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加强型石膏喷管材料配比及记录
TNTlab2022/12/23原创 喷气推进 IP:福建
关键词
石膏喷管硅酸钠

  因为本实验经费严重告急,所以只能采用一些简单的测试方法进行相应的实验。


省流:石膏中加入1%~1.5%的2mm左右的尼龙纤维充分搅拌固化后浸泡于30%(质量分数)的硅酸钠溶液后得到的成品的综合强度最高。


  因为在kc上看过有些人对于石膏喷管加入硅酸钠后能否对强度起增进作用的讨论时,没有告诉具体的做法,于是做了这个实验并分享下成果。

  本实验共进行5次不同的子实验,进行多次配比的调整。仅测试强度及耐高温性能,没有上机试车过。

  主要材料:

IMG_20220910_142509.jpg

国药硅酸钠 AR

Screenshot_20221011_095404_com.taobao.taobao.jpg 石膏粉


  以下实验均是20g的石膏粉添加6.5~7ml的水,正常是加7ml。但硅酸钠饱和溶液的那组实验添加的溶液的体积是有不一样的。实验中液体材料均是采用移液枪进行取液(是先取液体装在一个杯子里,再一次性倒入搅拌的,并不是一次加一点)。

IMG_20220226_112757.jpg


一次实验 直接硅酸钠粉末(模具采用小号航空杯)

IMG_20220909_225003.jpg

  从上到下第一个没有加硅酸钠,第二个添加1g的硅酸钠粉末,第三个添加0.5g硅酸钠粉末。进行均匀搅拌后再加水混合。

  在这里发现过一个问题,曾经有人提到过将硅酸钠加到石膏里的时候会产生小气泡(应该是固化之后,待会还会再说到这个问题),可能是硅酸钠会与硫酸钙反应,在第一次实验的时候有观察到这个现象,但是是由于石膏粉末见间大量的空气导致的气泡。所以建议大家在固化石膏的时候多搅拌或震荡几次,让空气出来,避免空洞产生。

mmexport1662774762197.jpg

6h干燥后脱模进行二次干燥。

mmexport1662774765119.jpg

  直径均为5.28cm,用记号笔进行标记(应该是油性)。

IMG_20220911_175905.jpg 干燥后的成品

  左上1加1g硅酸钠粉末,右上0.5加0.5g硅酸钠粉末,下面那个0为空白对照。1组实验和2组一起进行测试。



第二组实验

IMG_20220910_142545.jpg

  本组为硅酸钠溶液代替水混合石膏粉末。因为在混合石膏与硅酸钠的时候发现硅酸钠溶液随着浓度升高,越难与石膏粉进行混合,有点像和面的时候水加少了。所以本组实际加溶液的体积比7ml多一点。


IMG_20220911_174941.jpg

  本组因为固化后表面硅酸钠粉末重新析出,导致表面松垮,强度极其低,直接轻轻一掰就碎成渣。所以就放弃那3个(图中表面看起来很奇怪的那三个),本组就一个5g石英砂-水的组合与1组共同测试。

  初步测试结果:不能用硅酸钠粉末代替水进行固化处理。


IMG_20220911_180837.jpg

测试从50cm的高度开始进行,最高高度为1m。

  测试结果:加两个加入硅酸钠粉末的50cm自由落体就碎了,而两个没有加硅酸钠粉末的在80cm碎掉。

  加粉末比没加更差劲,不如不加。


IMG_20220923_232348.jpg

  这次实验加入的尼龙绳,就是很便宜白色的那种,在365nm紫外光下能激发出蓝色荧光。剪成2-3mm的小段,将这些小段再搓散,变成像棉花那样(搓散后会有一部分粘在手上,要及时洗掉)。

  这边加入了0.2g,石膏粉末为20g。占石膏质量的1%,也就是100:1的比例。固化时应该先把纤维和石膏粉末混合均匀后再加水,混合的时候气泡会被内部的尼龙纤维阻挡一部分,所以溢出的速度更慢。石膏的固化时间远远长于搅拌混合的时间,所以需要耐心搅拌完全。还有一个要补充的是尼龙纤维会使得石膏整体感觉比较稠,流动性较差。


IMG_20220919_191013.jpg

  左上的那个加了铁丝但是没啥用。1、2、3分别代表了干燥后泡在不同浓度的硅酸钠溶液中,具体是10% 20% 30%。纤维那个是没有浸泡过硅酸钠溶液的。

  在这边也发现了之前提到的那个问题,在泡在硅酸钠溶液中会产生小气泡。但是个人认为是石膏在固化后内部还依然残留了部分微小的气泡,在硅酸钠溶液进来后填补了这个空隙,气体溢出导致的。

  测试结果:左上角的那个依然80cm裂开,1、2、3均能在80cm的自由落体中存活,但是1m的时候都碎了,就这个带纤维的抗过了80cm后在1m的高度裂开了一条小痕。认为是内部的尼龙纤维产生的这种藕断丝连的状态。

mmexport1663586253387.jpg

0.2g尼龙纤维无硅酸钠浸泡处理,1m高度摔落的裂痕。

IMG_20220919_205503.jpg

  在365nm紫外光照射下观察尼龙纤维在表面的排布位置。


IMG_20220928_202556.jpg

  这一次的测试,1、2、3、4分别为石膏固化干燥后浸泡再50%、33%、20%、10%的溶液中,纤维是0.3g的纤维石膏板固化干燥后浸泡于50%的溶液中。

IMG_20220928_203643.jpg

  在这组实验中,高度为90cm到1m。1在90cm的高度裂开,2、3、4均在1m高度裂开,个人认为由于50%的溶液虽然提升了硬度,但同时让石膏板变得更脆,这一点在1的碎片具有的锋利边缘有体现(就像碎玻璃那样,而2、3、4的碎片并没有那样的边缘)。

IMG_20220928_202657.jpg

0.3g的尼龙纤维表面排布状态,很显然比0.2g的要密集得多。有一张内部横截面的,很均匀,但是找不到那个图了。

IMG_20220928_203920.jpg

IMG_20220928_203927.jpg

  有了上一次纤维在1m才有裂痕的测试结果,这次的纤维石膏板直接从1m处释放。很令人惊喜的是在第一次及第二次的掉落中并没有裂痕(个人认为是内部的尼龙纤维吸收了部分摔落的能量),在第三次的下落中才有了两条。于是前后反复摔了6次才有了这个效果。用的是12B的铅笔描的裂痕,接下来这个板子本人用最大力气甩到地面上花了3次才得以将石膏板分开(依然处于藕断丝连状态)。


温度测试(酒精灯直接灼烧)

IMG_20221126_191141.jpg

  这次本人把酒精灯的三脚架上捆上几根极细的铁丝,将酒精灯的外焰直接接触石膏板。测试到第8分钟时表面产生了变色,并有一股味道散出从刚开始持续到结束加热。在第10分钟时将石膏板翻面(用钳子翻的面,还是预热过的)。在第11分钟时自然裂开,碎开后自然冷却没有新裂痕产生,但石膏变得很脆,一掰就开,也没有产生以往直接掰开的藕断丝连现象。


IMG_20221126_193805.jpg

  冷却后的图片,掰开后在内部也有变色。

IMG_20221126_193954.jpg

 冷却后将其掰开,在横截面上进行365nm紫外光照射观察,发现尼龙纤维的荧光特性几乎消失,图中横截面那些白白的丝状物就是灼烧后的尼龙纤维。



  萌新做的实验,很多地方都不够科学,欢迎指正。感谢各位有耐心看到这里。

[修改于 1个月14天前 - 2022/12/23 18:36:50]

来自:航空航天 / 喷气推进动手实践:实验报导严肃内容:教程/课程
14
10
客星晨出东方
1个月14天前 IP:浙江
1楼

火箭喷口工作时往往只有几秒的烧蚀,感觉最后的温度实验用酒精灯长时间灼烧貌似不合理

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悟死参玄
1个月14天前 IP:浙江
2楼

可以测测耐冲刷性有无增强

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TNTlab作者
1个月14天前 IP:福建
3楼
引用悟死参玄发表于2楼的内容
可以测测耐冲刷性有无增强

还没上机测试过

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TNTlab作者
1个月14天前 IP:福建
4楼
引用客星晨出东方发表于1楼的内容
火箭喷口工作时往往只有几秒的烧蚀,感觉最后的温度实验用酒精灯长时间灼烧貌似不合理

确实,感觉还是有时间搞个试车看看效果。

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在下松田诚一
1个月14天前 IP:中国
5楼

可以用牙科石膏,坚硬耐冲刷。

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TNTlab作者
1个月14天前 IP:福建
6楼

价格还可以,20多1kg。

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古法造轮
1个月14天前 IP:福建
7楼

把实验结果绘成图表,会是一个很好的实验报告。

图表特别适合这类型的实验结果展示,可读性强,也便于对比

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TonyStark
1个月13天前 IP:江苏
8楼

额,怎么说呢。楼主的科研精神是有的。但是科研手段比较落后。另外楼主打算用硅酸钠组分加入石膏是打算增加耐高温?(看起来就都很脆不太可能作为喷管。)

小发动机喷管的基本要求至少是耐短时间高温冲刷。只要挺过1-2s就行。实际操作中还要考虑密度不能很大,制作工艺繁易和一致性。

现成的喷管工艺比较好的有以下几种:

20mm以下可用牙科石膏和堵漏王。制作工艺简单但一个不耐冲刷一个太重太原始。

32mm及以下适用光固化打印。工艺极简稳定性高,轻便。加上钢片衬喉可言完美。

32-82mm的直接上酚醛配石墨衬喉


当然如果楼主执意进行这项研究,也祝愿能见到LZ的成果!

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TNTlab作者
1个月13天前 IP:福建
9楼
引用古法造轮发表于7楼的内容
把实验结果绘成图表,会是一个很好的实验报告。图表特别适合这类型的实验结果展示,可读性强,也便于对比

好的,我尽量试试。

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TNTlab作者
1个月13天前 IP:福建
10楼
引用TonyStark发表于8楼的内容
额,怎么说呢。楼主的科研精神是有的。但是科研手段比较落后。另外楼主打算用硅酸钠组分加入石膏是打算增加...

  是这样的,以前我做测试的时候发现石膏加堵漏王的效果并不好,太脆,于是加上以前看到论坛上有石膏添加硅酸钠这种方法来增加材料硬度(确实很脆)。关于另外别的材质的喷管是试过钢管卷芯、陶瓷管卷芯、全石墨喷管(之前有发文章)。

  研究手段落后这事我倒是不太好处理,申请kc基金也不确定能不能及时有新的成果出来。

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Tarkfpv
1个月13天前 IP:广东
11楼

其实,你直接买那种较硬的牙科石膏,确实会比正常的硬,你如果想提升耐冲刷可以加金属粉末,亲测好用,喷口侵蚀几乎没有

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TNTlab作者
1个月13天前 IP:福建
12楼
引用Tarkfpv发表于11楼的内容
其实,你直接买那种较硬的牙科石膏,确实会比正常的硬,你如果想提升耐冲刷可以加金属粉末,亲测好用,喷口...

什么金属的粉末?多少目的?我有空试试。

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Vanguard_Marx
1个月12天前 IP:福建
13楼

建议上机测试该材料的耐压与耐冲刷表现

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TNTlab作者
1个月12天前 IP:福建
14楼
引用Vanguard_Marx发表于13楼的内容
建议上机测试该材料的耐压与耐冲刷表现

可以试试。

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