TỔNG QUAN
Thuốc nổ PBX (tiếng Anh: Polymer-bonded explosives hoặc Plastic-bonded explosives) là loại vật liệu nổ thế hệ mới. Đây là loại thuốc nổ sử dụng polyme làm chất kết dính còn thuốc nổ mạnh ở dạng đơn chất hoặc hỗn hợp đóng vai trò là thành phần mang năng lượng chính. Một trong những loại PBX nổi tiếng nhất là C-4, được phát triển tại Mỹ vào năm 1958 trên nền thuốc nổ mạnh RDX và sử dụng polyisobutylen làm chất kết dính.
Tuy các loại thuốc nổ phá truyền thống như TNT, comp B, cyclotol, Torpex và octol vẫn được sử dụng làm thuốc nổ chính trong đạn dược, nhưng chúng có một số nhược điểm như cơ tính kém, độ bám dính vào kim loại thấp, co ngót mạnh sau khi đúc và độ nhạy cao. Do đó, xuất hiện nhu cầu về các loại thuốc nổ ít nhạy hơn và đáp ứng yêu cầu cao hơn về cơ tính của thuốc nổ trong vũ khí hiện đại. Mạng polyme trong thuốc nổ PBX làm giảm độ nhạy của thuốc bằng cách giảm ma sát giữa các tinh thể thuốc nổ, hấp phụ và phân tán các xung cơ học từ bên ngoài, đồng thời tăng độ bền cơ học cho sản phẩm. Với độ ổn định nhiệt cao, độ nhạy thấp, cơ tính tốt và đặc biệt là công nghệ vượt trội so với các hỗn hợp thuốc nổ phá truyền thống, PBX đã và đang được nghiên cứu, sản xuất với số lượng lớn ở nhiều nước trên thế giới.
Về thành phần chính, thuốc nổ PBX gồm:
Thuốc nổ nền: Bao gồm hexogen (RDX), octogen (HMX), pentaerytritol tetranitrat (PETN, TEN)... Trong đó, RDX được sử dụng phổ biến hơn cả do sự phù hợp về độ nhạy và tính năng nổ.
Chất kết dính: Có rất nhiều polyme khác nhau được sử dụng, gồm: nitroxenlulo, polyisobutylen, polyetylen, polystyren, polymetyl metacrylat, poly tetrafloetylen, và HTPB (Hydroxyl-terminated polybutadiene). Ngoài các polyme trơ, người ta còn sử dụng polyme hoạt tính (mang năng lượng) để nâng cao uy lực của thuốc nổ.
Chất hóa dẻo: Được sử dụng để cải thiện cơ tính và tính chất công nghệ của hệ chất kết dính. Chúng làm thay đổi độ nhớt của hệ chất kết dính, tăng độ mềm dẻo của các đại phân tử polyme, độ linh động của các cấu trúc, giúp quá trình trộn hỗn hợp đều hơn, hạt thuốc PBX tạo thành có sự che phủ bề mặt tốt, đồng đều hơn. Một số chất hóa dẻo thông thường được sử dụng gồm: dioctyl phtalat (DOP), dibutyl phtalat (DBP), dioctyl sebacat (DOS), các chất hóa dẻo năng lượng cao như nitroglyxerin (NG), dietylenglycol (EGDN).
Dây dẫn nổ PBX. Ảnh: Internet
Chất đóng rắn: Là tác nhân khâu mạch và thúc đẩy quá trình đóng rắn để điều chỉnh cơ tính cho thuốc nổ. Chúng thường được sử dụng trong chế tạo thuốc nổ PBX nhiệt rắn. Một số chất đóng rắn thường được sử dụng gồm các chất họ isoxianat như toluen diisoxianat (TDI), metylen diphenyl diisoxianat (MDI), hexametylen diisoxianat (HDI).
Phụ gia: Gồm các chất chống oxy hóa cho polyme, chất an định hóa học, tác nhân kết dính, phụ gia kim loại, phụ gia công nghệ. Chúng làm tăng độ bền của polyme, kìm hãm quá trình phân hủy của các chất kết dính mang năng lượng (NC, nitrat este), tăng độ liên kết giữa chất kết dính với thuốc nổ nền, điều chỉnh uy lực của thuốc nổ và hỗ trợ các quá trình công nghệ trong chế tạo.
NGHIÊN CỨU THUỐC NỔ PBX VÀ TRIỂN VỌNG ỨNG DỤNG
Trên thế giới, trong giai đoạn đầu của nghiên cứu, các polyme bán tổng hợp như các nitroxenlulo (NC) với mức độ este hóa khác nhau và nhựa thông đã được sử dụng làm chất kết dính. Tiếp theo, thành phần thuốc nổ PBX thường sử dụng polyme tổng hợp để hạn chế sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu tự nhiên. Một số chất kết dính điển hình đã được nghiên cứu, sử dụng cho PBX gồm:
Sử dụng butadien biến tính (HTPB) làm chất kết dính
Trong nhiều năm, HTPB - một loại polybutadien được biến tính với các nhóm hydroxyl ở hai đầu mạch là loại polyme tổng hợp, được sử dụng phổ biến trong thuốc nổ. Hỗn hợp chủ yếu gồm một loại tiền polyme lỏng và một diisoxianat phù hợp giữ vai trò đóng rắn. Các hỗn hợp thuốc nổ PBX chứa HTPB được đặc trưng bởi các thông số nổ rất cao với mật độ phù hợp. Chúng được sử dụng trong các loại đạn cỡ nhỏ và lựu đạn hoặc trong tên lửa chống hạm của Mỹ.
Sử dụng chất kết dính họ polysiloxan
Với độ bền hóa học và độ bền nhiệt cao, các chất kết dính họ polysiloxan được sử dụng phổ biến và chủ yếu trong thành phần hỗn hợp PBX. Với đường kính tới hạn nhỏ, khả năng tạo thành các hình dạng phức tạp và các tính năng nổ cao, vật liệu nổ dạng này được xem xét để sử dụng cho liều nổ của vũ khí hạt nhân hoặc chế tạo thuốc nổ dạng bột nhão để nhồi vào đầu nổ xuyên lõm, hạn chế tạo ra các lỗ rỗng và cải thiện chất lượng của dòng xuyên.
Sử dụng chất kết dính mang năng lượng
Hàm lượng tối đa của các cấu tử mang năng lượng trong chất nổ PBX trên thực tế rất khó vượt qua 90-95% bởi nó làm tăng đáng kể độ nhạy. Do đó, việc sử dụng các polyme tổng hợp chứa năng lượng làm chất kết dính có thể giải quyết vấn đề này. Những polyme mang năng lượng được nghiên cứu phổ biến nhất gồm: glyxidyl azit polyme (GAP), poly (glyxidyl azit)... Đây là một trong những giải pháp để chế tạo thuốc nổ PBX uy lực mạnh khi bảo đảm yêu cầu về an toàn trong sản xuất.
Đối với nước ta, nghiên cứu về thuốc nổ PBX cũng đạt được nhiều kết quả đáng ghi nhận. Trong đó, đã nghiên cứu tính chất của thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX và chất kết dính polyuretan (PU) và polystiren (PS). Mẫu thuốc nổ được chế tạo có đặc trưng năng lượng cao hơn thuốc nổ TNT, độ bền nhiệt tốt, độ nhạy va đập thấp và có tính chất công nghệ tốt; tạo tiền đề tiếp tục nghiên cứu về thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX/PU, RDX/PS. Nghiên cứu điều chế và xác định các đặc tính của thuốc nổ PBX dựa trên cao su tự nhiên lỏng (LNR) và RDX, với PBX được chế tạo theo biến thể của thành phần C-4. Kết quả cho thấy, hướng sử dụng LNR làm chất kết dính cho PBX rất khả quan. Nghiên cứu, chế tạo thành công thuốc nổ nhiệt áp, thành phần bao gồm RDX cùng hệ chất kết dính, chất oxy hóa, đóng góp cơ sở khoa học và thực tiễn quan trọng trong nghiên cứu, chế tạo thuốc nổ PBX nhiệt rắn... Đặc biệt vào năm 2021, Viện Thuốc phóng Thuốc nổ thuộc Tổng cục CNQP đã nghiên cứu và chế thử tấm nổ mạnh TN6-VN trên nền thuốc nổ mạnh PETN, chất hóa dẻo polyisobutylen và các phụ gia công nghệ. Thành công này đã mở ra triển vọng chế tạo thuốc nổ PBX nói chung và PBX uy lực mạnh nói riêng sử dụng cho mục đích quân sự.
Hiện nay, để đáp ứng yêu cầu phát triển CNQP, nhiều chương trình, đề án quan trọng đã được xây dựng và triển khai. Trong đó, thuốc nổ PBX và các vật liệu mang năng lượng được chế tạo theo nguyên lý của PBX là thành phần không thể thiếu trong sản phẩm mục tiêu của các đề án. Do đó, việc nghiên cứu, tự chủ chủng loại vật tư kỹ thuật này là vô cùng cấp thiết. Tổng cục CNQP đã từng bước nghiên cứu, làm chủ, sản xuất được thuốc nổ RDX, các polyme, chất kết dính và vật tư đầu vào khác. Kết quả đó cho thấy, việc nghiên cứu, chế tạo thuốc nổ PBX "Make in VietNam" là hoàn toàn khả thi, góp phần nâng cao tỷ lệ nội địa hóa vật tư kỹ thuật và phát triển nền CNQP lưỡng dụng, hiện đại.
Trung tá, ThS. ĐÀM ĐỨC TRUNG
Bộ Tham mưu, Tổng cục Công nghiệp quốc phòng
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1. Mateusz Szala. Polymer-bonded secondary explosives, Military Univ. of Technology, Faculty of Advanced Technologies and Chemistry. 2021.
2. Military Explosives, Department of the Army Technical Manual. Headquaters, Department of the Army, TM9-1300-214, USA, 1984.
3. Nougez B., Mahe B., Vignaud P.O. "Cast PBX Related Technologies for IM Shells and Warheads". Sci. Tech. Energ. Mater. 2009, 70(6): 135-139.
4. Ahmad S.R., Cartwright M. Laser Ignition of Energetic Materials. John Wiley & Sons, 2015.
5. Arthur Provatas, "Energetic Polymers and Plasticisers for Explosive Formulations - A Review of Recent Advances", Def. Sci. & Tech. Org., 2000.
6. A. K. Mahanta and D. D. Pathak, "HTPB-Polyurethane: A Versatile Fuel Binder for Composite Solid Propellant", Intech Open Science, 2012.
7. N. M. Tuấn, N. V. Giao, T. V. Phương và Nguyễn Mạnh Tường "Ảnh hưởng của một số yếu tố đến chất lượng sản phẩm thuốc nổ dẻo C4-VN", Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự, 10/2014.
8. P. Đ. Nhân "Chế tạo và nghiên cứu tính chất của thuốc nổ PBX trên cơ sở RDX và PU". Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Số 1/2015.
9. P. Đ. Nhân, Đ. M. Khai "Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng và các đặc trưng của thuốc nổ PBX dẻo chứa hexogen và polystiren". Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, Số 2/2015.
10. Đ. M. Khai, N. M. Tuấn, N. T. Anh, P. Đ. Nhân và L. Q. Vương "Evaluation of the characteristics of plastic explosive adhered by liquid natural rubber". Tạp chí KH và CN Việt Nam 58 (5), 2020.
11. Trần Quang Phát (2020), Luận án Tiến sỹ "Nghiên cứu chế tạo thuốc nổ nhiệt áp dùng cho đạn ĐNV-7A". Viện KH & CNQS, Hà Nội.
12. N. M. Tuấn, P. Q. Hiếu, T. V. Phương và B. A. Thức "Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm tấm nổ mạnh TN6-VN", Tạp chí Nghiên cứu KH & CNQS, số 75, 10/2021.