Thuốc nổ dạng tấm (Sheet explosive), các phương pháp chế tạo và khả năng phát triển ở Việt Nam

Hóa học và Kỹ thuật môi trường N. M. Tuấn, , T. Q. Hùng, “Thuốc nổ dạng tấm khả năng phát triển ở Việt Nam.” 118 THUỐC NỔ DẠNG TẤM (SHEET EXPLOSIVE), CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ KHẢ NĂNG PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM Nguyễn Minh Tuấn1*, Phạm Quang Hiếu1, Trần Văn Phương1, Nguyễn Ngọc Hải1, Phạm Kim Đạo1, Tạ Quốc Hùng2 Tóm tắt: Bài báo giới thiệu về thuốc nổ dạng tấm (Sheet Explosive): Lịch sử phát triển, thành phần, các phương pháp chế tạo, sử dụng và khả năng phát triển ở Việt Nam. Từ khóa: Thuốc nổ; Thuốc nổ dạng tấm; Giáp phản ứng nổ; HMX; RDX; PETN. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thuốc nổ dạng tấm thực chất là một dạng của thuốc nổ đàn hồi. Các thuốc nổ dạng tấm hay tấm thuốc nổ mạnh thường được tạo thành từ: Thuốc nổ nền là các thuốc nổ mạnh năng lượng cao như: RDX, HMX, PETN, CL20; chất kết dính là các polyme đàn hồi dạng rắn như: Cao su butyl, polyisobutylen, cao su silicon, CKH,...; chất hóa dẻo, phụ gia công nghệ. Chất kết dính thường là các hợp chất cao phân tử mạch cứng có nhiệt độ phân hủy và bùng cháy cao hơn nhiệt độ chảy dẻo, có khả năng hóa dẻo thành dạng lỏng và trở lại trạng thái rắn khi dung môi bị đuổi hết, khi đó, nó trở lại trạng thái đàn hồi. Các tấm thuốc nổ mạnh có ưu điểm là có cơ tính tốt, có tính đàn hồi, có khả năng tái chế. Mặc dù thuốc nổ dạng tấm đã được nghiên cứu chế tạo thành công từ lâu trên thế giới, nhưng do chủng loại và đặc điểm không phổ biến nên tài liệu kỹ thuật và công nghệ về chế tạo tấm thuốc nổ mạnh ở nước ta vẫn còn rất hạn chế. Hiện tại Binh chủng Đặc công đang có nhu cầu sử dụng tấm thuốc nổ mạnh trong huấn luyện, diễn tập, sẵn sàng chiến đấu. Binh chủng công binh cũng có nhu cầu sử dụng loại thuốc nổ này. Hàng năm nhu cầu sử dụng loại thuốc nổ này là tương đối lớn. Ở nước ta chưa có nơi nào nghiên cứu chế tạo tấm thuốc nổ mạnh. Vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo thành công tấm thuốc nổ mạnh là hết sức cần thiết. Bài báo giới thiệu tổng quan về thuốc nổ dạng tấm: Thành phần thuốc nổ dạng tấm, các phương pháp chế tạo; ứng dụng thuốc nổ dạng tấm trong chế tạo giáp phản ứng nổ bảo vệ xe tăng, hàn nổ, phá dỡ các mục tiêu công trình; một số thuốc nổ dạng tấm điển hình và khả năng phát triển thuốc nổ dạng tấm ở Việt Nam. 2. THÀNH PHẦN, PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO THUỐC NỔ DẠNG TẤM 2.1. Thành phần Các sản phẩm thuốc nổ dạng tấm thương mại nổi tiếng được phát triển, sản xuất bởi các công ty, Nipolit, Metabel, FORMEX, SESAMEX, EXPAL của Mỹ, Đức, Pháp, Israel, Tây Ban Nha. Các sản phẩm này chủ yếu dựa trên PETN và RDX là thành phần chất nổ [1, 3, 5]. Các chất nổ thông thường như PETN, RDX, HMX,... có những nhược điểm như tính chất cơ học kém và độ nhạy khá cao. Cải thiện các thông số này có thể đạt được bằng cách sử dụng các hệ thống chất kết dính polyme. Thuốc nổ dạng tấm là loại thuốc nổ được liên kết bằng chất dẻo đàn hồi trong đó các chất nổ có năng lượng cao (HEM), như 1,3,5-Trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX), Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane (HMX), Pentaerythritol tetranitrate (PETN), được phân tán đồng đều trong một ma trận polyme và tạo thành dạng hỗn hợp mềm dẻo có thể cuộn, cắt thành dạng tấm. Các polime tạo sự liên tục để phân bố các chất nổ có năng lượng cao và đóng một vai trò quan trọng trong việc quyết định cấu trúc khối mềm dẻo cũng như độ nhạy của thuốc nổ tấm. Cao su tự nhiên, cao su crepe thường được Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 119 sử dụng làm chất kết dính trong các thuốc nổ tấm. Tuy nhiên, thuốc nổ tấm loại này có hạn sử dụng hạn chế vì cao su tự nhiên có xu hướng bị suy giảm chất lượng do quá trình oxy hóa mắt xích isoprene trong quá trình cất trữ. Thuốc nổ tấm dựa trên polybutadiene kết thúc mạch bằng hydroxyl (HTPB) cũng đã được công bố. Những nhược điểm chính của thuốc nổ tấm dựa trên HTPB là khả năng chứa lớn nhất chất mang năng lượng trong HTPB và cơ tính kém. 2.2. Các phương pháp chế tạo thuốc nổ dạng tấm Dưới đây đưa ra các phương pháp được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các thuốc nổ dạng tấm. Các thuốc nổ dạng tấm với thành phần chất nổ lên tới 80-90% có thể được thực hiện bằng cách áp dụng các phương pháp chế tạo này [1, 5]. 2.2.1. Phương pháp dùng dung môi Phương pháp này được thực hiện như sau: Làm trương nở các mảnh cắt một lượng chất kết dính được tính toán trong dung môi được chọn để thu được một gel đồng nhất. Gel này được chuyển vào máy trộn và một lượng thuốc nổ với cỡ hạt phù hợp được thêm vào làm từng đợt. Hơi nước hoặc nước nóng được đưa vào vỏ áo máy trộn và tiếp tục trộn trong khoảng thời gian nhất định ở nhiệt độ cao. Trong quá trình trộn, một phần dung môi bị bay hơi dẫn đến sự hình thành bột nhão để cán hoặc ép giữa một cặp trục cán lăn nóng để thu được tấm có kích thước mong muốn. 2.2.2. Xử lý bằng kỹ thuật polyme hóa không dung môi Phương pháp này đưa ra một cách chế tạo các thành phần trên nền cao su nhớt theo quy trình không dung môi. Phương pháp này được thực hiện như sau: Trộn chất kết dính với chất nổ ở dạng ướt (chứa nước) trong máy trộn. Trong quá trình trộn, phần lớn nước được tách ra khỏi thành phần thuốc nổ và nước dư được vắt ra bằng cách cán hỗn hợp ở 40oC. Sản phẩm cuối cùng có hàm lượng nước khoảng 1% được định hình thành các tấm hoặc dải bằng cán tinh đồng thời với lưu hóa ở 80oC. 2.2.3. Kỹ thuật ép đùn Phương pháp này được thực hiện như sau: Chuyển hỗn hợp chất nổ với chất kết dính ở dạng khối mềm, bột nhão thu được như trong phương pháp (2.2.1) vào khuôn ép đùn. Dưới áp suất thích hợp, thông qua khuôn có rãnh thoát phù hợp để tạo ra sản phẩm thuốc nổ dạng tấm đồng nhất có bề dày mong muốn. 2.2.4. Phương pháp đúc với latex Hình 1. Sơ đồ chế tạo thuốc nổ dạng tấm. Hóa học và Kỹ thuật môi trường N. M. Tuấn, , T. Q. Hùng, “Thuốc nổ dạng tấm khả năng phát triển ở Việt Nam.” 120 Phương pháp này được thực hiện như sau: Trộn latex lỏng dưới dạng nhũ tương nước với hàm lượng cao su 60% trong một máy trộn hành tinh cùng với chất lưu hóa và chất chống lão hóa. Sau đó, một lượng chất nổ dạng ướt đã được tính trước được thêm vào chất lỏng đồng nhất trong máy trộn hành tinh và tiếp tục trộn. Hỗn hợp sau đó được đổ lên một tấm thạch cao, nó hấp thụ phần lớn nước trong vòng 1-2 ngày. Chế phẩm khô được lưu hóa ở 60oC. Tiếp theo là cán ở 60oC để loại bỏ lượng nước còn lại cũng như đạt được kích thước mong muốn của tấm nổ. Trong phương pháp này, chất nổ dạng bột lên tới mức khoảng 85% có thể được nạp vào latex lỏng. 2.2.5. Phương pháp đúc biến tính Trong phương pháp này, lượng HTPB đúc biến tính đã tính toán cùng với các chất hỗ trợ công nghệ được chuyển sang máy trộn và thu được hỗn hợp đồng nhất ở 45-50oC. Lượng chất nổ khô đã tính toán được thêm vào làm 2-3 lần và tiếp tục việc trộn trong một khoảng thời gian nhất định ở 45-50oC. Nhiệt độ của hỗn hợp sau đó được giảm xuống 25 oC và lượng isoxyanat đã tính toán từ trước được thêm vào, trộn tiếp khoảng 50-60 phút để thu được bột nhão đồng nhất. Bột nhão này được để biến tính sơ bộ trong các khay dưới sự kiểm soát hàm ẩm. Khối nhão biến tính sơ bộ được cán giữa các con lăn ở nhiệt độ môi trường để thu thuốc nổ dạng tấm có kích thước mong muốn. 3. ỨNG DỤNG THUỐC NỔ DẠNG TẤM 3.1. Ứng dụng thuốc nổ dạng tấm Thuốc nổ dạng tấm được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực dân sự cũng như lĩnh vực quân sự. Ngoài cắt kim loại, phá hủy và hàn, hình 2, thuốc nổ dạng tấm còn được sử dụng trong giáp phản ứng nổ (ERA) [1, 7]. Giáp phản ứng nổ được làm bằng tấm nổ được kẹp giữa hai tấm kim loại và bảo vệ hiệu quả cho xe bọc thép, bao gồm cả xe tăng, chống lại các cuộc tấn công bằng đạn và đầu đạn nổ lõm. Thuốc nổ dạng tấm có độ nhạy cao đang được nghiên cứu để chống lại các tác dụng của các đạn xuyên động năng kim loại. Hình 2. Phương pháp hàn nổ bằng thuốc nổ dạng tấm. Trong thời gian gần đây, các thuốc nổ tấm có tầm quan trọng to lớn làm thành phần của giáp phản ứng nổ, làm tăng khả năng bảo vệ của áo giáp xe tăng. Dòng xuyên của liều lõm từ đầu đạn gây phát nổ chất nổ dạng tấm được kẹp giữa các tấm kim loại dẫn đến sự lái đảo theo hướng ngược lại. Tấm kim loại trên di chuyển ra khỏi áo giáp làm gián đoạn đầu của dòng xuyên trong khi tấm kim loại phía dưới di chuyển về phía áo giáp phá vỡ phần còn lại của dòng xuyên. Hiệu quả tổng thể là tiêu thụ phần lớn năng lượng dòng xuyên. Do đó, dòng xuyên bị yếu đi, không đủ năng lượng để thâm nhập vào áo giáp xe tăng. Hoạt động của giáp phản ứng nổ chống lại các liều nổ lõm được thể hiện trong hình 3. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 121 Hình 3. Hoạt động của giáp phản ứng nổ với thuốc nổ dạng tấm. 3.2. Một số thuốc nổ dạng tấm điển hình, khả năng phát triển thuốc nổ dạng tấm ở Việt Nam 3.2.1. Tấm nổ mạnh HEXOSHEET của Pháp Hình 4. Tấm nổ mạnh HEXOSHEET của Pháp. Thành phần RDX và chất kết dính Mật độ 1,6 ± 0,1 g/cm3 Tốc độ nổ 7700 ± 300 m/s Màu sắc Trắng Kích thước 210 x 297 mm x3 mm (khổ A4) hoặc 400 x 250 mm x3 mm 3.2.2. Tấm nổ mạnh (Sheet Explosive) của Tây Ban Nha Tấm nổ mạnh Explosive Sheet của Tây Ban Nha được sản xuất có độ dày từ 2mm tới 6mm (độ dày được tùy chọn theo yêu cầu của khách hàng). Tấm nổ có độ dẻo cao, cho phép uốn cong theo bề mặt của vật thể cần phá hủy. Có thể xếp chồng một vài tấm nổ Hóa học và Kỹ thuật môi trường N. M. Tuấn, , T. Q. Hùng, “Thuốc nổ dạng tấm khả năng phát triển ở Việt Nam.” 122 mạnh lên nhau để tăng khả năng phá hủy. Tấm nổ mạnh có hai loại với kích thước khác nhau như sau: 400mm x 200mm x 2mm hoặc 4mm hoặc 6 mm dày (hay còn gọi là LE 2; LE 4 hoặc LE 6) và 1000mm x 15mm x 2mm hoặc 4mm hoặc 6 mm dày (hay còn gọi là CE 2; CE 4 hoặc CE 6). Hình 5. Tấm nổ mạnh (Sheet Explosive) của Tây Ban Nha. Thành phần PETN và chất kết dính Mật độ 1,5 ± 0,1 g/cm3 Tốc độ nổ 6700 ± 300 m/s Màu sắc xám Các tấm nổ mạnh có một mặt bám dính. Với các đặc tính dẻo và bám dính, tấm nổ mạnh Explosive Sheet phù hợp với nhiều ứng dụng, yêu cầu và nhiều mục tiêu khác nhau. Tấm nổ mạnh có thể được cắt thành nhiều hình dạng mong muốn khác nhau để phù hợp với bề mặt mục tiêu, có khả năng chống nước. Tấm nổ mạnh Explosive Sheet được thiết kế để nổ cắt, đặc biệt là các mục tiêu bằng thép. Các tấm nổ có thể dễ dàng và nhanh chóng được gắn lên các bề mặt dị hình và bề mặt cong. Các kẹp kíp được sử dụng để gắn kíp nổ theo chiều thẳng đứng hoặc nằm ngang. Tấm nổ mạnh được sử dụng hiệu quả bởi các lực lượng Công binh, lực lượng xử lý bom mìn, lực lượng đặc nhiệm hoặc cứu hộ cứu nạn. Ở nước ta, thuốc nổ dẻo C4-VN [8] đã được nghiên cứu chế tạo thành công và đưa vào trang bị cho quân đội. Khả năng nghiên cứu chế tạo và phát triển các thuốc nổ dạng tấm ở nước ta là hoàn toàn có thể. 4. KẾT LUẬN Trong bài báo này, nhóm tác giả đã giới thiệu tổng quan về thuốc nổ dạng tấm: Thành phần thuốc nổ dạng tấm, các phương pháp chế tạo; ứng dụng thuốc nổ dạng tấm. Trong giai đoạn hiện nay, công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc thì việc đưa vào sử dụng thuốc nổ dạng tấm, nghiên cứu phát triển nó là rất cần thiết, cần sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Hóa học - Vật liệu, 9 - 2020 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. M.B. Talawar∗, S.K. Jangid, T. Nath, R.K. Sinha, S.N. Asthana, “New directions in the science and technology of advanced sheet explosive formulations and the key energetic materials used in the processing of sheet explosives: Emerging trends”, Journal of Hazardous Materials 300 (2015). [2]. Karim Elsharkawy, “1,1-Diamino-2,2-Dinitroethene (FOX-7) Based Sheet Explosive Material with Glycidyl Azide Polymer in Comparison with RDX Based System”, International Journal of Engineering Research & Technology, 2017. [3]. S.N. Nath, J.S. Asthana, “Studies on RDX based sheet explosives with estanebinders, Theory and practices of energetic materials”, Shenzhen, Guangdong,China, October 8–11, in: Proceedings of the Second International AutumnSeminar on Propellants, Explosives and Pyrotechnics, Vol.II, 1997. [4]. H.S. Yadav, “Flyer plate motion by thin sheet explosive”, Propell. Explos. Pyrot.13 (1998) 17–20. [5]. Под Ред. Б.П.Жукова, “Энергетические конденсированные системы”, Краткий энциклопедический словарь, Изд 2-е исправл – М. Янус К. 2000 с. 102-103. [6]. Генералов, М.Б, “Основные процессы и аппараты промышленных взрывчатых веществ ”, учебное пособие. – М.: Изд-во ИКЦ Академкнига, 2004. – 397 с. [7]. Косарев, А.А, “Пластичные и эластичные взрывчатые смеси: метод. указ. к лаб. раб. ”, Казань: Изд-во Казан. гос. технол. ун-та, 2007. – 44 с. [8]. Nguyễn Minh Tuấn, “Nghiên cứu công nghệ chế tạo mẫu thuốc nổ dẻo có tính năng tương đương loại C4”, Báo cáo khoa học đề tài cấp BQP, 2015. ABSTRACT SHEET EXPLOSIVE, MANUFACTURING METHODS AND DEVELOPING ABILITIES IN VIETNAM In the article, sheet explosive is introduced in the development history, components, manufacturing methods, usage and developing abilities in Vietnam. Keywords: Explosive; Sheet Explosive; Explosive reactive armour; HMX; RDX; PETN. Nhận bài ngày 30 tháng 6 năm 2020 Hoàn thiện ngày 13 tháng 8 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 24 tháng 8 năm 2020 Địa chỉ: 1Viện Thuốc phóng Thuốc nổ; 2Cục Kỹ thuật/BCĐC. * Email: Tuannm192@gmail.com.