ajet
Пирорепутация: +4/-0
Оффлайн
Сообщений: 233
|
|
« Ответ #1 : 24 Июль 2013, 19:43:23 » |
|
Часть 2.
То есть, роль кальция очень не однозначна. В принципе, уголь в эвтектикой НК-НН тоже горит хорошо, 30 мм/с, только Тпл слишком высока, 220С, да и из расплава очень трудно сделать монолитную шашку. Думаю, можно предположить, что НКа прекрасно дружит с сорбитом, но плохо с углем.
По крайней мере, такой вывод можно сделать из сравнения результатов по эвтектикам:
НК 2г, НКа 2,45г и НН 2г и НК 2г, НКа 2г , НН 0,7г
Уменьшение содержания кальция приводит к увеличению скорости горения - до определенного предела она увеличивается. Видимо, речь идет о внутреннем объеме гранул угля. Известно, что древесный уголь обладает гигантской поверхностью, это практически наноуголь с размером структур 1-5 нм. Косвенно это предположение подтверждается тем, что более легкий еловый уголь дает лучшие результаты. Интересно рассчитать содержание пор в составе. Кажущаяся плотность елового угля составляет 0,26, осинового - 0,29, соснового - 0,30, березового - 0,38 г/см3; истинная плотность древесного угля 1,43 г/см3; пористость 75-80% [7]. Легко вывести формулу относительного объема пор:
К = 1- (Dx / Do) где Dx найденная экспериментальная плотность образца, а Do теоретическая, истинная плотность материала состава. истинная плотность древесного угля 1,43 г/см3 (видимо она находилась ранее методами ртутной порометрии) кажущаяся плотность елового угля 0,26 г/см3 откуда по формуле находим К = 0,812. Плотность застывшей эвтектики НК-НН-НКа (49:17:34) приближенно можно найти по формуле: D = 1 / ( h1/d1 + h2/d2 + h3/d3) где h массовое содержание компоненте, а d его плотность. Для эвтектики: НК: h = 0,49, D = 2,11 г/см? НН: h = 0,17, D = 2,26 г/см? НКа: h = 0,34, D = 2,50 г/см? Плотность эвтектики составит 2, 26 г/см?, Для состава НК 2г, НКа 2г, НН 0,7г, УЕ 0,7г обычная плотность 1,78 г/см? (измеряется «методом Архимеда» - шашка погружается в масло, находим объем и разницу в весе) : НК: h = 0,417, D = 2,11 г/см? НН: h = 0,146, D = 2,26 г/см? НКа: h = 0,29, D = 2,50 г/см? УЕ: h = 0,146, D = 1,43 г/см? для состава отсюда находим теоретическая плотность D = 2,08 г/см? , относительная пористость К = 0,144. Это говорит о том, что практически все макропоры заполняются углем, и состав по плотности близок к «идеальному».
Шашки немного гигроскопичны, гигроскопичность такая же, как и у сорбитовой карамели: покрытие маслом не защищает о влаги!
В завершении можно сказать, что роль кальция судя по всему сводится только к снижению Тпл, что заставляет думать о нитрате лития. Нитрат кальция, судя по всему, хорош только для сорбита. И это блестяще подтвердилось в следующем эксперименте. Кальциевый порох.
Уголь (березовый) растирался с НКа, затем грелся при 150С до полного удаления воды. Состав НКа 2,36 г + У 0,3 г образует комки, которые самовоспламеняются только при 400С (супротив 290 для НК). И порошок (перетертый), и агломераты при этом начинают медленно тлеть со скоростью 1-2 мм/с. То же самое наблюдается при воспламенении при комнатной температуре. Модификация состава до рецепта черного: НКа 2,36 г + У 0,4 г + S 0,27 г дает немного лучший результат. Состав горит чуть живее, но видно, что нагло горит сера, да и запах SO2, и сульфиды не образуются. При нагреве этой смеси до 120С наблюдается почернение из-за плавления серы, при этом смесь в значительной степени теряет свою гигроскопичность при хранении. Это возможный способ пассивации дымного пороха (особенно с натриевой селитрой), прогреванием.
НКа, кстати достаточно мирно ведет себя и с аскорбиновой кислотой. В отличие от НК, эту карамель можно греть до 200С, в отличие от НК этот состав не воспламеняется с хлопком при перегреве, а просто горит. Карамель на основе эвтектик и АсК НКа 2,36 г + АсК 0,88 г горит со скоростью 4 мм/с НК 2г, Нка 2г, НН 0,7 г, АсК 2 г 7,5 мм/с . НК 2г, Нка 2г, НН 0,7 г, У 0,35 г, АсК 1,0 г 15 мм/с Расчетный У.И. для них 158 с. С АсК застывание эвтектик снижается примерно до 105 С. Для АсК получаются неплохие эвтектики с сорбитом и нитратом калия:
НК 2г, С 1,33г - 2,5 мм/с НК 2г, С 1,33г, ОЖ 0,05г - 5 мм/с ,пластичная консистенция НК 2г, С 0,67г, АсК 0,46г - 3,7 мм/с НК 2г, С 0,67г, АсК 0,46г,ОЖ 0,05г - 6,8 мм/с , пластичная консистенция НК 2г, С 0,39г, АсК 0,69г - 9,4 мм/с НК 2г, С 0,39г, АсК 0,69г,ОЖ 0,05г - 17 мм/с не рыба ни мясо, пластичность плохая, появляется хрупкость НК 2г, АсК 0,92г - 18 мм/с, твердая карамель НК 2г, АсК 0,92г,ОЖ 0,05г - 32 мм/с Предпоследний состав настоящая сахарная карамель, твердая при застывании. Последний черный как уголь, ввод ОЖ начинает разлагать состав, шашка пористая и хрупкая.. Остальные составы с АК начинают желтеть в расплаве при 140С, разлагаться при 170С, и вспыхивать с громким хлопком при 220С. Пробовал менять АсК на аскорбинат железа. Тоже горит, но медленней раза в 2-3 чем составы с АК.
Вариации « карамели с лимонной кислотой: НК 2г, С 0,67г, ЛК 0,6г - 2,8 мм/с НК 2г, ЛК 0,6г , АсК 0,46г - 5,0 мм/с
НК 2г, НКа2,45г, АсК 1,79 г дает эвтектику с Тпл 110С, получается самая настоящая карамель со скоростью горения 5 мм/с. Но, выше 130С начинает разлагать расплав, а при 250С раздается громкий хлопок. Замена АсК на ЛК дает плохой результат: карамель не получается, а расплав начинает разлагаться при 130С. Ничего хорошего не получается и с щавелевой кислотой, расплав сразу разлагается с выделением NO2. Салициловая кислота также не дает ничего хорошего.
В целом гипотеза подтвердилась: НКа с углем не дружит!! Даже в присутствии серы.
С кальцием разобрались, интересно понять влияние натрия. Сплава НН с углем не сделаешь, но можно сравнивать эвтектики с НКа.
1. НК 2г, НКа 2,45, УБ 0,6 г (Тпл 240С): : скорость горения 12 мм/с. Как и ожидалось, это меньше чем для елового угля 20 мм/с.
Заменим моль-эквивалентно НК на НН:
2. НН 1,68 г , НКа 2,45, УБ 0,6 г (Тпл 250С): скорость горения 1-2 мм/с.
Это в принципе коррелирует с данными из Шидловского [6], для стехиометрических смесей угля с нитратами :
НК 2 мм/с , НН 1 мм/с , нитрат бария 0,3 мм/с
Где то были данные, что с нитратом свинца это вообще не горит. Похоже, что НК по своему уникален.
Никаких корреляций с температурами плавления и разложения здесь найти не удается. Есть пожалуй только связь с радиусом катиона нитрата и его зарядом: чем меньше радиус и чем больше заряд, тем труднее горит смесь нитрат-уголь. Можно предположить, что с нитратом лития уголь будет гореть медленней, а с нитратами рубидия и цезия будет гореть быстрее.
Были также попытки заменить и модифицировать ЕУ для исследуемых составов. Дымный порох на основе угля из пеньки горит в два раза быстрее, 8 мм/с против 4 мм/с.. Уголь был сделан из пенькового каната. ДП горит хорошо, а с эвтектикой уголь(+ сорбит 12%) горит так себе: 20 мм/с с соплей из оксида кальция. Попробовал кокосовый уголь NWC 1240 (удельная поверхность 1500 м2 ). ДП с ним горит также хорошо, "как и всегда", а вот с эвтектикой плохо - 2 мм/с. \ Попробовал уголь не из бальсы, а из винной пробки. Уголь получается на редкость легкоплотный, плотность 0,03 , выход из 9,31 -> 2,35 грам угля.
Дымный порох с ним получается на ура, не сравнить с березовым углем.
Сделал традиционный свой состав Нк 2г, Нка 2г, НН 0,7г, У 0,7. Затирается эта пышная массы угля в расплав невероятно трудно, но прессованием (а эвтектики долго сохраняет карамельные свойства) удается сделать, увы не расплав, но пластичную массу, которую можно прессовать. Сюрприза не было, горит со скоростью 25 мм/с. Маленькие кусочки бешено вращаются и летают во время горения. Состав кажется относительно мало гигроскопичен, наверное из-за огромной поверхности угля. Попытка импрегнировать ЕУ 1% хозяйственного мыла в воде с последующей просушкой при 150С (30 мин) дает неожиданный результат: расплав полностью впитался в уголь, давая рыхлый порошок. В горячем состоянии он прессуется, но образовавшаяся шашка гореть не хочет –горение срывается. Попытка применить аморфный углерод, техническую сажу К-354 (удельная поверхность 70 м2, размер частиц 30 нм). Горит намного хуже чем с древесным углем.
50% сорбита, 50% угля - 1 мм/с вместо 10 мм/с для древесного
В завершении можно сказать, что поиск иных восстановителей, катализаторов, чем сорбит и окись железа перспективная задача для поиска быстрогорящих топлив для торцевых двигателей. Так например были найдены простые составы на основе ККС [9], [10].
1. http://serge77.rocketworkshop.net/sodium/sodium.htm 2. http://www.airbase.ru/users/serge77/catest/catest.htm 3. http://forums.airbase.ru/2008/11/t64612,48--tverdye-raketnye-topliva-karamelnogo-tipa-khii.html#p2597107 4. http://forums.airbase.ru/2008/11/t64612,103--tverdye-raketnye-topliva-karamelnogo-tipa-khii.html 5. http://forums.airbase.ru/2008/11/t64612,86--tverdye-raketnye-topliva-karamelnogo-tipa-khii.html#p2943962 6. Шидловский. Основы пиротехники, с.103 7. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1490.html 8. Шидловский? 9. http://piroforum.info/aketotoee/oo-o-otoe-aket/160/ 10. http://explodder.info/tos/page4.html
|