Ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính đến mật độ của khối thuốc truyền nổ A - Lx - 1

àn toàn, đạt hiệu suất nổ cao. Mật độ khối thuốc ngoài phụ thuộc vào đặc tính của từng loại thuốc nổ còn phụ thuộc vào các yếu tố khác. Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính đến mật độ của khối thuốc truyền nổ A-IX-1. Từ đó, đưa ra một số thông số tới hạn cơ bản trong quá trình nén ép khối thuốc truyền nổ này. Từ khóa: Khối thuốc truyền nổ; Mật độ; Áp suất nén ép; Chiều dài khối thuốc; Đường kính khối thuốc. 1. MỞ ĐẦU Mật độ là một trong những đặc trưng quan trọng của khối thuốc nổ. Mỗi loại thuốc nổ đều phải đạt được mật độ xác định để đảm bảo sự nổ là hoàn toàn. Đối với thuốc nổ A-IX- 1, yêu cầu mật độ của khối thuốc là không nhỏ hơn 1,62 g/cm3 [1- 3]. Hầu hết, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự phân bố mật độ trong toàn bộ khối thuốc là không giống nhau [4]. Khối thuốc được tạo ra bằng phương pháp nén ép thủy lực, với chày nén ép trơn đều cho mật độ giảm dần từ trên xuống dưới. Nghĩa là, càng xa phần chày nén ép, mật độ càng giảm và ngược lại. Sự phân bố mật độ của khối thuốc ngoài phụ thuộc vào đặc tính của mỗi loại thuốc nổ còn phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của từng khối thuốc khác nhau. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính đến mật độ của khối thuốc là cần thiết. Qua đó, xác lập được một số thông số tới hạn cho từng loại thuốc nổ tương ứng với hình dạng, kích thước xác định để đảm bảo mật độ đạt yêu cầu, chất lượng trên toàn bộ khối thuốc theo quy định đồng thời đảm bảo quá trình nén ép diễn ra an toàn. Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu về sự ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính đến mật độ của khối thuốc truyền nổ A-IX-1. Qua đó, đưa ra một số thông số tới hạn cơ bản trong quá trình nén ép khối thuốc truyền nổ này. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Các khối thuốc truyền nổ A-IX-1 với các áp suất ép, chiều dài và đường kính khác nhau. - Phạm vi nghiên cứu: Sự phân bố mật độ khối thuốc A-IX-1 theo áp suất nén ép, chiều dài và đường kính. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp tạo khối thuốc truyền nổ Khối thuốc truyền nổ được tạo ra theo phương pháp nén ép trên máy ép thủy lực theo sơ đồ nguyên lý như trên hình 1. Khối thuốc truyền nổ được nén ép tại các áp suất khác nhau: 25 MPa, 30 MPa, 35 MPa, 40 Mpa và 45 MPa. Mỗi khối thuốc sản phẩm được cắt thành 5 đoạn khác nhau, dọc theo chiều cao của khối thuốc. Đánh số theo vị trí 1 (mặt đầu, nơi tiếp giáp với chày ép), sau đó đến vị trí 2, 3, 4 và cuối cùng là vị trí 5 (mặt đáy, nơi tiếp giáp với đế khuôn ép). Hóa học – Sinh học – Môi trường L. D. Bình, , H. Đ. Giang, “Ảnh hưởng của áp suất nén ép thuốc truyền nổ A-IX-1.” 332 Hình 1. Sơ đồ mô tả quá trình nén ép khối thuốc truyền nổ: 1 - Khung gá cối; 2 - Chày; 3 - Cối; 4 - Cữ định chiều cao thuốc; 5 - Khối thuốc truyền nổ, 6 - Đế khuôn, 7 - Đế tháo khuôn. 2.2.2. Phương pháp xác định mật độ của khối thuốc - Xác định mật độ của khối thuốc theo phương pháp cân thủy tĩnh: Mật độ khối thuốc là tỷ số giữa khối lượng mẫu/khối lượng mẫu được cân trong môi trường nước (ở 20oC). Gọi khối lượng của mẫu là M (g) và khối lượng của mẫu trong môi trường nước là m (g) thì mật độ của khối thuốc được tính theo công thức: 2 . H O M D M m   Trong đó: D - Mật độ khối thuốc; M - Khối lượng khối thuốc (g); m - Khối lượng khối thuốc trong nước (g); ρH2O (g/cm 3 ) - Khối lượng riêng của nước ở 20oC. - Cách tiến hành như sau: Bật nút khởi động cân, ấn nút zero chuyển về “0”. Dùng giẻ khô, sạch để lau sạch khối thuốc. Sau đó, đặt khối thuốc lên đĩa cân. Khi chỉ số hiển thị khối lượng trên màn hình điện tử ổn định, ấn nút enter để nhập số liệu. Dùng panh kẹp, gắp khối thuốc ra khỏi đĩa cân. Mở nắp cân, từ từ đặt khối thuốc vào trong đĩa cân trong nước. Sau đó, nhẹ nhàng đóng nắp cân. Khi chỉ số hiển thị khối lượng trên màn hình điện tử ổn định, ấn nút enter để nhập số liệu. Số liệu hiển thị trên màn hình điện tử sau khi ấn nút enter lần thứ hai là kết quả đo tỷ trọng đối với khối thuốc tương ứng. 2.3. Vật tư, hóa chất - Thuốc nổ A-IX-1 đạt yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn TCVN/QS 1921:2017. - Vật tư phụ phụ kèm theo: dung môi axeton, CN, kẽm stearat. 2.4. Thiết bị và dụng cụ - Trang thiết bị, dụng cụ tạo khối thuốc: thiết bị nén ép thủy lực (máy ép thủy lực 50 tấn); cân điện tử với cấp độ chính xác 10-2 (gam); đồ gá và bộ khuôn ép các loại. - Hệ dụng cụ đo mật độ khối thuốc: Cân tỷ trọng, số hiệu 1253, ký hiệu DH 300 của Đài Loan, sản xuất năm 2018, dải khối lượng từ 0,01 ÷ 300 g, dải tỷ trọng từ 0 ÷ 10 g/cm3. Cân tỷ trọng còn hạn kiểm định. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nén ép, chiều dài và đường kính khối thuốc đến mật độ của khối thuốc Để nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nén ép (P, MPa) đến mật độ, nhóm tác giả đã tiến Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 333 hành cố định chiều dài (L, mm), đường kính (D, mm) của từng khối thuốc. Khi đó, cho kết quả xác định mật độ theo áp suất được trình bày trong bảng 1. Bảng 1. Mật độ khối thuốc tại các áp suất nén khác nhau (L = 75 mm, D = 43 mm). P, MPa ρ, g/cm3 30 35 40 45 50 Ghi chú Mẫu 1 1,611 1,619 1,628 1,633 1,633 L = 75 mm, D = 43 mm Mẫu 2 1,608 1,621 1,627 1,631 1,634 Mẫu 3 1,610 1,620 1,629 1,632 1,633 Trung bình 1,610 1,620 1,628 1,632 1,633 Bảng 1 cho thấy, khi tăng áp suất nén ép, mật độ khối thuốc nổ tăng. Tuy nhiên, sự tăng của mật độ giảm dần theo sự tăng của áp suất nén ép. Thực tế, việc tăng áp suất đến 50 MPa, dẫn đến hiện tượng khối thuốc bị rạn nứt. Điều này cho thấy, áp suất nén ép đã đến ngưỡng tới hạn. Tuy nhiên, việc đạt đến giá trị áp suất nén ép tới hạn, dẫn đến đạt mật độ tới hạn phụ thuộc chiều dài và đường kính của khối thuốc. Kết quả nghiên cứu về sự thay đổi mật độ tới hạn theo chiều dài và đường kính được cho trong bảng 2 và bảng 3. Bảng 2. Mật độ khối thuốc tại các áp suất nén khác nhau khi thay đổi chiều dài. P, MPa ρ, g/cm3 30 35 40 45 50 Ghi chú L = 55 mm 1,628 1,636 1,640 1,644 1,646 D = 43,0 mm L = 65 mm 1,618 1,626 1,632 1,635 1,638 L = 75 mm 1,610 1,620 1,628 1,632 1,633 Bảng 3. Mật độ khối thuốc tại các áp suất nén khác nhau khi thay đổi đường kính. P, MPa ρ, g/cm3 30 35 40 45 50 Ghi chú D = 42,5 mm 1,624 1,634 1,637 1,640 1,642 L = 65,0 mm D = 43,0 mm 1,618 1,626 1,632 1,635 1,638 D = 46,0 mm 1,609 1,618 1,626 1,630 1,634 Bảng 2 và bảng 3 cho thấy, khi tăng chiều dài và đường kính khối thuốc, mật độ giảm dần. Khi khối thuốc càng dài, đường kính càng nhỏ thì mật độ càng nhanh đạt đến giá trị tới hạn hơn so với khối thuốc có chiều dài ngắn và đường kính lớn hơn. Điều này được giải thích do lớp thuốc nổ ở gần sát với vị trí tiếp xúc trực tiếp với chày nén sẽ có mật độ cao hơn so với lớp thuốc nổ ở xa chày nén. Khi chiều dài khối thuốc càng lớn, lực nén của chày lên lớp thuốc phía xa chày càng nhỏ dần. Nếu tiếp tục tăng lực nén ép, lớp thuốc gần vị trí đầu chày ép có thể đạt đến mật độ tới hạn, trong khi lớp thuốc ở xa chày nén, thậm chí chưa đạt được mật độ cho phép (điều này sẽ được nghiên cứu ở mục 3.2). Đối với khối thuốc có đường kính càng lớn, theo nguyên lý cân bằng lực, áp lực tác của chày lên bề mặt tiếp xúc với thuốc càng nhỏ dẫn. Khi đó, để đạt đến áp lực ép tới hạn thì cần phải tăng áp suất ép ban đầu lên. Đối với khối thuốc có chiều dài bằng 75 mm, đường kính bằng 43 mm, áp suất nén ép tới hạn bằng 50 MPa, đạt mật độ tới hạn bằng 1,633 g/cm3. 3.2. Nghiên cứu sự phân bố mật độ dọc theo chiều dài của khối thuốc Để nghiên cứu sự phân bố mật độ theo chiều dài của khối thuốc, nhóm tác giả đã tiến hành nén ép khối thuốc nổ có chiều dài L = 75 mm, đường kính D = 43 mm, áp suất nén ép P = 45 MPa. Sau đó, cắt bổ đều thành 5 đoạn bằng nhau (mỗi đoạn dài khoảng 15 mm) dọc theo chiều dài (đoạn 1 gần chày nén ép cho đến đoạn 5 xa chày nén ép nhất). Kết quả nghiên cứu được trình bày trong bảng 4. Hóa học – Sinh học – Môi trường L. D. Bình, , H. Đ. Giang, “Ảnh hưởng của áp suất nén ép thuốc truyền nổ A-IX-1.” 334 Bảng 4. Sự phân bố mật độ khối thuốc dọc theo chiều dài. Đoạn ρ, g/cm3 L1 L2 L3 L4 L5 Ghi chú Mẫu 1 1,641 1,638 1,636 1,625 1,621 L = 75 mm, D = 43 mm, P = 45 MPa. Mẫu 2 1,641 1,637 1,635 1,624 1,620 Mẫu 3 1,642 1,638 1,636 1,625 1,621 Trung bình 1,641 1,638 1,636 1,625 1,621 Bảng 4 cho thấy, ở trong cùng một khối thuốc, sự phân bố mật độ của nó là không giống nhau. Nó giảm dần theo chiều dài của khối thuốc (từ đoạn 1 đến đoạn 5). Thực tế, khi đo mật độ của cả khối thuốc giá trị nhận được là trung bình trên toàn bộ khối thuốc. Do đó, đối với khối thuốc có đường kính càng nhỏ và chiều dài càng lớn thì tại vị trí gần chày ép, mật độ có thể đạt đến giá trị tới hạn, trong khi đó, ở vị trí cuối (xa chày ép nhất) có thể chưa đạt được mật độ như mong muốn. Điều này có thể dẫn đến khả năng sinh công, đặc biệt là ở đoạn xa chày nhất sẽ kém hiệu quả. Nếu cứ tiếp tục tăng áp lực ép thì có thể gây nguy hiểm do mật độ của khối thuốc tại phần tiếp xúc trực tiếp với chày ép sẽ vượt quá mật độ tới hạn của nó. Do đó, đối với khối thuốc trên cơ sở thuốc nổ A-IX-1 thì với đường kính khoảng 43 mm, chiều dài khối thuốc lớn nhất, không vượt quá 75 mm. Khi đó, mật độ trung bình của cả khối thuốc đạt khoảng 1,632 g/cm3 đến 1,633 g/cm3. Trong đó, mật độ cao nhất tại vị trí gần chày ép nhất đạt khoảng 1,648 g/cm3 và mật độ thấp nhất xa vị trí chày ép nhất đạt khoảng 1,621 g/cm3. 3.3. Ứng dụng kết quả nghiên cứu về sự phân bố mật độ trên toàn bộ khối thuốc để thiết lập một số thông số công nghệ nén ép cho các khối truyền nổ của bom, rốc két hàng không Hiện nay, trong trang bị có một số khối thuốc truyền nổ chẳng hạn như: khối truyền nổ của bom OFAB-100-120 (đầu bom và đuôi bom) có cùng kích thước đường kính khoảng 42,5 mm và chiều dài tương ứng lần lượt 55 mm, 65 mm; khối thuốc truyền nổ của rốc két hàng không S-24B có đường kính khoảng 46 mm và chiều dài khoảng 58 mm,... Trong đó, nguyên liệu thuốc nổ ban đầu là thuốc nổ A-IX-1 và yêu cầu mật độ phải đạt là không nhỏ hơn 1,62 g/cm3. Do đó, việc thiết lập thông số công nghệ áp suất ép cho quá trình nén ép từng khối thuốc nổ khác nhau mà vẫn đảm bảo đạt được mật độ phân bố trên toàn bộ khối thuốc (để đạt hiệu quả nổ) cũng như an toàn trong quá trình nén ép là cần thiết. Trên cơ sở yêu cầu về mật độ, đường kính và chiều dài khối thuốc như đã nêu, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu sự phân bố mật độ theo áp suất của từng khối thuốc có đường kính và chiều dài xác định. Kết quả nghiên cứu được trình bày ở các bảng 5, bảng 6 và bảng 7. Bảng 5. Sự phân bố mật độ khối thuốc dọc theo chiều dài. Đoạn ρ, g/cm3 L1 L2 L3 L4 L5 Ghi chú Mẫu 1 1,647 1,644 1,640 1,632 1,626 L = 55 mm, D = 42,5 mm, P = 35 MPa. Mẫu 2 1,648 1,645 1,640 1,631 1,627 Mẫu 3 1,647 1,643 1,641 1,632 1,627 Trung bình 1,647 1,644 1,640 1,632 1,627 Bảng 5 cho thấy, sự phân bố mật độ của khối thuốc giảm dần theo chiều dài của nó (từ đoạn 1 đến đoạn 5). Trong đó, mật độ của khối thuốc đoạn 1 bằng 1,647 g/cm3, mật độ của khối thuốc đoạn 5 bằng 1,627 g/cm3 (≥ 1,62 g/cm3). Như vậy, đối với khối thuốc nổ có L = 55 mm, D = 42,5 mm thì áp suất nén ép dao động trong phạm vi khoảng 35 MPa. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 335 Bảng 6. Sự phân bố mật độ khối thuốc dọc theo chiều dài. Đoạn ρ, g/cm3 L1 L2 L3 L4 L5 Ghi chú Mẫu 1 1,647 1,644 1,638 1,631 1,627 L = 65 mm, D = 42,5 mm, P = 40 MPa. Mẫu 2 1,646 1,643 1,639 1,632 1,625 Mẫu 3 1,645 1,642 1,637 1,633 1,626 Trung bình 1,646 1,643 1,638 1,632 1,626 Bảng 6 cho thấy, sự phân bố mật độ của khối thuốc cũng giảm dần theo chiều dài của nó (từ đoạn 1 đến đoạn 5). Trong đó, mật độ của khối thuốc đoạn 1 bằng 1,646 g/cm3, mật độ của khối thuốc đoạn 5 bằng 1,626 g/cm3 (≥ 1,62 g/cm3). Do đó, đối với khối thuốc nổ có L = 65 mm, D = 42,5 mm, áp suất nén ép dao động trong phạm vi khoảng 40 MPa. Bảng 7. Sự phân bố mật độ khối thuốc dọc theo chiều dài. Đoạn ρ, g/cm3 L1 L2 L3 L4 L5 Ghi chú Mẫu 1 1,643 1,638 1,633 1,628 1,620 L = 58 mm, D = 46 mm, P = 45 MPa. Mẫu 2 1,642 1,639 1,634 1,626 1,621 Mẫu 3 1,641 1,637 1,632 1,627 1,619 Trung bình 1,642 1,638 1,633 1,627 1,620 Bảng 7 cho thấy, tương tự như các kết quả nghiên cứu ở trên, sự phân bố mật độ của khối thuốc cũng giảm dần theo chiều dài của nó (từ đoạn 1 đến đoạn 5). Trong đó, mật độ của khối thuốc đoạn 1 bằng 1,642 g/cm3, mật độ của khối thuốc đoạn 5 bằng 1,620 g/cm3 (≥ 1,62 g/cm3). Do vậy, đối với khối thuốc nổ có L = 58 mm, D = 46 mm thì áp suất nén ép dao động trong phạm vi khoảng 45 MPa. 4. KẾT LUẬN Khi tăng áp suất nén ép, mật độ khối thuốc nổ tăng. Tuy nhiên, sự tăng của mật độ giảm dần theo sự tăng của áp suất nén ép. Ở cùng áp suất nén ép, với khối thuốc càng dài, đường kính càng nhỏ thì mật độ (cục bộ) càng nhanh đạt đến giá trị tới hạn hơn so với khối thuốc có chiều dài ngắn và đường kính lớn hơn. Sự phân bố mật độ trên cùng một khối thuốc nổ theo chiều dài là không giống nhau. Theo đó, mật độ của khối thuốc giảm dần từ vị trí gần chày ép nhất cho đến vị trí xa chày ép nhất. Do đó, tương ứng với từng chiều dài và đường kính khác nhau của mỗi loại khối thuốc, áp suất nén ép cũng khác nhau. Điều này, cho phép đảm bảo an toàn trong quá trình nén ép cũng như đạt được mật độ phân bố trên cùng khối thuốc. Đối với khối thuốc nổ có chiều dài L = 75 mm, đường kính D = 43 mm, áp suất nén ép khoảng 50 MPa; Với khối thuốc nổ có chiều dài L = 58 mm, đường kính D = 46 mm, áp suất nén ép khoảng 45 MPa; Với khối thuốc nổ có chiều dài L = 65 mm, đường kính D = 42,5 mm, áp suất nén ép khoảng 40 MPa và với khối thuốc nổ có chiều dài L = 55 mm, đường kính D = 42,5 mm, áp suất nén ép khoảng 35 MPa. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tiêu chuẩn TCVN/QS1921:2017, “Thuốc nổ quân sự A-IX-1”, Bộ Quốc phòng. [2]. Điều kiện kỹ thuật, “Thuốc nổ A-IX-1”, Dấu “B”, Tổng cục CNQP (2016). [3]. Nguyễn Đình Bình và cộng sự, “Nghiên cứu công nghệ độn hóa hexogen thành thuốc nổ A-IX-1”, Báo cáo khoa học đề tài cấp Tổng cục CNQP (2004). Hóa học – Sinh học – Môi trường L. D. Bình, , H. Đ. Giang, “Ảnh hưởng của áp suất nén ép thuốc truyền nổ A-IX-1.” 336 [4]. K Д. Алферов, “Взрывчатные вещества. Часть II. Инициирующие и бризантные ВВ”. Пенза (1965). ABSTRACT EFFECTS OF COMPRESSION PRESSURE, LENGTH AND DIAMETER ON THE DENSITY OF A-IX-1 EXPLOSIVE BAR Density of explosive bar is one of the important characteristics of explosive in general and detonator in particular. Each explosive bar must meet the density requirement to ensure that the explosion takes place fully exploded, achieving high explosive efficiency. The density of explosive bar depends on the properties of each explosive, and also depends on other factors. The paper presents some researching results on the effect of compression pressure, length and diameter on the density of A-IX-1 explosive bar. Thereby, give some basic critical parameters in compressing the explosive. Keywords: Detonator; Denstity; Compression pressure; Length of explosive bar; Diameter of explosive bar. Nhận bài ngày 02 tháng 8 năm 2020 Hoàn thiện ngày 05 tháng 10 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 10 năm 2020 Địa chỉ: Viện Thuốc phóng Thuốc nổ/Tổng cục Công nghiệp Quốc phòng. *Email: binhld.pro.pro@gmail.com.