảng 3.22. Độ dẻo của các thuốc nổ PBX-PN................................................................... 93
Bảng 3.23. Mật độ của liều nổ PBX-PN ở các áp suất nén khác nhau ................ 94
Bảng 3.24. Nhiệt độ bùng cháy của các mẫu thuốc nổ PBX-PP ............................. 96
Bảng 3.25. Nhiệt độ bùng cháy của các mẫu thuốc nổ PBX-PN ............................ 98
Bảng 3.26. Độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PP theo VST .......................... 99
Bảng 3.27. Độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PN theo VST .......................101
Bảng 3.28. Độ nhạy va đập của thuốc nổ PBX-PP .......................................................102
Bảng 3.29. Độ nhạy va đập của thuốc nổ PBX-PN.......................................................103
Bảng 3.30. Một số đặc trưng năng lượng của thuốc nổ PBX-PP ..........................104
Bảng 3.31. Một số đặc trưng năng lượng của thuốc nổ PBX-PN .........................105
Bảng 3.32. Thành phần của một số thuốc nổ PBX-H ..................................................107
Bảng 3.33. Thành phần của một số thuốc nổ PBX-P ...................................................107
Bảng 3.34. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ hexogen
và các mẫu thuốc nổ PBX-H theo phương pháp Kissinger ......................................110
Bảng 3.35. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ hexogen
và các mẫu thuốc nổ PBX-H theo phương pháp Ozawa ............................................111


xi
Bảng 3.36. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thốc nổ pentrit và
các mẫu thuốc nổ PBX-P theo phương pháp Kissinger..............................................114
Bảng 3.37. Thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ pentrit và
các mẫu thuốc nổ PBX-P theo phương pháp Ozawa....................................................114
Bảng 3.38. Giá trị VST và các thông số động học quá trình phân hủy nhiệt của
thuốc nổ RDX và các thuốc nổ PBX-H................................................................................115
Bảng 3.39. Giá trị VST và các thông số động học quá trình phân hủy của thuốc
nổ pentrit và các thuốc nổ PBX-P ...........................................................................................117


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của Estane 5703. ..................................................................... 14
Hình 1.2. Cấu trúc hóa học của Kraton G-6500. .............................................................. 14
Hình 1.3. Cấu trúc hóa học của NC.......................................................................................... 15
Hình 1.4. Mô hình của một số loại copolyme ETPE. .................................................... 16
Hình 1.5. Cấu tạo của các ETPE. ............................................................................................... 17
Hình 1.6. Cấu trúc chung của polyphotphazen.................................................................. 17
Hình 1.7. Cấu tạo của TMETN, TEGDN, EGDN, BTTN .......................................... 21
Hình 1.8. Hệ thống STABIL......................................................................................................... 27
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của hệ thống Vacuum Stability Test ........... 41
Hình 2.2. Góc tiếp xúc giữa chất lỏng và bề mặt rắn ..................................................... 44
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm xác định độ dẻo của thuốc nổ PBX................ 47
Hình 3.1. Giản đồ DSC của RDX và các hỗn hợp trên cơ sở hexogen. .............. 54
Hình 3.2. Giản đồ DSC của PETN và các hỗn hợp trên cơ sở PETN .................. 55
Hình 3.3. Đồ thị xác định các giá trị αS và βS của thuốc nổ và chất kết dính .... 59
Hình 3.4. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-HP trên kính hiển vi............... 62
Hình 3.5. Ảnh hưởng của hàm lượng RDX và tỷ lệ DOP/PS đến độ dẻo của
thuốc nổ PBX-HP................................................................................................................................ 63
Hình 3.6. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-HP và áp suất nén ................... 65
Hình 3.7. Ảnh hưởng của hàm lượng hexogen, tỷ lệ DOP/NC và bản chất NC
đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-HN............................................................................................ 68
Hình 3.8. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-HN và áp suất nén .................. 69
Hình 3.9. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-HN bằng kính hiển vi. .......... 71
Hình 3.10. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần hệ chất kết dính
đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HP. ................................................................ 72
Hình 3.11. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến
nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-HN. ........................................................................ 74

xiii
Hình 3.12. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến
độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-HP........................................................................... 76
Hình 3.13. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần chất kết dính đến
độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-HN.......................................................................... 78
Hình 3.14. Ảnh chụp bề mặt các mẫu thuốc nổ PBX-PN trên kính hiển vi. .... 87
Hình 3.15. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần chất kết dính đến
độ dẻo của thuốc nổ PBX-PP. ...................................................................................................... 88
Hình 3.16. Mối quan hệ giữa mật độ liều nổ PBX-PP và áp suất nén ................. 90
Hình 3.17. Ảnh chụp bề mặt các khối thuốc PBX-PP trên kính hiển vi............. 91
Hình 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và thành phần hệ chất kết dính
đến độ dẻo của thuốc nổ PBX-PN. ........................................................................................... 93
Hình 3.19. Mối quan hệ áp suất nén và mật độ của thuốc nổ PBX-PN. ............. 95
Hình 3.20. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính
đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-PP. ................................................................. 96
Hình 3.21. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính
đến nhiệt độ bùng cháy của thuốc nổ PBX-PN. ................................................................ 98
Hình 3.22. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính
đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PP. ...............................................................100
Hình 3.23. Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính
đến độ an định hóa học của thuốc nổ PBX-PN. ..............................................................101
Hình 3.24. Giản đồ TG/DTG của RDX và thuốc nổ PBX-H ở các tốc độ gia
nhiệt khác nhau...................................................................................................................................108
Hình 3.25. Phương pháp tính Ea của thuốc nổ PBX-H. ..............................................110
Hình 3.26. Giản đồ TG/DTG của thuốc nổ pentrit và các thuốc nổ PBX-P ở các
tốc độ gia nhiệt khác nhau............................................................................................................112
Hình 3.27. Phương pháp tính Ea của thuốc nổ PBX-P ................................................113
Hình 3.28. Thời hạn sử dụng (ở 25 °C) của hexogen và các thuốc nổ PBX-H .....116
Hình 3.29. Thời hạn sử dụng (ở 25 °C) của pentrit và các thuốc nổ PBX-P. 117

1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài luận án:
Hiện nay, trong lĩnh vực quân sự, nhu cầu phát triển những loại thuốc nổ
mạnh, có đặc trưng năng lượng cao, an toàn trong bảo quản và sử dụng, công
nghệ chế tạo đơn giản đang trở nên cấp thiết và được nhiều chuyên gia quân sự
quan tâm. Trong khi đó, các thuốc nổ phá mạnh phổ biến như hexogen,
pentrit… mặc dù có các đặc trưng năng lượng cao nhưng lại có độ nhạy cao với
xung cơ học, khả năng công nghệ (nhồi nạp vào đạn dược hoặc liều nổ) kém
nên dễ xảy ra mất an toàn trong quá trình bảo quản, vận chuyển và sử dụng [5],
[24], [122]. Chính vì vậy mà hexogen và pentrit nói riêng và hầu hết các loại
thuốc nổ phá mạnh nói chung hiếm khi được sử dụng ở dạng đơn chất, mà
thường được sử dụng ở dạng thuốc nổ phá hỗn hợp [5], [24], [106], [123].
Bên cạnh các loại thuốc nổ phá hỗn hợp truyền thống như thuốc nổ thuần
hóa, hỗn hợp các thuốc nổ đơn trên cơ sở thuốc nổ phá mạnh, một loại thuốc
nổ mới dạng PBX (Polymer-Bonded Explosive hay Plastic Bonded Explosive)
- thuốc nổ được kết dính bằng các chất dẻo - được nhiều nước trên thế giới
trang bị cho quân sự. Một trong những loại thuốc nổ PBX được sử dụng phổ
biến là thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Ưu điểm nổi bật nhất của thuốc nổ nhiệt dẻo
PBX là có độ nhạy thấp với xung cơ học, dễ dàng định hình, có thể nén ép chặt
trong các khuôn có hình dạng phức tạp, liều thuốc tạo thành có độ đồng đều
cao về mật độ và giữ được sự bền vững của kết cấu [24].
Trong giai đoạn hiện nay, nhu cầu sử dụng thuốc nổ nhiệt dẻo PBX phục
vụ nhiệm vụ chiến đấu và huấn luyện sẵn sàng chiến đấu của quân đội ta là khá
lớn. Cụ thể, thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có thể được sử dụng trong chế tạo vũ khí
phá rào vật cản dùng cho bộ binh, xe tăng phục vụ diễn tập; ngoài ra, phải kể
đến nhu cầu sử dụng với số lượng lớn của Binh chủng Đặc công trong huấn
luyện và sẵn sàng chiến đấu. Trong khi đó, thuốc nổ nhiệt dẻo PBX quân đội ta

2
đang quản lý và sử dụng chủ yếu là các loại thuốc nổ do Tiệp Khắc cũ (các
thuốc nổ Semtex) và Mỹ (thuốc nổ C-4) sản xuất từ những năm 60-70 của thế
kỷ XX. Những thuốc nổ này ngày càng giảm cả về số lượng và chất lượng, hầu
như không có thuốc nổ mới bổ sung do việc nhập ngoại gặp rất nhiều khó khăn.
Việc nghiên cứu chế tạo các mác thuốc nổ nhiệt dẻo PBX nói chung và thuốc
nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở thuốc nổ hexogen và pentrit nói riêng bằng nội lực
trong nước sẽ khắc phục được vấn đề trên. Bên cạnh đó, việc đánh giá ảnh
hưởng của các yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX sẽ góp
phần làm rõ cơ sở khoa học phục vụ cho công tác sản xuất sau này. Do đó, đề
tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của
thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit” mang tính cấp thiết, có
ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu chế tạo các loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX và đánh giá ảnh
hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ. Nghiên cứu quá trình
phân hủy nhiệt của thuốc nổ đã chế tạo, từ đó dự đoán thời hạn sử dụng của
thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án:
Nghiên cứu chế tạo và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như hàm lượng
thuốc nổ, thành phần hệ chất kết dính, khả năng kết dính... đến các đặc trưng
của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở các thuốc nổ nền là hexogen và pentrit
với các hệ chất kết dính trên cơ sở polyme thông thường (polystiren) và polyme
mang năng lượng (nitroxenlulo) ở quy mô phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
- Lựa chọn hệ chất kết dính/chất hóa dẻo/dung môi phù hợp với từng loại
thuốc nổ nền (hexogen và pentrit), đánh giá khả năng kết dính của thuốc nổ nền
với các hệ chất kết dính đó;

3
- Xác định quy luật ảnh hưởng của hàm lượng và thành phần các cấu tử đến
các đặc trưng của thuốc nổ PBX. Từ đó xác định được thành phần thích hợp để chế
tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX ứng với từng hệ thuốc nổ/polyme cụ thể;
- Xác định một số đặc trưng quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ nhiệt
dẻo PBX, từ đó dự đoán được thời hạn sử dụng của thuốc nổ.
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; phương pháp đánh giá tính
tương thích của thuốc nổ nền và các polyme; phương pháp đánh giá khả năng
kết dính của thuốc nổ nền và các hệ chất kết dính; phương pháp xác định các
đặc trưng năng lượng-kỹ thuật của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX (như nhiệt độ bùng
cháy, độ an định hóa học, độ nhạy va đập, khả năng chịu nén, độ dẻo, tốc độ
nổ, độ nén trụ chì và khả năng sinh công); phương pháp xác định các thông số
động học quá trình phân hủy nhiệt của thuốc nổ; phương pháp tính toán thời
hạn sử dụng của thuốc nổ.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Luận án là công trình khoa học nghiên cứu bài bản và có hệ thống về thuốc
nổ nhiệt dẻo PBX nói chung và thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và
pentrit nói riêng. Các kết quả nghiên cứu của luận án có thể được áp dụng cho
quá trình sản xuất cũng như đánh giá chất lượng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.
Bố cục của luận án: luận án bao gồm các nội dung chính sau:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan về thuốc nổ PBX
- Tổng quan về thuốc nổ PBX: trình bày khái niệm, thành phần, phân
loại, tính chất và các phương pháp chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo PBX; các đặc
trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.
- Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.

4
Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: là các thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở
hexogen và pentrit có sử dụng các hệ chất kết dính khác nhau.
- Hóa chất, vật tư và thiết bị nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu: trình bày kỹ thuật chế tạo thuốc nổ nhiệt dẻo
PBX; phương pháp đánh giá các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận
- Nghiên cứu, khảo sát lựa chọn thành phần thuốc nổ nhiệt dẻo PBX:
gồm quá trình khảo sát lựa chọn dung môi, chất hóa dẻo và đánh giá khả năng
kết dính của thuốc nổ nền với hệ chất kết dính.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến các đặc trưng của thuốc nổ
nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit như độ dẻo, độ nhạy va đập, nhiệt
độ bùng cháy, độ an định hóa học và các đặc trưng năng lượng.
- Đánh giá đặc trưng phân hủy nhiệt và dự đoán thời hạn sử dụng của thuốc
nổ nhiệt dẻo PBX.
Kết luận
Tài liệu tham khảo


5
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THUỐC NỔ PBX
1.1. Thuốc nổ phá hỗn hợp và thuốc nổ PBX
Thuốc nổ là một dạng vật liệu đặc biệt, có thể xảy ra các biến đổi nổ
(cháy, nổ) khi chịu tác động của các xung kích thích ban đầu khác nhau (xung
cơ học, xung nhiệt, xung nổ…), khi đó thuốc nổ có khả năng biến đổi cực nhanh
kèm theo toả nhiệt lớn và tạo ra một lượng lớn sản phẩm khí, khi giãn nở mạnh
có khả năng sinh công phá huỷ hoặc dịch chuyển môi trường xung quanh. Dạng
biến đổi nổ đặc trưng của các loại thuốc nổ là nổ ổn định, do đó thuốc nổ được
sử dụng rộng rãi trong quân sự và công nghiệp [105], [123].

Các loại thuốc nổ được chia ra thành hai nhóm chính: Thuốc nổ mồi và
thuốc nổ phá. Trong đó, các thuốc nổ phá lại được chia ra thành: Thuốc nổ phá
dạng đơn chất và thuốc nổ phá hỗn hợp.
Một số loại thuốc nổ phá dạng đơn chất như hexogen (RDX), octogen
(HMX), pentrit (PETN, TEN), CL-20, bicyclo octogen (BCHMX)… được sử
dụng rộng rãi trong quân sự hiện nay bởi chúng có các đặc trưng năng lượng
(nhiệt lượng nổ, tốc độ nổ, khả năng sinh công, áp suất nổ...) cao. Tuy
nhiên, các thuốc nổ trên vẫn tồn tại một số nhược điểm như có độ nhạy cao với
xung crit và các thuốc nổ PBX-P, thời hạn sử dụng t5% (thời gian cần
thiết để phân hủy 5% khối lượng thuốc nổ) của các thuốc nổ được tính toán
theo phương trình (2.26) và được đưa ra trong đồ thị hình 3.29.

PBX-PN-8002

38.7

56.0

PBX-PP-8001

PETN

47.6

0

10

20

30
40
50
60
Thoi han su dung, năm

70

80

Hình 3.29. Thời hạn sử dụng (ở 25 °C) của pentrit và các thuốc nổ PBX-P.
Thời hạn sử dụng ở nhiệt độ môi trường (25 °C) của các thuốc nổ PETN,
PBX-PP-8001 và PBX-PN-8002 lần lượt là khoảng 47,6; 56,0 và 38,7 năm. Kết


118
quả này có thể so sánh với các công bố của K. S. Jaw và J. S. Lee [63] với thời
hạn sử dụng ở 25 °C của thuốc nổ Datasheet A-EL506A (85% PETN và 15%
chất kết dính) là 22,3 năm; và thời hạn sử dụng của thuốc nổ PBXN-301 (80%
PETN và 20% Sylgard 182) là 40,2 năm.
Do độ bền nhiệt của thuốc nổ hexogen cao hơn thuốc nổ pentrit nên thời
hạn sử dụng của các thuốc nổ PBX-P (với thành phần tương ứng) thấp hơn đáng
kể so với các thuốc nổ PBX-H.
Nhận xét:
Các đặc trưng phân hủy nhiệt và động học quá trình phân hủy nhiệt của
các thuốc nổ PBX-H, PBX-P với các hệ chất kết dính khác nhau đã được khảo
sát và so sánh với các thuốc nổ hexogen và pentrit nguyên chất thông qua các
phương pháp phân tích nhiệt đẳng nhiệt (VST) và bất đẳng nhiệt (TG/DTG).
Do độ bền nhiệt của các thuốc nổ nền là khác nhau nên năng lượng hoạt
hóa Ea của các thuốc nổ PBX-H và PBX-P cũng khác nhau. Cụ thể, giá trị Ea

của thuốc nổ pentrit và các thuốc nổ PBX-P nằm trong khoảng (125 ÷ 141)
kJ/mol; trong khi giá trị Ea của thuốc nổ hexogen và các thuốc nổ PBX-H nằm
trong khoảng (150 ÷ 206) kJ/mol, trong đó các giá trị Ea của các thuốc nổ
hexogen và pentrit đơn chất tương đương với giá trị được công bố của các tác
giả nước ngoài. Năng lượng hoạt hóa của các thuốc nổ PBX phụ thuộc khá
nhiều vào bản chất của hệ chất kết dính.
Ảnh hưởng của hệ chất kết dính được thể hiện rõ qua thời hạn sử dụng (dự
tính) của các thuốc nổ nền và thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Trong khi thời hạn sử
dụng của thuốc nổ hexogen và PBX-HP (khoảng 70 đến 80 năm) thì thời hạn
sử dụng của các thuốc nổ PBX-HN lại nhỏ hơn khá nhiều (khoảng 40 đến 50
năm); các giá trị tương tự của của thuốc nổ pentrit (khoảng 48 năm), thuốc nổ
PBX-PP (khoảng 56 năm) và thuốc nổ PBX-PN (khoảng 38 năm).


119
Việc tính toán thời hạn sử dụng của các thuốc nổ dựa trên cơ sở chủ yếu
là các thông số của quá trình phân hủy nhiệt. Trên thực tế, thời hạn sử dụng của
thuốc nổ PBX có thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác: sự thay đổi các đặc
trưng cơ – lý (như: độ dẻo, khả năng kết dính, khả năng nén); sự phân bố lại và
thất thoát chất hóa dẻo; sự thay đổi các đặc trưng năng lượng…Tuy nhiên, việc
đánh giá thời hạn sử dụng theo tất cả các thông số kể trên là rất phức tạp với
một khối lượng nghiên cứu khổng lồ trong một khoảng thời gian dài.


120
KẾT LUẬN
Với các nội dung nghiên cứu đã thực hiện, luận án đã thu được một số kết
quả sau:
1. Các thuốc nổ nền hexogen và pentrit tương thích hóa học tốt với PS và
các loại NC, từ đó định hướng sử dụng PS và NC làm chất kết dính để chế tạo

các thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Bên cạnh đó, thuốc nổ hexogen và các hệ chất kết
dính trên cơ sở PS và NC có sức căng bề mặt phân cách pha nhỏ hơn, công kết
dính nhiệt động lớn hơn nên có khả năng liên kết tốt hơn so với thuốc nổ pentrit.
2. Các thuốc nổ PBX nhiệt dẻo sử dụng PS làm chất kết dính đều có độ
dẻo cao, dễ dàng đạt mật độ cao với áp suất nén nhỏ. Các mác thuốc PBX-HP9001 (90% hexogen, DOP/PS=2/1); PBX-PP-8501 (85% pentrit, DOP/PS=2/1)
là các mác thuốc tối ưu, có độ dẻo phù hợp, độ nhạy va đập thấp, độ bền nhiệt
và độ an định hóa học cao, đặc biệt là có các đặc trưng năng lượng cao (tương
đương với một số thuốc nổ nhiệt dẻo PBX nổi tiếng trên thế giới như C-4, ΠΒΒ5A, Semtex-10, EPX-1...).
3. Các thuốc nổ PBX sử dụng NC làm chất kết dính có khả năng nén tốt
nhưng lại có độ dẻo thấp, phù hợp để chế tạo các liều nổ, trạm nổ bằng phương
pháp nén ép. Các mẫu thuốc nổ PBX-HN-9001 (90% RDX, DOP/NC=3/1);
PBX-PN-8501 (85% PETN, DOP/NC=3/1) là các mác thuốc tối ưu, có độ dẻo
và khả năng nén phù hợp, có độ nhạy va đập thấp hơn đáng kể so với thuốc nổ
nền, có độ bền hóa học và đặc trưng năng lượng cao, tương đương với nhiều loại
thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên thế giới.
4. Các thuốc nổ PBX-H có độ bền nhiệt và độ an định hóa học cao hơn so
với các thuốc nổ PBX-P. Giá trị năng lượng hoạt hóa của các thuốc nổ PBX-H
nằm trong khoảng (150 ÷ 206) kJ/mol, cao hơn khá nhiều so với các thuốc nổ
PBX-P (125 ÷ 141 kJ/mol). Bên cạnh đó, trong khi hệ chất kết dính trên cơ sở


121
PS ít gây ảnh hưởng thì hệ chất kết dính trên cơ sở NC làm giảm độ bền nhiệt
của các thuốc nổ PBX.
5. Thời hạn sử dụng dự tính ở 25 °C (theo thử nghiệm VST) của các thuốc
nổ lần lượt là: hexogen và thuốc nổ PBX-HP có giá trị cao nhất (khoảng 70 đến
80 năm); các thuốc nổ PBX-HN (khoảng 40 đến 50 năm); pentrit và thuốc nổ
PBX-PP (khoảng 49 đến 56 năm); thuốc nổ PBX-PN có giá trị thấp nhất
(khoảng 38 năm).
Những đóng góp mới của luận án:

- Đã đánh giá được tính tương thích hóa học và khả năng liên kết của các
thuốc nổ nền với các hệ chất kết dính, từ đó lựa chọn thành phần và chế tạo
thuốc nổ nhiệt dẻo PBX.
- Đã làm rõ quy luật ảnh hưởng của hàm lượng thuốc nổ và bản chất, thành
phần hệ chất kết dính đến các đặc trưng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX. Từ đó đề
xuất đơn thành phần chế tạo một số thuốc nổ nhiệt dẻo PBX có chất lượng tốt.
- Đã làm rõ đặc điểm phân hủy nhiệt của các loại thuốc nổ nhiệt dẻo PBX
trên cơ sở hexogen và pentrit, xác định được các thông số động học phân hủy
nhiệt, từ đó dự đoán được thời hạn sử dụng của chúng.
Hướng nghiên cứu tiếp theo:
1. Tiếp tục đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố khác đến đặc trưng của
thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ sở hexogen và pentrit như: ảnh hưởng của kích
thước hạt, ảnh hưởng của các phụ gia chống lão hóa, ảnh hưởng của các phụ
gia kim loại, ….
2. Tiếp tục đánh giá thời hạn sử dụng của thuốc nổ nhiệt dẻo PBX trên cơ
sở các yếu tố khác như: độ dẻo, khả năng chịu nén, độ nhạy va đập và các đặc
trưng năng lượng.


122
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
1. Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2017), “The
effects of various factors on the characteristics of polymer-bonded
explosives based on pentrit and polystyrene”, Journal of Science and
Technique, 186, pp. 3-10.
2. Toan Nguyen Trung, Nhan Phan Duc (2017), “Studies on compatibility of
high energetic materials with polymers by thermal methods”, The 6th Asian
Symposium on Advance Materials (ASAM-6), pp. 601-604.
3. Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “The
effects of several factors on the characteristics of polymer-bonded

explosives based on pentrit and nitrocellulose”, Journal of Analytical
Sciences, 23, pp. 165-171.
4. Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “Thermal
decomposition and shelf-life of PETN and PBX based on PETN using
thermal methods”, Journal of Science and Technology, 56(3), pp. 303-311.
5. Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Vo Hoang Phuong (2018), “The
effects of various factors on the characteristics of polymer-bonded
explosives based on hexogen and nitrocellulose”, Journal of Military
Science and Technology, 57A, pp. 111-117.
6. Nguyen Trung Toan, Phan Duc Nhan, Duong Cong Hung, Vo Hoang
Phuong (2018), “Thermal decomposition behavior and shelf-life of
polymer-bonded explosives and hexogen - An experimental study”,
Vietnam Journal of Chemistry, 56(5), pp. 654-659.
7. Trung Toan Nguyen, Duc Nhan Phan, Duy Chinh Nguyen, Van Thom Do,
Giang Long Bach (2018), “The chemical compatibility and adhesion of
energetic materials and several polymers and binders: An experimental
study ”, Polymers, 10(12), 1396 (SCOPUS, Q1).