Thạc Sĩ Nghiên cứu sử dụng chất kết dính cao phân tử để chế tạo hỗn hợp hoả thuật phát hồng ngoại 3 -14µm

Luận án tiến sĩ năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu sử dụng chất kết dính cao phân tử để chế tạo hỗn hợp hoả thuật phát hồng ngoại 3 -14µm


MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữviết tắt v
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình vẽ, đồthị, ảnh . viii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN 4
1.1. Thuốc hoảthuật phát xạhồng ngoại . 4
1.1.1. Thuốc hoảthuật 4
1.1.1.1. Thành phần của THT 4
1.1.1.2. Phản ứng toảnhiệt và điều kiện xảy ra phản ứng cháy THT .8
1.1.1.3. Đặc trưng kỹthuật của THT và các yếu tố ảnh hưởng .11
1.1.1.4. Công nghệchếtạo THT .19
1.1.2. THT phát xạhồng ngoại 21
1.1.2.1. Các nguồn phát hồng ngoại .21
1.1.2.2. THT sửdụng trong pháo sáng hồng ngoại 24
1.1.2.3. THT phát xạhồng ngoại cho phương tiện hoảthuật sửdụng
làm mục tiêu giả .30
1.2. Hợp chất hữu cơ, cao phân tửdùng làm chất kết dính
trong THT phát xạhồng ngoại 38
1.2.1. Hợp chất hữu cơ, cao phân tửdùng làm chất kết dính
trong THT .38
1.2.2. Hợp chất hữu cơ, cao phân tửdùng làm chất kết dính
trong THT phát xạhồng ngoại 47
1.2.2.1. Hợp chất hữu cơ, cao phân tửdùng làm chất kết dính
trong THT phát xạhồng ngoại dạng nén được .48
1.2.2.2. Hợp chất hữu cơ, cao phân tửdùng làm chất kết dính
trong THT phát xạhồng ngoại dạng đúc được .49
Chương 2: THỰC NGHIỆM 53
2.1. Hóa chất, vật tư, thiết bị, dụng cụ .53
2.1.1. Hoá chất, vật tư 53
2.1.2. Thiết bị, dụng cụ 55
2.2. Phương pháp nghiên cứu .56
Chương 3: KẾT QUẢVÀ THẢO LUẬN .64
3.1. Tính toán hệthuốc hỏa thuật 64
3.1.1. Xác định thành phần và yêu cầu kỹthuật của hệTHT .64
3.1.2 Tính cân bằng ôxy của hệthuốc 65
3.I.3 Tính toán hiệu ứng nhiệt 68
3.2. Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính polime cho thuốc hỏa thuật
phát xạhồng ngoại 70
3.1.1. Khảo sát về đặc trưng năng lượng .70
3.1.2. Khảo sát độbền hoá lý 76
3.1.3. Khảo sát sựphát xạhồng ngoại 82
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất kết dính polime .87
3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính đến kết cấu các viên
(hay hạt) phôi THT 87
3.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính polime đến các
đặc trưng hoá- lý .88
3.3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính PVC
đến phổphát xạhồng ngoại .91
3.4. Nghiên cứu lựa chọn khối lượng phân tửcủa chất kết dính PVC phù
hợp với chế độcông nghệ 92
3.4.1. Ảnh hưởng của khối lượng phân tửPVC đến độnhớt,
thời gian hoà tan và độxuyên kim của hỗn hợp 92
3.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng phân tửchất kết dính PVC
đến kết cấu các viên (hay hạt) phôi thuốc hoảthuật 94
3.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng phân tửPVC đến đến độhút ẩm
và độbền nén của THT . 96
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất cháy kim loại . 99
3.5.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất cháy kim loại
đến vùng phổ3ư5µm và 8ư12µm . 99
3.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng chất cháy hợp kim Al-Mg
đến cường độphát xạhồng ngoại trong vùng sóng 1ư5µm . 103
3.5.3. Ảnh hưởng của tỷlệthành phần đến đặc trưng hoá lý
và công nghệchếtạo 105
3.6. Nghiên cứu công nghệchếtạo hoảcụtrên cơsởTHT phát xạ
hồng ngoại dải sóng 3ư5µm và 8ư12µm . 110
3.6.1. Ảnh hưởng của áp lực nén ép thuốc vào hoảcụ .110
3.6.2 Nghiên cứu thiết lập tiến trình công nghệchếtạo hoảcụphát xạ
hồng ngoại .112
3.7. Nghiên cứu ứng dụng hoảcụphát xạhồng ngoại 114
3.7.1. Đo đạc, thửnghiệm các chỉtiêu hóa lý của hỏa cụPXHN . 114
3.7.2. Đo đạc phổphát xạhồng ngoại 114
3.7.3. Thửnghiệm khảnăng chịu ẩm của hoảcụ .117
3.7.4. Thửnghiệm độbền rung xóc của hoảcụ .118
3.7.5. Thửnghiệm khảnăng bắt cháy và thời gian cháy,
nhiệt độcháy và cường độphát xạhồng ngoại của hoảcụ 118
3.7.6. Nghiên cứu ứng dụng hỏa cụphát xạhồng ngoại với các cựly
phát xạkhác nhau .120
KẾT LUẬN 124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO 127


MỞ ĐẦU
Thuốc hỏa thuật (THT) nói chung, THT phát xạhồng ngoại nói riêng
thuộc nhóm vật liệu nổ. Chúng được ứng dụng rộng rãi không chỉtrong quân
sựmà còn trong cảdân sự. THT phát xạhồng ngoại ngoài ứng dụng làm mồi
bẫy, pháo sáng hồng ngoại trong quân sự[12,39] và được sửdụng với mục
đích cứu hộ, cứu nạn, báo cháy, . trong dân sự[43].
THT là một hỗn hợp cơhọc của chất oxi hoá, chất cháy và chất kết dính.
Trong công nghệchếtạo THT, người ta có thểsửdụng các hợp chất hữu cơ, cao
phân tửvới các vai trò khác nhau nhưng quan trọng nhất là dùng làm chất cháy -
kết dính. Các hợp chất hữu cơ, cao phân tửphải đáp ứng được các yêu cầu riêng
tuỳtheo mục đích sửdụng. Việc nghiên cứu bản chất hoá học của các hợp chất
hữu cơ, cao phân tửcó ý nghĩa quan trọng, xác định được khảnăng đáp ứng của
từng chất khi sửdụng, phục vụcho việc thiết kếhỗn hợp THT [74].
Trên thếgiới, nghiên cứu THT phát xạhồng ngoại đã được bắt đầu từ
những năm 50 của thếkỷtrước [15] nhưng mãi đến những năm 1990 mới
được nghiên cứu rộng rãi, có nhiều thành quả. Tuy nhiên, các công trình chủ
yếu mang tính chất quân sự, công bốhạn chế, không chi tiết vềcác nghiên
cứu chuyên sâu, đặc biệt là những công trình nghiên cứu sửdụng hợp chất
cao phân tửlàm chất kết dính trong các THT phát xạhồng ngoại.
ỞViệt Nam, việc nghiên cứu vềTHT nói chung mới bắt đầu được tiến
hành tại một Viện nghiên cứu của quân đội vào những năm 80 của thếkỷ
trước. THT phát xạhồng ngoại nói riêng mới chỉ được nghiên cứu trong vài
năm trởlại đây ởdạng đềtài nghiên cứu phát triển.
Phòng chống chiến tranh công nghệcao và phục vụcứu hộ, cứu nạn là
những vấn đềquan trọng. Trong đó, hoảcụtrên cơsởTHT phát xạhồng
ngoại dải sóng 3-5µm và 8-14µm được quan tâm nhiều nhất, đặc biệt trong
2
quân sự đểchếtạo mục tiêu giảphục vụhuấn luyện và thửnghiệm tên lửa có
đầu tựdẫn hồng ngoại. Trong THT, thành phần cao phân tử đóng vai trò vừa
là chất kết dính vừa là chất cháy. Việc lựa chọn chất kết dính, tỷlệthành
phần, chế độcông nghệ đểchếtạo ra hoảcụphát xạhồng ngoại là những vấn
đề được nhiều chuyên gia quan tâm nghiên cứu.
Mặt khác, nghiên cứu sửdụng chất hữu cơ, cao phân tửmột cách hệ
thống, cơbản trong THT phát xạhồng ngoại ởtrong nước chưa có công trình
nào công bố.
Chính vì vậy, đềtài luận án: “Nghiên cứu sửdụng chất kết dính cao
phân tử đểchếtạo hỗn hợp hoảthuật phát hồng ngoại 3-14µm” được lựa
chọn là vấn đềcấp thiết hiện nay.
Mục đích: Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính cao phân tửphù hợp và
nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất, đặc trưng năng lượng và công
nghệchếtạo THT khi cháy phát ra hồng ngoại vùng 3-5µm và 8-14µm.
Nội dung nghiên cứu:
- Tính toán hệTHT để đạt yêu cầu cho phát xạhồng ngoại.
- Nghiên cứu lựa chọn chất kết dính cao phân tử.
- Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng chất kết dính cao phân tử đến các
tính chất THT.
- Nghiên cứu lựa chọn khối lượng phân tửcủa chất kết dính PVC tới chế
độcông nghệ.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất cháy kim loại.
- Nghiên cứu công nghệchếtạo hoảcụtrên cơsởTHT phát xạhồng
ngoại vùng 3-5µm và 8-14µm.
- Nghiên cứu ứng dụng của hoảcụphát xạhồng ngoại.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
3
- Nghiên cứu một cách hệthống sửdụng hợp chất cao phân tửtrong hệ
vật liệu nổ ởdạng hỗn hợp hoảthuật.
- Tạo ra được vật liệu nổdạng THT mà phản ứng hoá học xảy ra dưới
dạng cháy phát xạbức xạhồng ngoại có bước sóng 3-5µm và 8-14µm đáp
ứng yêu cầu thực tiễn.
Bốcục của luận án:Luận án chia làm 3 chương chính, mở đầu, kết
luận và tài liệu tham khảo.
Chương 1. Tổng quan: Phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trên thế
giới và trong nước vềTHT phát xạhồng ngoại và hợp chất hữu cơ, cao phân
tửlàm chất kết dinh trong THT phát xạhồng ngoại.
Chương 2. Thực nghiệm: Phân tích những phương pháp sửdụng trong
nghiên cứu, đo đạc, thửnghiệm THT phát xạhồng ngoại.
Chương 3. Kết quảvà thảo luận: Khảo sát, phân tích, đo đạc các đặc
trưng của THT phát xạhồng ngoại đểlựa chọn chủng loại, hàm lượng và khối
lượng phân tửcủa hợp chất hữu cơ, cao phân tửlàm chất kết dính cho THT
phát xạhồng ngoại. Đồng thời cũng phân tích lựa chọn được chất cháy, công
nghệchếtạo và đo đạc, thửnghiệm các đặc trưng hóa lý, xạthuật cơbản của
THT, tạo cơsởcho việc sửdụng THT.
Điểm mới của luận án:
- Nghiên cứu chọn được chất kết dính PVC với hàm lượng 5ư7%,
KLPT 80000 dùng đểchếtạo THT phát xạhồng ngoại có bức xạbước sóng
cần thiết.
- Xác định hàm lượng hợp kim Al-Mg 40 PKL, cỡhạt lọt qua rây
120mesh ư140mesh là tối ưu cho thành phần THT có chất lượng mong muốn.
- Đưa ra được tiến trình công nghệtrong phòng thí nghiệm chếtạo hoả
thuật, hoảcụphát xạhồng ngoại vùng 3-5µm và 8-14µm đạt chất lượng đáp
ứng yêu cầu.
4
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Thuốc hoảthuật phát xạhồng ngoại
1.1.1. Thuốc hoảthuật
1.1.1.1. Thành phần của THT
Thuốc hoảthuật (THT) là hỗn hợp những cấu tửkhi cháy tạo ra hiệu
ứng ánh sáng, nhiệt, khói, âm thanh hoặc phản lực, dùng trong quân sựcũng
nhưdân sự.
Theo lĩnh vực ứng dụng, THT có thểchia thành các loại: chiếu sáng,
quang ảnh, vạch đường, tín hiệu đêm, khói màu, nhiên liệu hoảthuật rắn,
nguỵtrang, mồi cháy
THT cũng có thể được phân loại theo đặc điểm của quá trình cháy bao
gồm: hỗn hợp tạo lửa, hỗn hợp tecmit, hỗn hợp tạo khói, các chất và hỗn hợp
cháy cần oxi không khí.
Yêu cầu cơbản đối với các THT là:
- Đạt hiệu ứng chuyên dụng tối đa, tiêu thụchất ít nhất;
- Cháy đồng đều với tốc độxác định, có thểkhống chế được;
- Có độbền hoá lý cao khi bảo quản lâu dài;
- Có độnhậy thấp với xung cơhọc và xung nhiệt;
- Có tính chất nổtối thiểu đối với những hỗn hợp cần thiết;
- Có quá trình công nghệsản xuất an toàn;
- Không chứa những cấu tửkhan hiếm;
- Không có những chất gây ngộ độc cho cơthểngười.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Việt Bắc (2003), “Keo dán kỹthuật”,NXB Quân đội nhân
dân, Hà Nội.
2. Lê Trọng Thiếp (2002), “Hoá học và độbền của vật liệu nổ”,NXB
Quân đội nhân dân, Hà Nội.
3. V.L.Perenman (1972), “Sổtay hoá học (Bản dịch)”,NXB Khoa học và
kỹthuật, Hà Nội.
4. Viện Thuốc phóng - Thuốc nổ(2001), Tiêu chuẩn ngành 06 TCN 889:2001
5. Viện Thuốc phóng - Thuốc nổ(2006), Tiêu chuẩn quân sự
TQSA745:2006.
6. A.A. Xtrêpikhep, V.A.Đêrêvítkai, .G.L.Slonhimski (1977), “Cơsởcủa
hoá học các hợp chất cao phân tử(Bản dịch)”, NXB Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
7. J.P. Agrawal, S.N. Singh, D.B. Sarwade, V.A. Mujumdar, NT
Agawane (2000), “Study on Various Polyesters as Binders for
Pyrotechnic Composition”, Journal of Pyrotechnics, (11).
8. Ase P., Snelson A. (1996), “Controlled Infrared Output Flares for
IRCM Applications”, 22
nd
International Pyrotechnics Seminar.
9. D.M. Badgujar, M.B. Talawar, S.N. Asthana, P.P. Mahulikar (2008),
“Advances in science and technology of modern energetic materials:
An overview”, Journal of Hazardous Materials, (151).
128
10. Barisin. D., Haberle. I.B (1994), “The influence of the various
type of binder on the burning characteristics of magnesium-boron
and aluminium-based ignitersPropellants, Explosives, Pyrotechnics,
(19), pp. 127-132.
11. Barth H.G., Shao Tang Sun (1991), Particle size analysis, Anal. Chem.
12. B. Berger (2004), “Military Pyrotechnics”, Chimia , 58 (6).
13. B. Berger, A.J. Brammer, E.L. Charsley, J.J. Rooney, S.B.Warrington
(1997), “Thermal analysis studies on the boron–potassium perchlorate–
nitrocellulose pyrotechnic system”, J. Therm. Anal. Calori, (49).
14. B.Berger, B.Hass, G.Reinhant (1995), “Influence of the binder content
of Pyrotechnic mixture on their Combution characteristic:, 26
th
Int.
Annual. Conf. of ICT (Fraunhofer Institute for Chemical Technology),
D. 2, pp.1-14
15. Bernard E, Douda (2009), “Genesis of infrared decoy flares”, Naval
Surface Warfare Center, Crane, Indiana USA.
16. Bhingarkar V S, Sabnis S K, Phawade P A, Deshmukh P M, Singh H
(2000), “Sensitivity and Closed vessel Evaluation of MTV Igniter
Compositions Containing Boron and Excess of Magnesium”,
International Pyrotechnics Semina 27
th
, USA.
17. Böhm H., Braun-Unkhoff M. (2008),“Numerical Study of the Effect
of Oxygenated Blending Compoundson Soot Formation in Shock
Tubes”, Combust. Flame.
18. S. Borman (1994), “Advanced energetic materials emerge for military
and space applications”, Chem. Eng. News.
19. M. E. Brown (2001), “Some thermal studies on pyrotechnic
composition:, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, (65),
pp.323-334.