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KNSB制作工艺简介

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#楼主# 2016-5-29

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                                                                                              前言
       在业余模型火箭界,爱好者们用的燃料非常多,如以高氯酸铵为氧化剂的HTPB推进剂,以硝酸钾为氧化剂的RNX、硝-糖、黑火药等等。其中硝糖是绝大多是爱好者的制作选择,因为硝糖相对其它燃料而言,原料易得,成本低,制作工艺简单,但即便如此,能把硝糖做的非常棒的爱好者,还是很少一部分。目前网络上关于硝糖的制作教程非常多,但大多数是凭经验,凭感觉,看颜色来制作硝糖,这样做没有一个标准,不仅制作效率低,而且工艺重现性差。所以我写这篇文章,希望能改变一些爱好者的制作观念,让每个人都可以轻松地制作出优质硝糖。
首先我想谈谈“重结晶”与“热熔法”的概念
        硝糖应该是所有火箭燃料中最独特的一种火箭燃料,只有它用的是热加工工艺。在业余界关于硝糖的制作工艺分为两种叫法——“重结晶法”与“热熔法”。多数人认为加了水制作就是重结晶法,不加水制作就是热熔法。这种概念其实是错的,热熔法本身就是重结晶法。
        重结晶(chóngjiéjīng)是将晶体溶于溶剂或熔融以后,又重新从溶液或熔体中结晶的过程。在制作硝糖时,硝酸钾是作为溶质,糖是做为溶剂,利用两者熔点不同,首先将糖熔化作为溶剂,将硝酸钾溶于其中进行充分混合,冷却后固化结晶。以上就是重结晶工艺制作硝糖的原理。“热熔法”本身就是重结晶,理应不存在这个说法。加水只是可以使物料受热面积增大,提高物料溶解的速度。
关于制作硝糖的工具
温度计,我用的是电子数显温度计,搭配线型电热偶。也可以用别的温度计代替,只要量程不小于200
即可。

加热设备,电热炉,沙浴【可无】

       硝糖有三种,
KNDX
硝酸钾
--
葡萄糖)、
KNSB
(硝酸钾
--
山梨【糖】醇)、KNSU(硝酸钾--白糖),在本文中我主要介绍KNSB,因为KNSB加工性能极好,制作起来是三种硝糖里最简单的。

       制作KNSB,首先要知道山梨醇的一些理化性质。
山梨(糖)醇的分子式为C
6
H
14
O
6,
依结晶条件不同,熔点在88~102℃范围内变化。山梨醇的化学性质稳定,不易被空气氧化,通常情况下与酸碱不起作用,不易被各种微生物发酵,山梨醇的耐热性好,高温下200
℃也不分解。

       根据以上性质我们可以知道,山梨醇对硝酸钾的品质要求并不高,它的耐热性比较好,意味着流动性可以做的很好。
以下是关于KNSB的一些资料
KNSB化学方程式  C6H14O6 + 3.345 KNO3 -> 1.870 CO2 + 2.490 CO + 4.828 H2O + 2.145 H2 + 1.672 N2 + 1.644 K2CO3 + 0.057 KOH
理论密度: 1.841g/cm^3
比热比   :1.042
自燃温度:大于300

理论比冲: 164s

理论特征速度: 938m/s

实际特征速度: 914m/s

理论燃烧温度: 1327K

实际燃烧温度: 1247K

推力系数: 1.468

常压燃速: 2.5mm/s

KNSB中硝酸钾含量与比冲的关系。可以得出硝酸钾与山梨醇的质量比为66/34最佳。


燃烧室压力与比冲的关系



以下是制作部分

硝酸钾(天津市天力化学试剂有限公司)

实测PH值为10。不得不吐槽一下黑心商家

山梨(糖)醇 (华北制药华源有限公司)

实测PH值为7

将硝酸钾与山梨醇按照66/34的比例混合好,倒入加热器皿中。加热后山梨醇会熔化,物料会抱团。

物料变为液态后插入电热偶测温,将温度控制到200
℃以下即可

液态山梨醇随着温度的升高对硝酸钾的溶解度增大,到150
℃以后,流动性就非常好了


最后可以像水一样浇筑到发动机内


流动性极佳,可以做到“细水长流”


最后浇筑好的端面是可以反光的,再次证明KNSB流动性好


KNSB有一个与KNSU,KNDX与众不同的特点,KNSB固化速度非常慢,实测室温30
℃的环境下,需要30分钟才能基本固化,50分钟内都有很棒的可塑性,完全硬化需要48小时以上。

还有第二种比较好的制作方法,先把山梨醇熔化,然后倒入硝酸钾搅拌混合,继续加温,把流动性提高。我个人比较喜欢第二种方法。工序与所谓的“热熔法”相似。
浇筑药柱



浅谈硝糖

       KNSB是最近我才接触的燃料,之前一年我都在制作KNSU,KNDX,只要工艺得当,KNSU,KNDX都可以做的很优秀,但相对KNSB而言,工艺就要复杂的多,而且工艺重现性差。从上文我的介绍来看,可以发现制作KNSB几乎没有技术含量,只用配料,加温,浇筑就行了,就连温控也不必很严格。

      制作KNSU,白糖对温度的控制要求高,加热不便
。制作KNDX,葡萄糖对温度的控制要求同样也很高,而且葡萄糖对硝酸钾的PH值也有要求。在此不详细介绍KNSU,KNDX的制作工艺。

       综上所述,KNSB是一种工艺重现性高,易制作,加工性能好的燃料。完全可以淘汰KNSU,KNDX。极适合广大火箭爱好者制作。
参考文献

Richard Nakka——
KN-Sorbitol Propellant Chemistry and Performance Characteristics

刘    建     华      —— 山梨醇粉状结晶工艺改造的研究

胡    学     勇      ——山梨醇的性质
补充我录制的KNSB加工视频,视频开头碗里的液体,是融化后的山梨醇

  
http://v.youku.com/v_show/id_XMTU5MjY2OTMyOA==.html
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zycxjl 发表于 2020-2-19 09:58:44
,这个燃料不错,嘿嘿。小型火箭必备。
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喵喵喵 发表于 2018-10-20 02:23:59
现在才知道我一直使用错误的方法制作。我一般是先把山梨醇融化,然后再加入硝酸钾
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星空 发表于 2018-7-4 19:55:19
[quote=ryq1212,7549]方便不方便公开一下配比?话说钛合金粉哪里买的?[/quote] 他并不想公开(因为他麻麻不让搞了)
Ti及其合金还是很好买的,试剂店钛粉较贵(25g44RMB)我一般是在做冷焰火或特殊火药用,不过某同学在特种材料厂有关系所以能免费搞到合金。。。羡。。。
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ryq1212 发表于 2018-7-3 18:19:00
[quote=星空,7538]emmm比起大佬我才是萌新,还要学习
是这样,有位大佬同学做了一个测试的KN系燃料,起了个这样的名字,然后我们就一直这么称呼了,一方面TI是因为有钛合金粉掺入,另一方面是Test(测试用)之意。因为裸药药形保持很好(见过几次)所以相提并论了...[/quote] 方便不方便公开一下配比?话说钛合金粉哪里买的?
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星空 发表于 2018-7-1 21:25:15
[quote=ryq1212,7537]萌新不才,请问KNTI是?[/quote] emmm比起大佬我才是萌新,还要学习
是这样,有位大佬同学做了一个测试的KN系燃料,起了个这样的名字,然后我们就一直这么称呼了,一方面TI是因为有钛合金粉掺入,另一方面是Test(测试用)之意。因为裸药药形保持很好(见过几次)所以相提并论了,忘记了这个名字并不是正式名。。。
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ryq1212 发表于 2018-7-1 18:04:34
[quote=星空,7456]其实,KN系列吸潮是很常有的,个人觉得KNSU吸潮最明显(雨天18小时化水)其次是KNDX(雨天3天化水)KNSB算是最好的一个了(春夏交际可保持2个月原有状态),可向其中加入约百分之一的石墨粉(极细粉)来保持原有状态(偶然间发现的)当然,...[/quote] 萌新不才,请问KNTI是?
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星空 发表于 2018-6-21 00:21:48
其实,KN系列吸潮是很常有的,个人觉得KNSU吸潮最明显(雨天18小时化水)其次是KNDX(雨天3天化水)KNSB算是最好的一个了(春夏交际可保持2个月原有状态),可向其中加入约百分之一的石墨粉(极细粉)来保持原有状态(偶然间发现的)当然,还有KNTI貌似也不错。还是要滋瓷一下的!
至于发黄。。。是硝糖都会,可能发生了部分的羟基脱水吧,毕竟熔融硝酸钾也是比较好的氧化剂。
再说大力硝钾为啥pH约为10(差不多9.6-10.4)因为它是碱离子交换法生产的硝酸钾。(ps:同学们把“天力”都改成了“大力”原因为何你懂得
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叽里呱啦12 发表于 2017-4-14 23:38:05
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估读症患者 发表于 2016-9-25 17:00:04
吸潮的话其实最简单的方法和干燥剂一起密封包装就可以了
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