Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu sự phụ thuộc của quá trình phân hủy nhiệt và tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn hợp trên nền hexogen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
------------------------------------

NGUYỄN MẬU VƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA QUÁ TRÌNH
PHÂN HỦY NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ NỔ VÀO THÀNH PHẦN
THUỐC NỔ HỖN HỢP TRÊN NỀN HEXOGEN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

Hà Nội - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ QUỐC PHÒNG

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ
-----------------------------------NGUYỄN MẬU VƯƠNG

NGHIÊN CỨU SỰ PHỤ THUỘC CỦA QUÁ TRÌNH
PHÂN HỦY NHIỆT VÀ TỐC ĐỘ NỔ VÀO THÀNH PHẦN
THUỐC NỔ HỖN HỢP TRÊN NỀN HEXOGEN
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số: 9 44 01 19

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS Ngô Văn Giao
2. PGS.TS Đặng Văn Đường

Hà Nội - 2020


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả được trình bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được
trích dẫn đầy đủ./.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020

Tác giả luận án

Nguyễn Mậu Vương


ii

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Ngô Văn Giao và
PGS.TS Đặng Văn Đường đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời
gian thực hiện và hoàn thành bản luận án này.
Tôi xin chân thành cám ơn các nhà khoa học đã có những ý kiến đóng góp
quý báu để tác giả hoàn thiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cơ quan, tổ chức: Viện Hóa học – Vật liệu;
Viện Khoa học & Công nghệ quân sự; Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; Trung tâm
đo đạc và kiểm định Vật liệu nổ đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất và đóng góp
nhiều ý kiến bổ ích về mặt khoa học trong suốt quá trình nghiên cứu thực
nghiệm và hoàn chỉnh bản luận án này.
Tôi xin được cảm ơn gia đình, bạn bè và các bạn đồng nghiệp đã luôn
động viên, cổ vũ và giúp đỡ tận tình để tôi hoàn thành bản luận án này.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2020

Tác giả luận án

Nguyễn Mậu Vương


iii

MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt…………………………………………..vi
Danh mục các bảng…………………………………………………………..ix
Danh mục các hình vẽ, đồ thị………………………………………………..xii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1

* Tính cấp thiết của đề tài luận án: ....................................................................... 1
* Mục tiêu nghiên cứu:.......................................................................................... 2
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:..................................................................... 3
* Nội dung nghiên cứu: ......................................................................................... 3
* Phương pháp nghiên cứu:................................................................................... 3
* Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án: ........................................................... 4
* Bố cục của luận án: ............................................................................................ 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................. 5
1.1. Định nghĩa và phân loại chất nổ................................................................. 5
1.1.1. Định nghĩa chất nổ .............................................................................. 5
1.1.2. Phân loại chất nổ ................................................................................. 5
1.2. Thuốc nổ RDX và các loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX .................... 6
1.2.1. Thuốc nổ RDX .................................................................................... 6
1.2.2. Các thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX .................................................. 6
1.3. Quy luật động học phản ứng nổ ................................................................. 6
1.4. Sự phân hủy nhiệt của thuốc nổ ............................................................... 11
1.4.1. Khái niệm sự phân hủy nhiệt ............................................................ 11
1.4.2. Sự phân hủy nhiệt của một số thuốc nổ ............................................ 14
1.5. Tình hình nghiên cứu thuốc nổ RDX và hỗn hợp trên nền RDX ............ 16
1.5.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài .................................................. 16
1.5.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam .................................................... 30
1.6. Các nội dung luận án giải quyết ............................................................... 36
CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................... 38


iv

2.1. Hóa chất.................................................................................................... 38
2.1.1. Các loại thuốc nổ ............................................................................... 38
2.1.2. Các hóa chất khác.............................................................................. 38

2.2. Các phương pháp, thiết bị nghiên cứu ..................................................... 39
2.2.1. Phương pháp tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ .......... 39
2.2.2. Phương pháp đo và tính nhiệt lượng nổ ............................................ 43
2.2.3. Phương pháp và thiết bị xác định tốc độ nổ ..................................... 47
2.2.4. Phương pháp phân tích nhiệt ............................................................. 48
2.2.5. Phương pháp đánh giá sự tương hợp và độ bền nhiệt bằng DSC ..... 51
2.2.6. Phương pháp tính toán các thông số động học dựa vào DTA .......... 51
2.2.7. Hiển vi điện tử quét SEM.................................................................. 51
2.2.8. Đo phân bố cỡ hạt bằng tán xạ laze .................................................. 52
2.2.9. Phương pháp chế tạo các mẫu nghiên cứu ........................................ 53
2.2.10. Xác định thành phần sản phẩm nổ .................................................. 56
2.2.11. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm ......................................... 60
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 61
3.1. Cân bằng oxi, hệ số oxi và thành phần sản phẩm nổ ............................... 61
3.1.1. Tính toán các hệ số và thành phần sản phẩm nổ ............................... 61
3.1.2. Thực nghiệm định tính thành phần sản phẩm nổ .............................. 66
3.2. Nghiên cứu sự tương hợp của hệ ............................................................. 74
3.2.1. Hệ thuốc nổ TГ ................................................................................. 74
3.2.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 .......................................................................... 78
3.3. Quá trình phân hủy không đẳng nhiệt của thuốc nổ ................................ 80
3.3.1. Hệ thuốc nổ TГ ................................................................................. 80
3.3.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 .......................................................................... 91
3.4. Sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ ......................... 106
3.4.1. Hệ thuốc nổ TГ ............................................................................... 106
3.4.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 ........................................................................ 110
3.5. Sự phụ thuộc tốc độ nổ vào thành phần thuốc nổ .................................. 112


v

3.5.1. Hệ thuốc nổ TГ ............................................................................... 112
3.5.2. Hệ thuốc nổ A-IX-1 ........................................................................ 116
3.6. Dự kiến một số chất thuần hóa có thể sử dụng được cho RDX ............. 118
3.6.1. Điều kiện tiến hành thử nghiệm ...................................................... 118
3.6.2. Kết quả và thảo luận........................................................................ 118
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 122
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .................. 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 125
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 138


vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

A

Hệ số oxi

D

Tốc độ nổ

E

Năng lượng hoạt hóa

f

Thừa số phân nhánh

g

Thừa số đứt mạch

kT

Hằng số tốc độ phản ứng

Kb

Cân bằng oxi

n

Bậc phản ứng

Q

Nhiệt lượng

R

Hằng số khí lý tưởng

G

Gốc tự do

Tbc

Nhiệt độ bùng cháy

Tnc

Nhiệt độ nóng chảy

Tonset

Nhiệt độ bắt đầu của trạng thái (nóng chảy, phân hủy…)

Tp

Nhiệt độ đỉnh pic

𝜏

Thời gian thực hiện một mắt xích

T

Nhiệt độ tuyệt đối

x

Phần phản ứng hoặc chuyển đổi (không thứ nguyên)

Z

Thừa số trước mũ hoặc tần số

𝛽

Xác suất đứt mạch, Tốc độ gia nhiệt

𝛿

Xác suất phân nhánh

𝜌

Mật độ

∪

Độ dài mạch

𝜔

Độ nhạy va đập

W

Tốc độ phản ứng dây chuyền

∆h

Độ nổ phá theo Kast


vii

∆Tp

Độ chênh lệch nhiệt độ đỉnh píc

∆W

Độ giãn nở bom chì

AS

Axit stearic

A-IX-1

(95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % chất thuần hóa

A-IX-11

(95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % xerezin

A-IX-13
CEF

(95,0÷95,5) % RDX + (5,0÷6,5) % chất thuần hóa (gồm 60%
xerezin; 38,8% axit stearic; 1,2% sudan)
Tris-beta chloroethylphosphate

Comp BO

RDX/TNT/wax theo tỷ lệ khối lượng 58,7/40,3/1

Comp BN

RDX/TNT/wax theo tỷ lệ khối lượng 60,2/38,9/0,9

CTPTGĐ

Công thức phân tử giả định

DOA

Dioctyladipate

DOP

Dioctylphtalate

DSC

Phân tích nhiệt lượng quét vi sai

DTA

Phân tích nhiệt vi sai

Exon 461

A chlorotrifluoroethylene/tetrafluoroethylene/vinylidene
fluoride Copolymer.

GPA

glycerophthalic acid

CTH

Chất thuần hóa

NC

Nitrocellulose

Nilon

polyamit nhiệt dẻo

PB

polyisobutylene

PE

Polietylene

PETN

Pentaerythritol tetranitrat

PS

Polystyren

PƯ

Phản ứng

RDX
RXE 9010

Research Department eXplosive (cyclotrimetylen trinitramin)
RDX/Estane theo tỷ lệ khối lượng 90/10


viii

RXE 9505

RDX/Estane theo tỷ lệ khối lượng 95/5

RXV 9010

RDX/Viton-A với tỷ lệ khối lượng 90/10

TBN
Teflon
TNT
TГ
TOF
Viton-A

Tây Ban Nha
polytetrafluoroethylen
2,4,6-trinitrotoluen
Thuốc nổ hỗn hợp TNT và RDX
Trioctylphosphate
Vinylidene fluoride-perfluoropropylene copolymer


ix

DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Một số thông số động học của thuốc nổ RDX ................................... 15
Bảng 1.2. Độ tan của RDX trong dung dịch HNO3 ........................................... 17
Bảng 1.3. Độ tan của RDX trong TNT nóng chảy ............................................. 17
Bảng 1.4. Các hỗn hợp ơtecti của RDX .............................................................. 17
Bảng 1.5. Tốc độ nổ của RDX phụ thuộc vào mật độ ........................................ 19
Bảng 1.6. Một số hỗn hợp RDX với chất thuần hóa ........................................... 20
Bảng 1.7. Một số đặc trưng của thuốc nổ A-IX-1 .............................................. 22
Bảng 1.8. Thuốc nổ hỗn hợp RDX và TNT ........................................................ 23
Bảng 1.9. Một số tính chất nổ của hỗn hợp TГ................................................... 25
Bảng 1.10. Một số thuốc nổ hỗn hợp RDX và nhôm ......................................... 26
Bảng 1.11. Đặc trưng năng lượng nổ của A-IX-2 ............................................. 26
Bảng 1.12. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX, TNT và Al .............................. 27
Bảng 1.13. Một số thuốc nổ hỗn hợp của RDX với chất nổ khác ...................... 28
Bảng 2.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của xerezin ........................................................ 38
Bảng 2.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của axit stearic. ................................................. 38
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu kỹ thuật của sudan. ......................................................... 39
Bảng 2.4. Các chỉ tiêu kỹ thuật của một số chất thuần hóa. ............................... 39
Bảng 3.1. Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số hỗn hợp ТГ. ........................... 61

Bảng 3.2. Thành phần sản phẩm nổ của một số hỗn hợp ТГ.............................. 62
Bảng 3.3. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-13 ............................... 63
Bảng 3.4. Cân bằng oxi và hệ số oxi của một số chất ........................................ 64
Bảng 3.5. Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-13 ................................ 64
Bảng 3.6. Cân bằng oxi và hệ số oxi của thuốc nổ A-IX-11 ............................... 65
Bảng 3.7. Thành phần sản phẩm nổ của thuốc nổ A-IX-11 ................................ 65
Bảng 3.8. Kết quả đo thành phần khí sản phẩm nổ của các thuốc nổ ................. 68
Bảng 3.9. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-13. ............ 71


x
Bảng 3.10. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ A-IX-11. .......... 72
Bảng 3.11. Kết quả phân tích thành phần sản phẩm rắn khi nổ ТГ-50 .............. 74
Bảng 3.12. Thông số phân hủy của thuốc nổ theo đường cong DSC ................. 76
Bảng 3.13. Các thông số phân hủy của các loại A-IX-1 ..................................... 79
Bảng 3.14. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 80
Bảng 3.15. Các thông số vật lý của ТГ-60,0....................................................... 82
Bảng 3.16. Các thông số vật lý của ТГ-23,0....................................................... 82
Bảng 3.17. Các thông số vật lý của ТNT ............................................................ 83
Bảng 3.18. Các thông số động học của thuốc nổ ТГ. ......................................... 87
Bảng 3.19. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ ТГ ....................... 88
Bảng 3.20. Thời gian bán hủy của thuốc nổ ТГ.................................................. 89
Bảng 3.21. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 91
Bảng 3.22. Các thông số vật lý của Mẫu RDX ................................................... 93
Bảng 3.23. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M1) ..................................... 94
Bảng 3.24. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M2) ..................................... 94
Bảng 3.25. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M3) ..................................... 94
Bảng 3.26. Các thông số vật lý của Mẫu A-IX-13 (M4) ..................................... 95
Bảng 3.27. Các thông số động học của hỗn hợp A-IX-13................................... 96
Bảng 3.28. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của A-IX-13.............................. 96

Bảng 3.29. Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-13 ......................................... 97
Bảng 3.30. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ....................................... 99
Bảng 3.31. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M5) ........................................... 101
Bảng 3.32. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M6) ........................................... 101
Bảng 3.33. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M7) ........................................... 101
Bảng 3.34. Các thông số vật lý của A-IX-11 (M8) ........................................... 102
Bảng 3.35. Các thông số động học của A-IX-11 ............................................... 103
Bảng 3.36. Hằng số tốc độ phản ứng phân hủy của thuốc nổ A-IX-11............. 103
Bảng 3.37. Thời gian bán hủy của thuốc nổ A-IX-11 ....................................... 104


xi
Bảng 3.38. Nhiệt lượng nổ của ТГ theo tính toán tại mật độ 1,60g/cm3 .......... 107
Bảng 3.39. Nhiệt lượng nổ của ТГ tại mật độ 1,60 g/cm3 ................................ 107
Bảng 3.40. Chênh lệch giữa nhiệt lượng nổ thực tế và tính toán của ТГ ......... 108
Bảng 3.41. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-13 tại mật độ 1,62 g/cm3 ......... 110
Bảng 3.42. Nhiệt lượng nổ của thuốc nổ A-IX-11 tại mật độ 1,62 g/cm3 ......... 111
Bảng 3.43. Mật độ của các mẫu đúc ................................................................. 112
Bảng 3.44. Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ 1,60 g/cm3 ......................... 114
Bảng 3.45. Tốc độ nổ của thuốc nổ TГ tại mật độ đúc cao nhất ...................... 115
Bảng 3.46. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-13 .................................................... 116
Bảng 3.47. Tốc độ nổ của thuốc nổ A-IX-11 .................................................... 117
Bảng 3.48. Tỷ lệ thành phần của các mẫu thử nghiệm ..................................... 118
Bảng 3.49. Kết quả đo các thông số nhiệt DSC của các mẫu ........................... 120


xii
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền phản ứng nổ ............................................................. 7

Hình 1.2. Sự phụ thuộc tốc độ phản ứng vào thông số thời gian.......................... 9
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ sản xuất RDX. ......................................................... 31
Hình 1.4. Các thiết bị nitro hóa và phân hủy trên dây chuyền RDX .................. 32
Hình 1.5. Thiết bị lọc trên dây chuyền RDX ...................................................... 32
Hình 1.6. Thiết bị chế tạo thuốc nổ A-IX-1. ....................................................... 36
Hình 2.1. Thiết bị đo nhiệt lượng nổ DCA-5. ..................................................... 44
Hình 2.2. Thiết bị đo tốc độ nổ VOD-8. ............................................................. 47
Hình 2.3. Các thỏi thuốc sau khi nén ép và cách ghép để đo tốc độ nổ ......................... 48
Hình 2.4. Thỏi thuốc đã được ghép vào ống nhựa, lắp dây tín hiệu và kíp .................... 48
Hình 2.5. Thiết bị đo DTA .................................................................................. 49
Hình 2.6. Thiết bị đo DSC 131. .......................................................................... 50
Hình 2.7. Kính hiển vi điện tử FEI Nova NanoSEM 450 ................................... 52
Hình 2.8. Thiết bị đo phân bố cỡ hạt Partica LA-950V2 .................................... 53
Hình 2.9. Thiết bị phân tích khí nhẹ NARL8514. MODEL 4016 ...................... 57
Hình 2.10. Thiết bị hấp thụ hồng ngoại JASCO 4600 ........................................ 58
Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử JSM-6510LV - Đầu dò tán xạ năng lượng tia X .......... 58
Hình 3.1. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ A-IX-13 ....................... 67
Hình 3.2. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ A-IX-11 ....................... 67
Hình 3.3. Đường sắc ký sản phẩm khí nổ của thuốc nổ ТГ-50 .......................... 68
Hình 3.4. Phổ hấp thụ hồng ngoại của mẫu nước cất khử ion. ........................... 68
Hình 3.5. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ A-IX-13........ 69
Hình 3.6. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ A-IX-11........ 69
Hình 3.7. Phổ hấp thụ hồng ngoại của chất lỏng ngưng tụ khi nổ ТГ-50........... 69
Hình 3.8. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-13. ................................. 70
Hình 3.9. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-13. ...... 70


xiii
Hình 3.10. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-11. ............................... 71
Hình 3.11. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ A-IX-11...... 72

Hình 3.12. Bề mặt sản phẩm rắn thu được khi nổ ТГ-50. .................................. 73
Hình 3.13. Phổ tán xạ năng lượng tia X của sản phẩm rắn thu được khi nổ ТГ-50. ....... 73
Hình 3.14. Phân bố cỡ hạt thuốc nổ RDX .......................................................... 75
Hình 3.15. Ảnh SEM bề mặt hạt thuốc nổ RDX ................................................ 75
Hình 3.16. Ảnh SEM bề mặt bên ngoài thuốc nổ TГ sau khi đúc ...................... 75
Hình 3.17. Ảnh SEM bề mặt bên trong thuốc nổ TГ sau khi đúc ...................... 76
Hình 3.18. Đường cong DSC của RDX. ............................................................. 77
Hình 3.19. Đường cong DSC của TNT............................................................... 77
Hình 3.20. Đường cong DSC của TГ-60/40. ...................................................... 77
Hình 3.21. Ảnh SEM bề mặt thuốc nổ A-IX-1 ................................................... 78
Hình 3.22. Đường cong DSC của A-IX-11 ......................................................... 79
Hình 3.23. Đường cong DSC của A-IX-13 ......................................................... 79
Hình 3.24. Đường DTA của ТГ-60,0.................................................................. 81
Hình 3.25. Đường DTA của ТГ-23,0.................................................................. 81
Hình 3.26. Đường DTA của ТNT ....................................................................... 81
Hình 3.27. Đồ thị phương trình K của ТГ-60,0 .................................................. 84
Hình 3.28. Đồ thị phương trình K của ТГ-57,5 .................................................. 84
Hình 3.29. Đồ thị phương trình K của ТГ-55,0 .................................................. 84
Hình 3.30. Đồ thị phương trình K của ТГ-52,5 .................................................. 84
Hình 3.31. Đồ thị phương trình K của ТГ-50,0 .................................................. 84
Hình 3.32. Đồ thị phương trình K của ТГ-47,5 .................................................. 84
Hình 3.33. Đồ thị phương trình K của ТГ-45,0 .................................................. 85
Hình 3.34. Đồ thị phương trình K của ТГ-42,5 .................................................. 85
Hình 3.35. Đồ thị phương trình K của ТГ-40 ..................................................... 85
Hình 3.36. Đồ thị phương trình K của ТГ-37,5 .................................................. 85
Hình 3.37. Đồ thị phương trình K của ТГ-35,0 .................................................. 85


xiv
Hình 3.38. Đồ thị phương trình K của ТГ-32,5 .................................................. 85

Hình 3.39. Đồ thị phương trình K của ТГ-30,0 .................................................. 86
Hình 3.40. Đồ thị phương trình K của ТГ-27,5 .................................................. 86
Hình 3.41. Đồ thị phương trình K của ТГ-25,0 .................................................. 86
Hình 3.42. Đồ thị phương trình K của ТГ-23 ..................................................... 86
Hình 3.43. Đồ thị phương trình K của ТNT ....................................................... 86
Hình 3.44. Đồ thị phụ thuộc của E vào hàm lượng TNT trong ТГ. ................... 90
Hình 3.45. Đồ thị phụ thuộc của Z vào hàm lượng TNT trong ТГ. ................... 90
Hình 3.46. Đường DTA của mẫu RDX. ............................................................. 92
Hình 3.47. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M1) ................................................ 92
Hình 3.48. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M2) ................................................ 92
Hình 3.49. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M3) ................................................ 93
Hình 3.50. Đường DTA của mẫu A-IX-13 (M4) ................................................ 93
Hình 3.51. Đồ thị phương trình K của mẫu RDX ............................................... 95
Hình 3.52. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M1) ................................. 95
Hình 3.53. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M2) ................................. 95
Hình 3.54. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M3) ................................. 95
Hình 3.55. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-13 (M4) ................................. 96
Hình 3.56. Đồ thị sự phụ thuộc của E của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ......... 98
Hình 3.57. Đồ thị sự phụ thuộc của Z của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ......... 98
Hình 3.58. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M5) ................................................ 99
Hình 3.59. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M6) .............................................. 100
Hình 3.60. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M7) .............................................. 100
Hình 3.61. Đường DTA của mẫu A-IX-11 (M8) .............................................. 100
Hình 3.62. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M5) ............................... 102
Hình 3.63. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M6) ............................... 102
Hình 3.64. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M7) ............................... 102
Hình 3.65. Đồ thị phương trình K của mẫu A-IX-11 (M8) ............................... 102


xv

Hình 3.66. Đồ thị sự phụ thuộc của E của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ....... 105
Hình 3.67. Đồ thị sự phụ thuộc của Z của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ....... 105
Hình 3.68. Đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt lượng nổ ТГ vào hàm lượng TNT ........ 108
Hình 3.69. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ của A-IX-13 vào hàm lượng CTH. ...... 110
Hình 3.70. Đồ thị sự phụ thuộc nhiệt lượng nổ của A-IX-11 vào hàm lượng CTH. ...... 111
Hình 3.71. Đồ thị sự phụ thuộc của mật độ đúc cao nhất của TГ vào hàm lượng TNT ....... 113
Hình 3.72. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ TГ vào TNT tại mật độ 1,60 g/cm3 ................ 114
Hình 3.73. Sự phụ thuộc của tốc độ nổ TГ vào TNT tại mật độ đúc cao nhất ............. 115
Hình 3.74. Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ nổ A-IX-13 vào hàm lượng CTH .............. 116
Hình 3.75. Đồ thị sự phụ thuộc của tốc độ nổ A-IX-11 vào hàm lượng CTH .............. 117
Hình 3.76. Đường DSC của M1........................................................................ 119
Hình 3.77. Đường DSC của M2........................................................................ 119
Hình 3.78. Đường DSC của M3........................................................................ 119
Hình 3.79. Đường DSC của M4........................................................................ 119
Hình 3.80. Đường DSC của M5........................................................................ 120
Hình 3.81. Đường DSC của M6........................................................................ 120


1
MỞ ĐẦU
* Tính cấp thiết của đề tài luận án:
Hexogen hay RDX là tên thường gọi của cyclonite; 1,3,5-trinitro-1,3,5triazocyclohecxan, hay cyclotrimetylen trinitramin, có công thức phân tử
C3H6O6N6. RDX (ký hiệu là , RDX) là một trong những thuốc nổ mạnh điển
hình.
Thuốc nổ RDX có tốc độ nổ cao (8380 m/s ở mật độ 1,70 g/cm3), khả năng
sinh công lớn đo theo phương pháp bom chì là (450÷520) mL. Tuy nhiên, RDX
có độ nhạy cao (70÷80%), không chịu nén và bị phân hủy trước khi nóng chảy
[87], [116]. Chính vì vậy, người ta thường sử dụng nó kết hợp với một chất nổ có
tính công nghệ cao (dễ nóng chảy, không bị phân hủy khi nóng chảy) như TNT để
đúc rót vào lòng bom, mìn, đạn, mồi nổ hoặc với chất thuần hóa làm giảm độ

nhạy, tăng khả năng chịu nén để nhồi nạp vào đạn xuyên lõm, đạn nổ phá sát
thương.
Hiện nay, quân đội đã được đầu tư dây chuyền sản xuất thuốc nổ RDX ở
quy mô công nghiệp. Cũng như dây chuyền sản xuất thuốc nổ TNT, dây chuyền
này đã vào sản xuất trong thời gian vừa qua. Đồng thời, quân đội cũng đã, đang và
sẽ tiếp tục đầu tư các dây chuyền sản xuất và sữa chữa đạn cối, đạn chống tăng,
tên lửa phòng không tầm thấp. Tuy vậy, những nghiên cứu về quá trình phân hủy
nhiệt, sự phụ thuộc tốc độ nổ vào thành phần hỗn hợp trên nền RDX mặc dù đã
được thế giới đề cập nhưng công bố rất hạn chế. Việc nghiên cứu về phân hủy
nhiệt giúp định hướng công nghệ nhồi nạp thuốc nổ hỗn hợp vào lòng bom đạn,
dự đoán độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần đến tốc độ
nổ sẽ quyết định uy lực của thuốc. Vấn đề này cũng đã được nghiên cứu đề cập
nhưng tài liệu chưa nhiều.
Bên cạnh việc tiếp nhận chuyển giao công nghệ nhồi nạp, chế tạo đạn theo
đơn hợp đồng, đã có một số đề tài nghiên cứu về các mác thuốc nổ cụ thể trên nền
RDX, tuy nhiên chưa nhiều. Hiện nay, ở nước ta, rất nhiều loại đạn, bom, mìn sử


2
dụng các hỗn hợp thuốc nổ dạng T và RDX thuần hóa. Vì vậy, đề tài NCS:
“Nghiên cứu sự phụ thuộc của quá trình phân hủy nhiệt và tốc độ nổ vào thành
phần thuốc nổ hỗn hợp trên nền hexogen” không chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học
mà còn có ý nghĩa thực tiễn làm cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu thiết kế, chế
tạo các loại đạn mới phù hợp với điều kiện công nghệ và tác chiến của quân đội.
Trong tính toán thiết kế đạn và các khối nổ hiện nay, trên thế giới đã sử dụng
các phần mềm bản quyền ANSYS (Autodyn, LS-Dyna), MSC (Nastran, Dytran)
để mô phỏng các hiệu ứng nổ với độ chính xác, độ tin cậy rất cao. Từ các mô
phỏng đó, người ta rút ngắn được thời gian, kinh phí để đưa ra một thiết kế tối ưu
cho mỗi loại sản phẩm phù hợp mục tiêu đề ra. Mỗi một thiết kế đạn (hoặc thiết bị
nổ) sẽ tối ưu nhất với một loại chất nổ có tính năng xác định.

Trong quân sự, với chỉ tiêu kỹ chiến thuật đặt ra ban đầu cho thiết kế đạn,
bom, mìn, đặc biệt là có sử dụng hiệu ứng nổ lõm, các thông số đưa vào phần
mềm đối với thuốc nổ quan trọng nhất là mật độ, tốc độ nổ. Khi thay đổi các
thông số quan trọng này, kết quả thu được là hoàn toàn khác nhau đối với một
thiết kế xác định. Sẽ có những thông số đưa vào đảm bảo cho thiết kế đạt được
tính tối ưu về hiệu ứng nổ, đôi khi là tối ưu về tính kinh tế trong khi vẫn đảm bảo
được chỉ tiêu kỹ thuật ban đầu. Chính vì vậy, việc lập ra một sổ tay của các hệ
thuốc nổ (có đủ những thông số quan trọng) là một việc làm cấp thiết. Đồng thời,
nghiên cứu quá trình phân hủy nhiệt sẽ giúp xác định được khoảng nhiệt độ đúc
an toàn, thời gian bán hủy của thuốc phụ thuộc vào nhiệt độ bảo quản. Đây cũng
là cơ sở để xác định độ bền của sản phẩm và định hướng điều kiện kho chứa bảo
quản đạn.
* Mục tiêu nghiên cứu:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về quá trình nổ của hai loại
thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX (TГ, A-IX-1) để xây dựng cơ sở dữ liệu định
hướng cho thiết lập đơn thành phần thuốc nổ phù hợp yêu cầu sử dụng cho thiết
kế đạn tạo hình, đạn xuyên lõm, đạn có sức công phá mạnh.


3
- Xác định được khoảng nhiệt độ đúc an toàn, dự đoán độ bền của sản
phẩm dựa trên cơ sở tính toán thời gian bán hủy của các loại thuốc nổ, chỉ ra tầm
quan trọng của yếu tố nhiệt độ đến độ bền của sản phẩm trong quá trình bảo
quản, an toàn cháy nổ của đạn, thuốc nổ.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là 02 loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền
RDX: TГ (gồm TNT và RDX) và A-IX-1 (gồm RDX và chất thuần hóa).
Phạm vi nghiên cứu: các vấn đề liên quan đến quá trình phân hủy nhiệt và
ảnh hưởng của thành phần lên tốc độ nổ, nhiệt lượng nổ thuốc nổ hỗn hợp TГ và
A-IX-1.

* Nội dung nghiên cứu:
- Tính toán sự phụ thuộc của cân bằng oxi, hệ số oxi, công thức phân tử
giả định, thành phần sản phẩm nổ, nhiệt lượng nổ vào thành phần thuốc nổ hỗn
hợp TГ, A-IX-1.
- Xác định các thông số động học quá trình phân hủy khi thay đổi thành
phần thuốc nổ TГ, A-IX-1. Từ đó, tính toán thời gian bán hủy của thuốc nổ, dự
đoán độ bền sản phẩm.
- Xác định phương trình thực nghiệm sự phụ thuộc của tốc độ nổ, nhiệt
lượng nổ vào thành phần thuốc nổ TГ, A-IX-1.
* Phương pháp nghiên cứu:
Đề tài sử dụng kết hợp các phương pháp tính toán lý thuyết và đo đạc thực
nghiệm có độ chính xác cao trên các thiết bị và phương tiện hiện đại, tiên tiến
(từ phương pháp tạo mẫu, chuẩn bị mẫu đo đồng đều, có sai số nhỏ đến việc sử
dụng các thiết bị hiện đại, độ chính xác cao) để thiết lập những quy luật thực
nghiệm tin cậy.


4
* Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án:
- Xuất phát từ nhu cầu thực tế cần nghiên cứu 02 loại thuốc nổ trên nhằm
xây dựng cơ sở dữ liệu cho việc thiết kế đơn thành phần phù hợp yêu cầu của
thiết kế, chế tạo đạn (đặc biệt là đạn xuyên lõm, đạn tạo hình).
- Dựa vào phương pháp phân tích nhiệt, xác định được khoảng nhiệt độ đúc
an toàn, dự đoán độ bền của sản phẩm dựa trên cơ sở tính toán thời gian bán hủy
của các loại thuốc nổ và chỉ ra tầm quan trọng của yếu tố nhiệt độ đến độ bền
của sản phẩm trong quá trình bảo quản an toàn cháy nổ của đạn, thuốc nổ.
* Bố cục của luận án:
Luận án bao gồm: Phần mở đầu, ba chương, kết luận, danh mục tài liệu
tham khảo.
Phần mở đầu

Nêu rõ tính cấp thiết của đề tài 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 về bố cục của luận án.
Chương I. Tổng quan
Phân tích đánh giá về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, các vấn
đề liên quan, các nội dung cần giải quyết trong luận án.
Chương II. Các phương pháp nghiên cứu
Trình bày các phương pháp tạo mẫu, các phương pháp tính toán và các
phương pháp đo đạc tính năng của thuốc nổ hỗn hợp.
Chương III. Kết quả và thảo luận
Chương này tập trung giải quyết các nội dung nghiên cứu đã đặt ra của
luận án.


5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Định nghĩa và phân loại chất nổ
1.1.1. Định nghĩa chất nổ
Chất nổ là một hợp chất hóa học hoặc hỗn hợp các chất khi bị kích thích tới
một giới hạn nhất định bởi xung kích thích bên ngoài (va đập, ma sát, nhiệt, tĩnh
điện, sóng xung kích…) thì sinh ra gốc tự do và phát triển mạch dây chuyền
phân nhánh nhanh xảy ra phản ứng nổ. Phản ứng nổ này phải có đồng thời các
đặc điểm sau và nếu thiếu một trong các đặc điểm này thì không phải là phản
ứng nổ và chất sinh ra phản ứng đó không phải là chất nổ [1]:
- Tốc độ phản ứng nhanh, tự lan truyền.
- Sinh ra nhiệt lượng nổ lớn (QV lớn).
- Thể tích khí sinh ra nhiều (V lớn).
1.1.2. Phân loại chất nổ
Có nhiều cách phân loại chất nổ khác nhau, thường gặp 2 kiểu sau:

a. Dựa vào bản chất hóa học [86], người ta chia thành các loại:
- Các hợp chất nitro;
- Các este nitric;
- Các nitramin;
- Các dẫn xuất của clorua và axit peclorit;
- Các azit;
-

Các hợp chất khác có khả năng nổ: fuminat, axetylit, tetrazen, peroxit,

ozonit...
b. Dựa vào mục đích sử dụng, bản chất quá trình biến đổi hóa học của
chất nổ và điều kiện kích thích (cháy hoặc nổ), người ta chia chất nổ thành các
loại sau [1], [86]:
- Nhóm 1: Thuốc nổ mồi (thuốc nổ sơ cấp)
- Nhóm 2: Thuốc nổ phá (thuốc nổ thứ cấp)


6
- Nhóm 3: Thuốc phóng và nhiên liệu tên lửa
Đối với thuốc nổ phá nói riêng, có nhiều cách phân loại như dựa vào nhóm
chức (các hợp chất nitrat, nitro…), độ nhạy, thành phần (đơn thành phần và hỗn
hợp). Trong đó, phân loại theo thành phần là thông dụng và dễ nhớ nhất.
1.2. Thuốc nổ RDX và các loại thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX
1.2.1. Thuốc nổ RDX
Thuốc nổ RDX [87] là tên thường gọi của cyclonite; 1,3,5-trinitro-1,3,5triazocyclohecxan, hay cyclotrimetylen trinitramin, có công thức phân tử là
C3H6O6N6, ký hiệu , RDX, T-4… là một trong những thuốc nổ mạnh điển hình,
có công thức cấu tạo như sau:

RDX được tìm ra từ năm 1897, năm 1920 mới được sử dụng làm thuốc nổ

[115]. Từ sau chiến tranh thế giới thứ hai trở lại đây, RDX được sử dụng rộng rãi
trong quân sự và dân sự.
1.2.2. Các thuốc nổ hỗn hợp trên nền RDX
Có nhiều loại hỗn hợp với tên gọi khác nhau, thông thường ta hay gặp các
loại sau [87], [72], [26], [40], [116], [88]:
- Hỗn hợp RDX với chất thuần hóa.
- Hỗn hợp RDX với TNT.
- Hỗn hợp RDX với bột nhôm.
- Hỗn hợp RDX với TNT và bột nhôm.
- Hỗn hợp RDX với một số chất khác.
1.3. Quy luật động học phản ứng nổ
a. Theo cơ chế gốc tự do [4]: Phản ứng nổ của thuốc nổ xảy ra theo cơ chế
gốc tự do theo dây chuyền phân nhánh hoặc không phân nhánh, phân nhánh
càng nhiều, tốc độ phản ứng càng nhanh.


7
Thuốc nổ ban đầu ký hiệu G. Phản ứng nổ xảy ra theo các giai đoạn sau:
+ Giai đoạn khơi mào: hình thành các gốc tự do nguyên thủy
Kích nổ

G

G

+ Giai đoạn phát triển mạch: là giai đoạn kéo dài mạch dây chuyền, không
phân nhánh hoặc phân nhánh

Không phân nhánh

Phân nhánh

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền phản ứng nổ
 - Thời gian thực hiện một mắt xích, giây.
● - Kí hiệu mắt xích của gốc tự do G
+ Giai đoạn đứt mạch: xảy ra phản ứng hủy diệt gốc tự do
G + G  2G
Trường hợp mạch dây chuyền không phân nhánh có độ dài trung bình bằng
 mắt xích (hình 1.1.a), sự đứt mạch có thể xảy ra ở bất kỳ mắt xích nào, cho
nên xác suất đứt mạch trung bình là   1 . Thời gian thực hiện một mắt xích

như trên nếu là  giây thì thời gian tồn tại trung bình của gốc G là . giây.
Kí hiệu n là số gốc G trong 1 cm3 thì sau . giây tất cả n gốc G đều bị
hủy diệt, nghĩa là sau 1 giây có

n





n



gốc G bị hủy diệt.

Gọi no là tốc độ khơi mào (số gốc G ban đầu sinh ra trong một giây và 1
cm3 sau kích nổ) ta có phương trình:
dn

n
 no 
dt


(1.1)

Nghĩa là biến thiên nồng độ gốc tự do trong đơn vị thời gian bằng số gốc tự
do hình thành (no) trừ đi số gốc tự do G bị hủy diệt (

n



).


8
Trường hợp mạch dây chuyền phát triển phân nhánh (hình 1.1.b), sự phân
nhánh với xác suất  thì trong phương trình trên phải thay đại lượng  bởi -,
vì sự phân nhánh làm giảm hiệu lực của sự đứt mạch.
Vậy đối với phán ứng dây chuyền phân nhánh ta có phương trình:

   n
dn
 no 
dt

Nếu gọi

(1.2)


 f là thừa số phân nhánh


 g là thừa số đứt mạch


Kí hiệu   f  g phương trình trên chuyển thành
dn
 no  ( f  g )n  no   n
dt

(1.3)

Lấy tích phân phương trình (1.3) với điều kiện đầu n = 0 khi t = 0:
n

no



(e r  1)

(1.4)

Trường hợp  < 0 tức g > f thì từ một điểm nào đó ta có thể bỏ qua et khi
đó phương trình (1.4) trở thành:
n

no





no
g f

(1.5)

Trường hợp  = 0 tức là g = f
Thế vào phương trình (1.3) ta có
dn
 no
dt

(1.6)

Sau khi lấy tích phân ta được

n  not

(1.7)

Trường hợp này nồng độ gốc tự do G tăng tuyến tính theo thời gian.
Trường hợp  > 0 tức f > g từ phương trình (1.4) bỏ qua đơn vị và được:
n

no



e r

(1.8)