Sajnos a kristályok nem összenyomhatóak, így a préselés szerintem nem működik. A csurgatás, majd levegős szárítás jó lehet, a kérdés hogy utána a maradék vizet mivel távolítod el, szerintem a vákuumszárítás vagy a 100C feletti levegős szárítás is szóba jöhet.
Mi történik, ha az AN-víz oldat hőmérséklete meghaladja a 130°C-t? 170°C-on olvad az AN, de eddig gondolom lehetetlen felmelegíteni? Még az jutott eszembe, hogy szabályozható hőmérsékletű kamrában lehetne a nedves AN-t szárítani kb 110°C-on a levegős szárítás után. Ennek van veszélye?
Jól sejtem, hogy a nagy darálód egy flex hajtja? Nem sok részlet látszik a képen, de én abból készíteném.
A vas-oxidos színezés nagyon jó ötlet, a cukros hajtóanyagoknál is lehetne használni.
A cukros kompozitnál ha jól értem az arányok a következőek:
- 90-95% KNO3+cukor keverék (felteszem a szokásos arányban: 65-35%)
- 5-10% MDI
- ?% CMC tapétaragasztó
- ?% aceton
Ezzel kapcsolatban még egy kérdés: mennyire kell a KNO3-cukor szemcséket megőrölni? Jól gondolom, hogy itt már nem feltétlenül kell a porszerű anyag, mert a szemcsék már mindkettőt tartalmazzák (ha vízben lett összekristályosítva)?
Egy komment a startsegéd gyors égéséhez: egy átlag cukros motor égésideje nem több mint 1s, de nekem max 0,5s körül szokott lenni motor mérettől függetlenül. Igaz én nem NAN-t hanem KNO3-at használok, de gondolom emiatt nem lesz nagy különbség. Ha csak nem raksz valamit a keverékbe ami lassítja, ezt nem is nagyon tudod lejjebb vinni, mert a KN (összes égő felület / fúvóka kritikus keresztmetszet) túl kicsi lesz.
Először a feltett kérdésekre válaszolok, majd egy kísérletet ismertetek.
A vízben oldott bármely anyag a mennyiségétől és néhány egyéb tulajdonságától függően forráspont emelkedést okoz. Egy hétköznapi példa: a konyhasó is emeli. A normális mennyiségben a főlő levesbe adagolt kb. 2 C-al. Az AN igen jól oldódik a vízben és jelentős forráspont emelkedést okoz. Keverés közben digitális hőmérővel mérem, habár a legutóbbi időkben alkalmazott CMC-vel segített technológia ezt már nem teszi feltétlenül szükségessé. Az AN esetében semmilyen vizuálisan megfigyelhető jele sincs a hőmérséklet emelkedésének, hiszen az oldat színtelen (tiszta anyag esetén). Azonban a legutóbb közölt CMC-vel adalékolt keveréknél 200 g anyagra kb. 75 ml vizet adok az oldat készítésekor. Ez olyan sok víz, hogy semmilyen probléma sem merülhet fel az oldat készítése során. Ez utóbbi esetben a 100 C-ot sem kell meghaladnia a hőmérsékletnek. A biztonságot már csak úgy fokozhatnám, ha nem csinálnék semmit. :) A részletesebb összetételre és a gyártás további szakaszaira később fogok kitérni, majd a következő üzenetemben. Be kell látnia mindenkinek, hogy ez a fejlesztés fázisában van még és meg is kell fogalmaznom. Ráadásul nem ez a „rendes” munkám amiért a fizetést kapom. Ez csak szabadidő tevékenység, habár sokszor úgy érzem, hogy inkább ezzel foglalkoznék főállásban.
Az említett darálókkal történő őrlés semmiféle veszélyt sem rejt magában. Megjegyzem, kávédarálót teljesen rutinszerűen használtam, főleg kisebb mennyiségekhez. Egyébként nem nagyon voltam megelégedve, mert nem őrölt eléggé finomra, ettől függetlenül használható, főleg ha osztályozzuk és visszajáratjuk a durvább részleteket ismételt őrlésre. Mindenesetre gyártottam egy sokkal erősebb és nagyobb kapacitású darálót. A példaként felhozott ANFO elindításához igen erős anyagra van szükség. Mechanikus eszközökkel pl. daráló, ekkora energiát lehetetlen mozgósítani. A mechanikus őrlés teljesen biztonságos. Még nem alkalmaztam golyós malmot és nem is tervezek. A nagy fordulatú darálómban 30 másodperc alatt lisztszerű anyaggá esik szét az anyag, főleg ha teljesen száraz. Egy menetben nem is őrlök tovább, mert az anyag felmelegedne és akkor már problémák lehetnek. Inkább megőrlök egy nagyobb mennyiséget több menetben, majd szitálom. A durvább frakciót ismét őrlöm (mint a kávédarálónál). Így sokkal termelékenyebb és biztonságosabb, mintha addig „gyötörném” amíg lisztszerű anyaggá válik. Egyébként könnyen megőrölhető, főleg a már szénporral adalékolt, hiszen egy laza állagú, erősen porózus halmazról van szó. A darálót nem zárom le, mert így biztonságosabb, mégiscsak éghető anyagról van szó, csak egy műanyag lapot szorítok a „szájára”, hogy ne szóródjon ki az anyag őrlés közben. Egy esetleg belekerült fémforgács stb. szikrát adhat a késeken. Ez esetleg okozhatna gondot, de egyrészt ügyelek a tisztaságra, másrészt még egy szilánk által keltett szikra is nulla hatású. Ha valakit ez nem győzne meg, akkor kíséreljen meg meggyújtani egy kis mennyiségű CP alapanyagot anyagot pl. egy vaslapon. Nem fog sikerülni semmi módon. Erős láng hatására megolvad, buborékol, sistereg, de más nem történik és a láng eltávolítása után ez is megszűnik. Az AN alapú CP-k sokat említett sajátossága, hogy a gyújtásuk nem egyszerű feladat. Ez a gyártás során előny, mert nem kell tűzveszélytől vagy robbanástól tartani. Feltéve ha betartjuk a munkavédelmi szabályokat amelyekre már többször felhívtam a figyelmet. Mindaddig, amíg nincs belekeverve az MDI, amely a gyártás utolsó fázisa, gyakorlatilag éghetetlen ha a széntartalma nem haladja meg a 10 %-ot. Legalábbis ilyen módon nem gyújtható meg. A 15 % szenet tartalmazó anyag már esetleg meggyújtható (erős lánggal), azonban az őrlése még mindig problémamentes. Legfeljebb a daráló fordulatszámát csökkentettem. Ennyi.
A faszenet is ebben porítom. Az áruházi zsákos anyagot előbb kalapáccsal 1-2 cm-es darabokra ütöm szét, mert így lassabban amortizálódnak a kések. A faszén őrlésekor légmentesen lezárom a darálót, különben a szénpor mind elszállna. Mindig maradnak darabkák az őrleményben. Ezért átszitálom, hogy 1 mm-nél nagyobb darabok ne forduljanak elő. Valójában nagyrészt púderszerűen finom por kerül ki a darálóból, csak kevés durvább szemcse marad egészben. Mivel szemem-szám telemenne, ezért porálarcban és arcvédőben dolgozok. Egy elképesztően koszos munkáról van szó, amelyet kizárólag a szabadban végzek. Még arra is ügyelek, hogy a szél ne a ház felé vigye a szálló port, mert mindent összekoszolna. Egyszerre nagyobb mennyiséget veszek kezelésbe, hogy egyszer legyek full retkes, ne minden alkalommal. A teljes 5 kg-os zsákot leaprítom, majd a szénport légmentesen lezárva elteszem a felhasználásig. Erre a célra a legjobb a kiürült, tisztára mosott falfestékes bödön. Azt a megoldást is alkalmaztam, hogy a szénport a darálás befejezése után mindjárt felhasználom. Említettem korábban, hogy jobban kezelhető, ha NAN oldatot itatok, majd megszárítom az ismertetett módon. Természetesen nem találomra készített oldatról van szó, hanem olyanról, amely a szén-NAN arányt mindjárt be is állítom. Ha már eldőlt, hogy mennyi NAN kell a végleges CP-ben akkor a teljes szén mennyiség bekeverhető és a száradás után közvetlenül felhasználható. Ha nagyobb mennyiségű anyag készül, akkor azokat már minden esetben az említett „vödrökben” tárolom. A szárító ládákban csak átmenetileg tartom, értelemszerűen a száradás befejeződéséig, illetve a kisebb mennyiségben készült anyagokat, sajtolt blokkokat, kísérleti gyártmányokat. A tisztított AN-ből jellemzően több kiló készül, ezt már átrámolom az említett vödrökbe. A rend kedvéért egy műanyag edénybe, a szárításra használt kalcium-kloridból is teszek valamennyit az ömlesztett anyag tetejére. Így biztosítható a megfelelő tárolási körülmény. Kis mennyiségű színezéket is keverek pl. az AN-be, mert így egyértelműen megkülönböztethető a többitől. Bár a vödröket feliratozom, de így még megbízhatóbb a felhasználása. Példának okáért az AN-t kb. 0,001 % vas-oxiddal színezem egészen világos, épphogy barnás-vörösre.
A cukros anyagokat illetően a javaslatom a következőt: fölösleges a drágább, de könnyebben olvadó monoszacharidokat használni (glükóz, fruktóz, xilit, szorbit). Teljesen megfelel a répacukor (szacharóz), hiszen amúgy sem kell olvasztani. Vagy mechanikus keverék formájában kerül felhasználásra, vagy ami még jobb: együtt kristályosítás (majd szárítás és őrlés), hasonlóan az AN-os CP-knél ismertetettek szerint. Bármelyik út is legyen járva, az MDI mindegyik esetben használható kötőanyag. Megjegyzem, hogy a sokat emlegetett nátrium-nitrát alkalmasabb a cukros anyagokhoz a népszerű kálium-nitrát helyett, hiszen nagyobb az oxigén tartalma, valamint kisebb átlagos molekulatömegű égésterméket eredményez. A NAN gyártását már ismertettem korábban. Nem túl izgalmas elfoglaltság, de egyáltalán nem bonyolult. Az MDI mennyisége a keverék teljes tömegére vonatkoztatva 5-10 % közötti. Ahogy már említettem acetonnal kell hígítani a keverék összeállítása folyamán, mivel igen viszkózus anyagról van szó. Az MDI alkalmazása nem annyira az energia tartalmát növelik a CP-nek (valamennyire azt is), hanem a biztonságos és egyszerűbb gyártást segítik elő. El lehet dönteni, hogy melyik az előnyösebb: az olvasztott cukros kulimásszal maszatolni, vagy a sokkal higiénikusabb MDI-vel adalékolt masszát feldolgozni.
Ha már NAN-t használunk, akkor növekszik a mozgásterünk. A 8 % oxigéntartalom növekedés (és a molekulasúly csökkenés) lehetővé teszi, hogy 6-8 % vörös-vasoxidot adalékoljunk az anyaghoz. Ez közismert katalizátor, amely növeli az égési sebességet, azonban az említett mennyiségben már csökkenti a nyomástényezőt. Tehát 2in1 anyag. A start-segéd hajtóanyagom is NAN alapanyagra épül vasoxiddal kiegészítve, de a tüzelőanyag nálam nem cukor, hanem szén, poliuretán és CMC, amelyet az előző pamfletemben említettem. A CMC, mint kötő és tüzelőanyag egyre inkább előtérbe kerül. Bár az égéshője nem túl nagy, de a mennyisége sem. Kb. 5 % szükséges és az MDI-vel reagálva nagy szilárdságú anyag jön létre. Azonban vannak olyan tulajdonságai, amelyek nagy mértékben segítik a gyártást is. A CMC oldatot nem lehet akármilyen kevés vízben létrehozni, mert oldódása során sűrű géles anyag képződik (tapétaragasztó). Viszonylag sok vízre van szükség. Ebből máris következik, hogy lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten lesz telített az oldat az AN és a NAN által. Ez fokozza a biztonságot, amint már említettem. Ugyanakkor a sűrű gélben nem ülepednek a szilárd részek, pl.: a hűlő oldatból kiváló kristályok, szénpor. Tehát szükség képen homogén marad a zagy, nem kell a fajsúly szerinti szétválástól tartani. Ettől függetlenül szükséges a hűlő oldat időnkénti kevergetése. Említettem, hogy ez a CMC-vel segített gyártás a legújabb fejlesztésem. Leginkább azért, mert az MDI-nek kerestem megfelelő reakciópartnert.
Van még egy olyan részlet a CMC tartalmú anyagoknál, amit érdemes figyelembe venni. A száradó anyag nagyobb rögök formáját veszi fel. A méretük attól függ, hogy mekkora részletekben szedtük ki a masszát a tálcára, illetve ahogy szárad kézzel is lehet aprítani, amíg kb. földnedve. Száradás során egy külső, keményebb kéreg alakul ki a „rögökön”, de a belsejük esetleg még érezhetően és láthatóan nedves. A kemény külső kéreg miatt lassul a száradás, ugyanakkor a nedves, tapadós belseje miatt még nem lehet diódarálóval aprítani, mert csak maszatolná. Tehát a száradásnak ebben a szakaszában a teljes mennyiséget bele kell rámolni egy légmentesen lezárható vödörbe (pl. az említett falfestékes vödrök) néhány napra, hogy a nedvességtartalom kiegyenlítődjön a massza teljes térfogatában. Pár nap múlva egy-egy ilyen „rögöt” kettétörve már nem tapasztalunk különbséget a belseje és a „kérge” között. A nedvesség egyenletesen oszlik el. Ekkor könnyen ledarálható diódarálón (a múltkori képek egyike). A morzsalékos anyag még kissé tapadós, ezért visszarakom a bemutatott ventilátoros szárítómba amíg tapintásra is száraznak tűnik. Ez eltart még 2-3 napig. Utána mehet a szárító dobozokba. Amint olvasható van feladat ezzel is. A következő napokban néhány kísérletet hajtok végre. Az eredményeket hamarosan ismertetem.
A centrifugálásról. Erre már én is gondoltam, de csak az AN tisztítása során lenne jelentősége. A CP gyártása mindig oldatból történik és akkor már nem kell és nem is szabad szeparálni semmi módon. Az AN tisztításánál kényelmes megoldás lehetne, de csak akkor lenne jelentősége, ha egyszerre több 10 kg-os mennyiségeket kellene kezelni. A centrifugált, kristályos tömeg csaknem vízmentes, de azért így is ráférne a szárítás. A javaslat jó, csak ekkora mennyiségeknél nem indokolt. Azért megjegyzem, hogy az AN agresszív anyag. Már kis mennyiségben is emberes korróziót képes okozni. Másrészt a vizes oldata nagyon jól vezeti az elektromos áramot, tehát fokozódik az áramütés veszélye is ha belekerül a centrifugába.
Kísérlet
Korábban ismertettem, hogy szükség van egy startsegéd hajtóanyagra a rakétában, amely az üzeminél jóval nagyobb tolóerőt hoz létre, hogy már az indítósínen elérje a kb. 30 m/s sebességet. Ez már elegendő a vezérsíkok normális működéséhez, viszont a továbbiakban a kisebb égési sebességű (és kisebb tolóerejű) menethajtóanyag hozza létre a tolóerőt. A startsegéd hajtóanyag égési ideje kb. 2 másodperc kell, hogy legyen. Az intenzív láng, amelyet létrehoz egyben gyújtja a menethajtóanyagot. A gyújtási lánc első tagja egy elektromos működtetésű pirogén gyújtó (a Youtube-os prezimben erről részletesen írtam). Ezt a „láncot” a gyakorlatban is ki kellett próbálni. Külön-külön mindegyikkel végeztem eredményes kísérleteket, de összeépítve is működnie kell a gyakorlatban. Tehát összeállítottam a kísérletet. A konstrukció mechanikai szempontból nagyon egyszerű, a klasszikus papír testbe építettem, mert így biztonságosabb. Csak a részletek megnyugtató tisztázása után végzek nagyobb szilárdságú anyagból készült példányokon teszteket. Tisztában voltam azzal, hogy ez a kísérlet még rengeteg hiányosságot tár fel és igazam lett. Az AN bázisú menethajtóanyag jónak látszik, habár még sokféle összetételt megvizsgálok. Ezek között a különbség nem nagy, de nagyon nem mindegy, hogy pl. 5 v. 10 % PU tartalmúak stb. Már 1-2 % eltérés az összetevőkben is jelentős befolyással van az összes tulajdonságára. De ezért vannak a kísérleti mérések, hogy ezeket tisztázzam. A startsegéd hajtóanyag még távol áll a megfelelőtől. A kísérlet során kb. 0,2 másodperc égési időt produkált a kb. 150 g anyag. Emlékezetnék mindenkit, hogy ez NAN-PU kombináció. Az alkáli-nitrátok jellemzően nagy égési sebességet hoznak létre, de ez már túlzás. A nagy égési sebesség a jelentős nyomástényező miatt jött létre. Ezt csökkentenem kell. Már megvan a tervem erre, be fogok számolni az eredményekről. Szóval a túl nagy nyomás megrepesztette a burkolatot és az itt kiáramló gázok kicsit megdöntötték a komplexumot, amely döngölt homokba volt ágyazva. A menethajtóanyag égéstermékeinek fele is ezen áramlott ki. A kísérletről videó felvételt készítettem (mint többnyire), ebből néhány képkockát kiragadva ismertetem a folyamatot.
Még egy fontos részletről is bebizonyosodott, hogy az alapelképzelés jó volt. A kísérletben részt vett AN bázisú hajtóanyag (legvastagabb henger) 1 évvel ezelőtt készült. Számos hőtechnikai tesztelést hajtottam végre azon. Az AN bázisú anyag hőmérséklet szerinti fázisátalakulása nem történt meg a 15 % NAN jelenléte miatt. Még csak meg sem repedt a több alkalommal végrehajtott +40 és -30 C közötti fárasztás során. Az 1 éves tárolás során semmit sem romlott a minősége egyéb szempontból sem. Nem változott a gyújthatóság, égési idő és annak jellege sem.
Képek
1. Kép: A kísérleti komplexum még „csupaszon”, a borítás nélkül. Világosan megkülönböztethetők az egyes szekciók. A startsegéd töltet egy hengeres blokk, hasonló az üzemi hajtóanyag blokkhoz, csak kisebb.
2. Kép: A tényleges komplexum. Jól látható a papír test, amelynek a végén némi pur-hab kitüremkedett. Ezzel töltöttem fel az üregeket.
3. Kép: A gyújtás pillanata. A pirogén gyújtó gyakorlatilag pillanatszerű. A működési ideje kb. 0,01 másodperc. Ebben benne van a gyújtáskésési idő, amely a gyújtóáram megindulásától eltelik. A gyújtó működése nem különösebben látványos. Olvadt, nagy gyújtóhatású vasoxiddal teríti be a hajtóanyagot.
4. Kép: A gyújtás után 0,03 másodperccel később a startsegéd töltet már működésbe lép.
5. Kép: 0,05 másodperccel később teljesen kifejlődik az égés.
6. Kép: A startsegéd töltet a kiégés előtti pillanatban, amikor az üzemi nyomás a legnagyobb.
7. Kép: A túl nagy nyomás kirepesztette a cső falát és kissé megdőlt. Ettől függetlenül a fő hajtóanyag égése rendben végbement a szokásos 40 másodperces égési idővel, de mivel mindkét irányban történt kiáramlás (repedés), ezért a láng kisebb mint a korábbi videóimon.
8. Kép: természetesen nem papírcsöves kísérletek a távlati céljaim, de akármekkora is egy út, egy lépéssel kezdődik. Már készül a sokkal profibb, többcélú kísérleti állványom, amelyen majd az összes paramétert meg tudom mérni és a gyártásban is segít, mivel a szükségletnek megfelelően alakítható.
9. Kép: Az őrlőm belseje. Egy átalakított fűrészlap a „kés”, amely megbízható és olcsó megoldás. Amikor az edzett fogak már megkopnak, kicserélem. Némi rozsda megfigyelhető a fűrészlapon, mivel már volt használva és az AN erősen korrozív anyag.
10. Kép: A nagyobb mennyiségben elkészült alapanyagok tárolása festékes vödörben. Ez légmentesen lezárható és olcsó megoldás. Üresen, új állapotban is kaphatók a 100 Ft.-os boltok legtöbbjében, de ringy-rongy áron bármelyik áruházban kapható zárható kivitelben valamilyen vödör. A hangsúly a „jól zárható” fedélen van, különben az anyag idővel nedvességet vesz fel a levegőből. A megbízhatóbb tárolási feltételek céljából egy kisebb műanyag edényben kalcium-klorid szárító is van az ömlesztett anyag tetejére téve. Ez egyrészt leköti az esetlegesen maradt nedvességet, másrészt a vödör nyitogatásakor is kerül bele a levegőből.
Köszönjük az újabb részletes leírást! Az alábbi kérdéseim lennének ezzel kapcsolatban:
1: Szén+NAN bekeverés közben az oldat hőmérséklete nem mehet 130°C fölé, mert itt már öngyullad a keverék.
- ezek szerint a sok feloldott anyag eltolja a víz forráspontját felfelé, így kialakulhat 130°C feletti hőmérséklet is az oldatban?
- hogyan állapítod meg hogy mennyi az oldat hőmérséklete, méred keverés közben? Van ennek valami vizuális jele is (mint pl a cukros hajtóanyag esetében a karamellizálódás)?
2: A diódarálóval és kávédarálóval történő őrlés nekem eléggé veszélyesnek tűnik, itt ugyanis már van oxidáló anyag a keverékben (szén), ráadásul 10-15%-ban. Ha jól emlékszem az ANFO-ban kb 6% az olaj tartalom, tehát akkor ez is robbanóanyagnak minősül. Miért ne robbanna fel a daráló őrlés közben? Ezzel kapcsolatban nagyon érdekelne a véleményed.
- tudnál berakni képet a darálódról? Ezt használod a szénpor őrlésére is?
- golyósmalomban nem lenne biztonságosabb őrölni ezeket az anyagokat?
3: A cukros MDI addíció szerintem sokakat érdekelne, főleg ha a végeredmény egy erősebb hajtóanyag lesz.
Igen, tudom, hogy a NASA közzétesz ilyen alkalmazásokat, jellemzően amatőr célra. Azonban nálam ez nem erről szól, hogy valamilyen program kiszámolja helyettem az eredményt. Én igyekszek a matematikai, kémiai és fizikai készségemet szinten tartani. Túl sokszor láttam már a kollégáimat mindenféle progikra hagyatkozni, ahelyett, hogy használnák a józan eszüket. Papíron, ceruzával, és egy egyszerű számológép segítségével is lehet számításokat végezni. Igen, eltart egy ideig, de nem kell néhány iteráláshoz vagy differenciál számoláshoz mindjárt computerért kiáltani. Ily módon a tudás sokkal jobban megőrződik és fejlődik, valamint valódi áttekintésünk lesz a problémán. Ha már a NASA szóba került, felhívnám a figyelmet, hogy az Egyesült Államokban mennyire népszerű az amatőr rakétázás. Hazánkban a rövidlátó és szakmailag teljesen inkompetens, műszaki analfabéta, hatalmukat rettegve féltő politikusok olyan jogi környezetet hoztak létre, amely kriminalizálja azokat, akik ezzel a témával foglalkoznak. Általában jellemző, hogy amihez nem értenek azt tiltani próbálják, ahelyett, hogy megkísérelnék megérteni. Ehhez azonban agy is kellene, és ez az ami a politikusoknak és a „jogalkotóknak” nincs. Nem kell messzire menni, pl. Ausztriában is teljesen legálisan vásárolhatók hobbirakétákhoz hajtóműblokkok széles választékban. De nem csak erről van szó, hanem úgy általában tőlünk nyugatabbra minden logikusabban történik.
A szükséges NAN mennyiségéről már írtam. Min. 0,1 %, de legfeljebb 15 %. Eléggé széles tartomány. Az optimum meghatározása sok kísérletet igényel, de ezek a kísérletek mellőzhetők, ha némi engedményt teszünk és valamilyen köztes értéket választunk. Hibát nem követünk el, legfeljebb valamivel (néhány százalékkal) több v. kevesebb lesz az Isp. Ez pedig amatőr szinten megengedhető. Amint már többször említettem, a NAN legfontosabb feladata a fázisátalakulás megszüntetése, mert az a hajtóanyag blokkok széteséséhez vezet. Szintén írtam már: 0,1 % NAN 50 C körüli hőmérsékletre emeli a leginkább problémás kritikus hőmérsékletet. Ilyen hőmérséklet normál körülmények között Mo.-n soha nem fordul elő. Több NAN növeli az égési sebességet, de csökken az Isp. A 15 % felső érték eléggé „önkényes”, de én ezt választottam. Még egyszer hangsúlyozom: ez kompromisszumos érték. A 0,1 és 15 % között többféle összetételt is teszteltem. A youtube-os prezimben látható videóban az egyik blokk, amelynél azt írtam: az oxidáló csak AN. Ez egyrészt igaznak tekinthető, mert csak 0,1 % NAN-t tartalmaz. Az égési sebességre gyakorlatilag semmiféle hatást sem gyakorol, de jól fázisstabilizál. A másik égéstesztnél már 15 % NAN is jelen van az anyagban és látható, sőt hallható a videón, hogy az égés sokkal hevesebb. A tényleges hajtóműtesztnél majd bebizonyosodik, hogy melyik az előnyösebb. Eddig ugyanis „szabadon égő” blokkokkal kísérleteztem. Nem alakult ki számottevő túlnyomás a légkörihez viszonyítva. Nagyobb nyomáson az égés jellege, sebessége megváltozik. Ennek vizsgálata még hátravan.
Most térjünk vissza a CP gyártásához
A tényleges CP gyártásának alapfeltétele a következő anyagok megléte:
-teljesen száraz AN
-teljesen száraz szén+NAN
Tételezzük fel, hogy ezek már készen állnak a felhasználásra. Lemérem a szükséges mennyiségeket egy gyártáshoz. Ismét célszerű nagyobb mennyiséget gyártani egyszerre. Ez kb. 1 kg-ot jelent. A gyártás folyamatossá tehető, egymás után több anyagmennyiség is legyártható, de ez még jól kezelhető mennyiség. Kevesebbet sem érdemes, mert hamar felhasználódik a kísérletek során és ennek is sokáig száradnia kell majd. Mivel az AN a fő tömege a CP-nek, ezért ebből 0,75 kg-ot lemérek. A szén+NAN keverékből 0,25 kg-ot. Esetemben olyat gyártottam, amely már eleve a megfelelő arányban tartalmazza ezt a két anyagot, így a végeredmény: 75 % AN, 15 % NAN és 10 % C. Annyi vizet teszek az edénybe, hogy az AN-el 100 °C-on telített oldatot képezzen. Amikor teljesen feloldódott az AN, akkor úgy állítom be a rezsón a fűtést, hogy a hőmérsékletet tartsa (letekerem a szabályozót a szükséges mértékben). Némi gyakorlattal ez már könnyen megy. Majd az oldatba folyamatos (de nem kapkodó) keverés mellett megkezdem a szén+NAN adagolását. Legjobb, ha egyszerre egy evőkanálnyit teszünk az oldathoz. Némi szénpor esetleg felszabadul, de nem érdekes. Ezt a folyamatot is szerencsésebb a szabadban végezni, mert sok kicsi sokra megy és végül minden szénporos lesz. Nagyjából 2 perc alatt belekeverhető a teljes szenes anyag. A hőmérsékletet időnként ellenőrizni kell. Ne hagyjuk 100 °C alá csökkenni, de 110 °C fölé se emelkedjen. Nagyon nagy figyelmetlenség kell ahhoz a szélsőséges esethez, hogy a keverék öngyulladást produkáljon. Ilyen jelenség 130 °C felett már bekövetkezhet. Legjobb a rezsót kikapcsolni, amikor már a teljes szenes anyag bele lett keverve. Amúgy is lassan hűlik le. Ha mégis megszaladna a hőmérséklet, arra az esetre oda kell készíteni egy liter vizet, és beleönteni a lábasba. Azonnal lehűti, így megelőzhető a baleset. Habár a keverék így használhatatlanná válik, de inkább az, mint az arcunk. Ilyen esetben az anyagot öntsük ki és kezdjük elölről.
Ha minden rendben ment, akkor a lábast a rezsóról levéve hagyjuk kihűlni, de úgy, hogy néhány percenként alaposan megkeverjük. Mindenképpen alaposan el kell keverni, főleg amikor megindul a kristályok kiválása. Amikor már szoba-hőmérsékletűre hűlt le, akkor kanállal a műanyag tálcákra kell szedni. Ez az a pont, ahol a gyakorlottabb amatőr egy kicsit „bátrabb” lehet. Ha olyan oldatot készítünk az elején, hogy az 120 °C-on legyen telített, akkor kihűlés után már szinte kemény anyagot kapunk, amelyet diódarálóval nagyon könnyen lehet „granulálni”. Lásd a mellékelt képet. Ez a tálcákon szétterítve sokkal gyorsabban és alaposabban szárad. Ha valaki inkább a biztonságra megy, úgy a nedvesebb anyagot rákanalazva a tálcákra így is száríthatja. Majd amikor már eléggé megszáradt, kézzel szétmorzsolhatja, úgy, ahogy azt már korábban a szén+NAN gyártásával összefüggésben ismertettem. Az anyag száradása ebben az esetben is hetekig tart, majd mehet a kamrákba. Ez nem gyors folyamat.
A nátrium-nitrát, amely a fázisstabilizálást látja el, az oldatkészítés során kerül bele, amint az gondolom nyilvánvaló volt. A teljesen kiszáradt anyagot (hetek múlva) meg kell őrölni. Erre a célra szerkesztettem egy megfelelő őrlőt. Kezdőknek a kávédaráló is megteszi. Egy anyagrészletet kb. 30 másodpercig kell majd darálni. Nem szabad sokat tenni a darálóba, legfeljebb 2 evőkanálnyit, különben rosszul darál. A gépnek szüksége van hűlési időkre is, ne ismételjük túl gyakran. Egy-egy őrlés között tartsunk 5 perc szünetet. Amint ezt sokszor hangsúlyoztam, a gyártás mindegyik szakasza sokáig tart. A megdarált anyagot tegyük vissza a szárító dobozokba és ott tároljuk. Már nem szükséges a tálcán szétterítve, de így kell tárolni, már csak azért is, mert még biztosan van valamennyi nedvesség tartalma, amelyet majd lead.
Legújabb eredmények
Vannak teljesen új fejlesztéseim is a gyártáson. Annyira friss, hogy a segédeszközök festése is most van folyamatban. Ezeket most ismertetem. Amennyiben megmaradunk a PU-nál, mint fő tüzelőanyag, akkor a megszilárdulásáról is gondoskodni kell. A lehetséges poliaddíciókról már írtam (maradék nedvesség, etilén-glikol), azonban van egy tejesen új technológiám erre. Engem is zavart a rendkívül hosszú gyártási idők, mert az anyag lassan száradt. Erre is megoldást találtam, amelyet majd ismertetek, de előbb a PU-addíció. A PU alapanyagának az MDI-nek a szilárdulásához szükség van szabad hidroxil csoportokra. Ennek lehet forrása a víz, amely a hétköznapokban használt PU hab esetében is megfigyelhető, de a kétértékű alkoholokon túl (glikolok) lehetséges egyéb poliolok használata is. Lényegében bármelyik anyag alkalmas, amelyik tartalmaz szabad szabad hidroxil csoportot. Ilyenek pl. a poliszacharidok: cellulóz, keményítő, szacharóz (répacukor), de a monoszacharidok is: egyszerű cukrok. A számomra legérdekesebb lehetőséget a cellulóz, pontosabban annak egy származéka a CMC-Na (nátrium-karboximetil-cellulóz). Ez a közismert tapétaragasztó. Az amatőr rakétatechnikában eddig sem teljesen ismeretlen anyag, amelyet kötőanyagként használnak az AN alapú hajtóanyagnál szintén használható. Alkalmas reakció partnernek az MDI kötéséhez. A CMC molekulalánc lényegében egy a cellulóz módosított vegyülete azért, hogy vízben is oldódjon. Az iparban számos célra használják, nem kizárólagosan mint ragasztót. Lényegében egy olyan láncmolekula, amelybe beépítenek hidrofil tulajdonságú karboxil funkciós csoportokat. Ezt a cellulóz molekula szabad alkoholos hidroxil csoportjainak „lecserélésével” érik el. De nem minden hidroxil csoport lesz felhasználva. Minden 10-ből átlag 2, tehát bőven marad szabad -OH (hidroxil) csoport. Ezek az MDI-vel addíciós reakcióra képesek és a szilárd polimert hoznak létre, melléktermék kiválása nélkül. Gyártástechnikai szempontból az előnye a CMC-nek, az, hogy nem kell más addíciós vegyület pl.: etilén-glikol és nem szükséges maradék nedvesség sem a PU szilárdulásához. A maradék nedvesség amúgy is eléggé bizonytalan fogalom. Mellesleg a CMC-ből nem kell túl sok. A CP alapanyag teljes tömegéhez viszonyítva 3-5 %. Ennyi bőven elég még 15 %-nyi MDI addíciójához is. Valójában még sok is, de mivel ez az addíció szilárd (CMC) és folyadék (MDI) fázisok között megy végbe, ezért nem lehet sztöchiometrikus a keverék. A szabad hidroxil csoportok fölöslegével biztosítom, hogy a reakció az anyag tejes tömegében biztosan végbemenjen. A CMC-nek ezen kívül van még néhány előnyös tulajdonsága amelyek megkönnyítik a CP gyártását. Mindenképpen előny még, hogy megszünteti az anyag porlódását a felhasználás során. Némileg hátrány a CMC-nek, hogy betonkemény a végeredmény. Ez azért van, mert a CMC-lánc sok hidroxil csoportot tartalmaz. A láncokat az MDI köti össze, és a létrejövő anyag térhálós szerkezetű. Ezért nem rugalmas, szemben az etilén-glikolos addícióval, amelynek a terméke némiképpen plasztikussá teszi a CP-t. Az, hogy melyik az előnyösebb nézőpont kérdése. Most térjünk vissza a CMC használatára.
Biztos mindenki látott már tapétaragasztót. Viszkózus oldat, amely leginkább folyós zselére emlékeztet, de akár a takonyra is lehet asszociálni. Ebben a sűrű masszában a belekevert szemcsés állagú anyagok egyáltalán nem, v. alig ülepednek. Most térjünk vissza a CP gyártásához, ahol a mai fejezetemet elkezdtem. Ismét feltételezem, hogy minden alapanyag már kéznél van. Először is a CMC-ből kell oldatot készíteni. Az olcsó, zacskós kiszerelésű anyag tökéletesen megfelel, amelyet minden festékboltban v. barkácsáruházban is lehet kapni. Ez tapintásra hasonlít a a zacskós tehéntúróhoz. Az anyag kissé nedves, ezért meg kell szárítani, hogy pontos mérést lehessen készíteni. A szárítás céljából tálcán szét kell teríteni és hagyni megszáradni. Ez kb. 2 hét, mert az anyag kissé nedvszívó. Tehát ha megvan a száraz anyag, akkor abból oldatot kell készíteni. A pontos mennyiségeket később ismertetem, de annyit máris, hogy lényegesen több vizet igényel így a gyártás, mint az AN feloldásához szükséges lenne. Ez ugyan elnyújtja a gyártást, mert az anyag igen sokáig száradna levegőn, de erre is találtam megoldást. Erre is visszatérek. Tehát az elkészült CMC oldatot kezdődő forrásig melegítjük, majd belekeverjük az AN-t, majd a szénporos NAN-t a fentebb leírtak szerint. Az AN oldódása erősen endoterm, tehát arra ügyelni kell, hogy eléggé meleg maradjon az oldat, hogy biztosan feloldódjon. Nem kell 100 °C-nál jobban felmelegíteni, mert ennyi víz bőven sok. Nem mellesleg a jelentős vízmennyiség még biztonságosabbá teszi a gyártást. Ez így nem volt cél (mert eddig is biztonságos volt), de szükségképpen következik a több víz miatt. Majd az oldatot, amely leginkább nyálkás, fekete zagyra emlékeztet, félretesszük és hagyjuk kihűlni. Időnként meg lehet keverni, de a kiváló kristályok nem fognak leülepedni a sűrű anyagban. Ez igen nagy előny, mert így minden erőfeszítés nélkül homogén alapanyagot kapunk. A lehűlt, besűrűsödött zagyot kanállal tálcára szedjük, úgy ahogy arról korábban már írtam. Mivel ez számottevő mennyiségű vizet tartalmaz, ezért a száradása is időigényesebb. Nem mintha eddig nagyon pörgős lett volna agyártás, de segítettem ezen. Éppen a napokban gyártottam egy ventilátoros szárítót, amelyről képet is közzé teszek. E kis teljesítményű, 12 V-os ventilátor fújja a levegőt a dobozba, amelyben 2 tálcányi anyag szárítható egyidejűleg. A dobozt extrudált polisztirol habból készítettem. Hasonlít a nikecellhez, de annál szilárdabb. Ezt épületlábazatok hőszigetelésénél használják. Különféle színben kaphatók. Én a Praktikerben vettem, világoskék színben 3 cm-es vastagságban. Frissen behelyezett tapétavágó késsel könnyen darabolható. Szilikonnal jól ragasztó, de jobb a Bison Poly Max átlátszó v. fehér ragasztó. Ezzel lényegében minden nagyobb felületen végzett ragasztás elvégezhető, nem csak ennél az anyagnál. A kis teljesítményű ventilátor (számítógép venti) lehetővé teszi, hogy éjjel-nappal üzemeljen. Teljesen zajtalan. Nem kizárólag a CMC-s anyaghoz alkalmas, hanem valamennyi, eddig ismertetett alapanyag levegőn történő szárításához. Ez természetesen nem váltja ki a további kalcium-kloridos szárítódobozos szárítást, de az előzetesen levegőn végzettet nagy mértékben felgyorsítja. Korábban 1 hónapig is (néha tovább) eltartott a természetes úton végzett (szekrény teteje), most kb. 3 nap. De ez erősen függ a levegő nedvességtartalmától is. Ettől függetlenül a szárítás „sebessége” mintegy 10-szeresére gyorsul. Nem mintha tonnaszám akarnám gyártani az anyagot, de a lendületből és a lelkesedésből is sokat elvesz, ha ennyit kell várni a következő kísérleti anyagra. Ennek a ventis szárítónak a hatékonyságát pont azon a CMC-s anyaggal tapasztaltam, amelynek egyébként is nagyobb a víztartalma. Azért tudni kell, hogy a CMC-s anyag amikor teljesen megszárad, akkor kemény, kőszerű anyaggá szilárdul. Tehát időnként ellenőrizni kell a szárdás folyamatát. És amikor még kézzel könnyen elmorzsolható az anyag (de már nem ragad), akkor le kell darálni diódarálóval. Így jártam el minden alapanyagnál, amelyik vizesen készült, mert a darálóval „granulált” anyag jól kezelhető, laza anyag. Az így előkészített szemcsés anyaghalmazt még 2-3 napig célszerű a ventilátoros szárítóba visszarakni, mielőtt a szárító dobozokba helyeznénk. Mindig felhívom a figyelmet arra, hogy ezek a leírások csak irányadónak tekinthetők. A gyakorlatot mindenki saját magának alakítja ki. Nyilván lesznek csalódások, kudarcélmények. Megemlítem még a CMC-vel kapcsolatban, hogy az anyag tüzelőanyagnak is tekintendő, mivel éghető. Az égéshője kb. annyi mint a cukroknak általában, tehát kb. 17 MJ/kg. Ha már a cukroknál tartunk: az amatőrök között népszerű cukros rakéták gyártását nagymértékben megkönnyítheti az MDI addíció. Erre bármelyik cukor képes. Már vázolom a gyártástechnológiát, amelyik ilyen „cukros” hajtóanyagra épül. Valójában én nem kívánok ilyesmikkel üzemszerűen foglalkozni, de adhatok némi segítséget, hogy a veszélyes olvasztásos eljárást, amelynél általában kálium-nitrátot kevernek olvadó cukorhoz kiváltsák, veszélytelen technológiára.
Képek
1. Kép. A ventilátoros szárító, a tálcákra helyezett anyaggal együtt. A dobozt ideiglenesen a kép kedvéért alátámasztottam, így látható a száradó massza a tálcákon. A doboz egyik végén van a venti. A levegő végighalad a szárításra betett anyag felett, majd a másik végén távozik. Felfelé van a kifújó nyílás és van néhány áramlásrontó is a doboz belsejében, hogy az áramlás ne legyen nagyon lamináris, mert akkor kevésbé hatásos a szárítás.
2. Kép. A doboz kívülről. A szekrény tetején van elhelyezve az egység és a fal színével közel azonosra festettem. Maga a doboz csak 10 cm magas, nem feltűnő. Így lefestve még kevésbé. Gyakorlatilag egyáltalán nem lehet látni. Még én is elsiklanék felette, ha nem tudnám, hogy „van ott valami”. Ezekre a részletekre különösen ügyelek, mert minden módon kerülöm a feltűnést. Ahogy szokás mondani: bármeddig el lehet titkolni bármit, de lebukni csak egyszer!
3. Kép. Az alapanyagok darálása. Egy olcsó diódarálóval „granulálom” a majdnem megszáradt anyagokat. Ennél nincs jobb módszer. Olcsó, egyszerű, gyors és zajtalan. Negyedórás munkával kilónyi mennyiségeket lehet granulálni.
4. A PU és a CMC poliaddíciója, de kiegészítettem az etilén-glikol reakciójával is, mert azon keresztül szemléletesebb, mivel egyszerűbb a képlete. Mindazonáltal valamennyi szabad alkoholos hidroxil csoportot tartalmazó vegyülettel hasonló a reakció. Ezt csak a kémia iránt fogékonyak miatt teszem közzé, habár akit érdekel ettől függetlenül is bőven találhat erről anyagot a neten. Mindig hangsúlyozom, hogy ez az elfoglaltság a megfelelő tudományos ismeretek nélkül csak kínlódást és csalódást okoz. Rosszabb esetben csúnya baleset lehet a vége.
Most ennyi. Legközelebb már rátérek a számszerű összetételekre is. Ugyanakkor nem győzöm hangsúlyozni, hogy ez az egész még erősen kísérleti munka, amely még igen képlékeny, gyorsan változik, fejlődik. A CMC példája is mutatja, hogy szinte hetente bukkan fel számomra is új eredmény.
Létezik egy Propep nevű program, ami elvileg leszimulálja a különböző hajtóanyag keverékeket, kiszámolja az isp-t, stb. Nakka oldaláról le tudod tölteni.
Látom vannak új kérdések, és gondolom még lesznek is. Tehát a válaszok:
Isp 200. A fajlagos impulzust meg lehet határozni megfelelő számításokkal. Ehhez több dolgot is ismerni kell, de ezek mind tudhatók. Úm.: bomláshők, égéshők, átlagos molekulatömeg, égési hőmérséklet, tüzelőtér nyomás. Ezekből az adatokból levezethető termokémiai, áramlástani stb. egyenletekkel az elméletileg elérhető fajlagos impulzus. Minden összetételre más az értéke. Javaslom, hogy a könnyebben gyártható és gyújtható, némileg több szenet tartalmazó keverékkel kezdjed. A több szén alatt a 10-15 %-ot értem, 5-10 % PU-val kísérve. A többi az oxidáló. A nagyobb fajlagos impulzust adó, kevesebb szenet tartalmazó keverékek egyre keményebb gyújtást igényelnek.
A PU azért „meggyőzőbb”, mert több szempontból egyszerűbben gyártható, mint a lenolajos. És legfőképpen biztosan megszilárdul teljes keresztmetszetében. Mivel még csak érintettem a lenolajos témát, ezért nem tudok sok konkrétat közölni, de a gyártása nagyon elhúzódó. Nagyobb vastagságban esetleg több hónapra is szükség van a teljes megszilárduláshoz. Ennél többet még nem tudok ehhez hozzátenni. Kétségtelen tény, hogy nem tartalmaz mérgező anyagot és a gyártása sem igényel kapkodást és a termék sem kemény és rideg. Ugyanakkor még sok kísérletnek kell megtörténnie, hogy biztosat mondjak erről az anyagról, és már teljesen a PU irányában folyik a munka.
A PU-t többféle forrásból is be lehet szerezni, de a legegyszerűbb a BISON PU MAX terméket. Ez 100 % MDI (és homológjainak a keveréke). Nem a legolcsóbb anyag, de ez az elfoglaltság amúgy sem a filléres kategória. A legtöbb barkácsáruházban kapható. Az OBI-ban mindenképpen. 250 g-os kiszerelésben 2000 Ft. Ez sok kísérlethez elegendő.
A NaNO3 gyártása. Ismerem a vázolt KNO3 gyártást AN-ből kiindulva. Annál KCl-al végzett cserebomlást használják. Az oldat hűlése során a rosszabbul oldódó KNO3 válik ki először az oldatból, de ez nem egy borotvaéles határ. A KNO3 mindenképpen szennyezett lesz, azt többszöri átkristályosítással kell még kloridmentesre tisztítani. A helyzetet bonyolítja, hogy a KNO3 és az NH4Cl hőmérséklet szerinti oldódási görbéje metszi egymást, tehát nagyon pontosan kell a körülményeket tartani, különben a két anyag keveréke egyszerre fog kiválni a hűlő oldatból. Az általam javasolt gyártásnál a cserebomlásnál képződő ammónium-karbonát bomlástermékei gázok, tehát a maradék lényegében tiszta NaNO3 oldat. Függetlenül attól, hogy a gyártás egy teljes napot igénybe vesz, én maradok ennél. Az általad javasolt megoldást már régen megkíséreltem, arra számítva, hogy az ammónia és a szén-dioxid lassan eltávozik. Ez részben így történt, de a nyitott kannában, egy teljes nyáron át tárolt oldat lényegében alig változott. Forralva dőlt az ammónia. Ennek az az oka, hogy a reakció egyensúlyi. Ezt eltolni a NaNO3 képződés irányába csak melegítéssel lehet. Alternatív megoldásként használható a KNO3, amely készen is kapható, mint műtrágya, de ekkor a fajlagos impulzus is csökken. Én inkább NaNO3-at használom továbbra is. Ennek több oka is van, pl.: az indító segédtöltet is erre épül PU-al kombinálva. Említettem, hogy olyan belső gyorsítófokozatra van szükség, amelyik már az indítósínen kellően felgyorsítja a rakétát. De erre elég összesen 2 másodperc. Utána az AN alapú hajtóanyag végzi a gyorsítást. A lényegesen kisebb fajlagos impulzusú, de igen gyors égésű NAN bázisú hajtóanyag különösen alkalmas indító hajtóanyagnak.
A jövő héten folytatom majd a gyártás leírását, de már itt a tavasz és folytatom a kísérleteket is. Hamarosan lesz videóval kiegészített „prezentáció”, amelyet a youtube-on közzéteszek. De erre még várni kell kb. egy hónapot. Addig is a gyártás további leírásárát ismertetem.
Még egy kérdés: Te milyen poliuretánt használsz konkrétan? Van több cég is akiknek többféle termékük van, az adatlapok viszont nem mindig egyértelműek nekem.
Utánanéztem a KNO3 szintézisnek AN-ból és ott is forralni kell az oldatot. Gondolkozom azon, hogy mi lenne, ha az AN-t, a szódát és a vizet összeöntenénk pl egy PET palackba és állni hagynánk pár hétig. Ha így is lezajlik a reakció, akkor utána fel lehet forralni a löttyöt és elbontani a képződött (NH4)2CO3-at viszonylag gyorsan, ill be lehetne párolni az oldatot is (szeretném elkerülni az 1 napon keresztüli folyamatos forralást). A PET palackba persze be lenne rakva egy kotyogó, hogy ha van gázképződés, akkor az el tudjon távozni. Mi a véleményed erről?
Szia Spike! A lenolajos hajtóanyag eléggé érdekelne, mert ha csak AN, NAN, lenolaj és faszénpor van benne (+ szárító), akkor ez tényleg a lehető legolcsóbb és mérgező anyagot nem tartalmazó keverék lenne.
"a PU számomra meggyőzőbb eredményt szolgáltatott" - ezt a teljesítményére vagy a gyárthatóságra értetted?
"Az általam fejlesztett anyag elméletileg eléri a 200-at." - ezt hogyan határoztad meg?
A gyártás alapja az 2NH4NO3 + Na2CO3 =2NaNO3 + (NH4)2CO3 cserebomlásos reakció.
A nátrium-karbonát (mosószóda) megvehető bármelyik háztartási boltban. Szerencsésebb, ha kalcinált (izzított, vízmentes) választunk, mert forgalomban van a dekahidrátja is, de ez sok kristályvizet tartalmaz. Bár adott esetben ez is használható, figyelembe véve a kristályvíz tartalmát. Sőt a szódabikarbóna (nátrium-hidrogénkarbonát) is alkalmas. Ez utóbbi lehet szükségmegoldás, bár kb. 5-ször drágábban jön ki a gyártás, mint mosószódából. Ha más forrás nem akad, akkor szódabikarbónát többnyire lehet kapni az Auchan áruházban, kilós kiszerelésben a mosó és tisztítószerek környékén.
A tisztított AN-t és a szódát hideg vízben feloldjuk egymás után, tetszőleges sorrendben. Bár célszerű először a szódát oldani, mert az oldódása kissé exoterm, ezért könnyen feloldódik. Az AN oldódása erősen endoterm, ezért az oldat lehűl valamennyire. A szódapor könnyen szálló anyag, ezért akit zavar az dolgozzon a bármelyik festékboltban kapható papír porvédő maszkban, mert esetleg irritálhatja a nyálkahártyáját. Aki nagyon komolyan veszi, az tehet fel védőszemüveget is, mert vannak akik kellemetlennek találhatják. Megjegyzem, a mosószóda (mint a neve is mutatja) kiválóan alkalmas konyhai mosogatásra mint segédanyag. Csak azok nyafognak az ilyen anyagoktól, akik inkább a mosogatástól, mint feladattól igyekeznek távol maradni. Én is használom mint áztatóport és biztosíthatok mindenkit, nincs szükség vegyvédelmi felszerelésre a használatához.
Természetesen előre ki kell számolni a mennyiségeket és a víz szükségletet. Egy lehetőség:
945 g tisztított, száraz AN
624 g vízmentes nátrium-karbonát
5 liter csapvíz
Alapanyagként a már tisztított AN-t használjuk, ne a zsákos nyersanyagot. Azért, mert így a végtermék is megfelelő lesz, azt már nem kell tisztítani semmi módon. A bolti mosószóda is minden további hercehurca nélkül közvetlenül használható. A végeredmény így kb. 1 kg fehér, kristályos anyag lesz. Ez sok kísérlethez elegendő.
A víz lényegesen több, mint amennyire a feloldáshoz feltétlenül szükséges (tehát elég nagy lábasra lesz szükség), azonban a reakció meglehetősen lassú. És mivel folyamatosan enyhe forrásban kell tartani, ezért párolog. Ha gyakran kellene pótolni az elpárolgó vizet, akkor az mindig visszahűtené az oldatot. Hasonlít a helyzet a marhapörkölt főzéséhez. Egy léből kell feltenni, mert az időnként hozzáöntött hideg víz miatt sokkal lassabban készül el. Természetesen ha nagyon elfogyna pótolni kell.
A folyamat kivitelezése a szabadban történik. Huzatos helyen, elektromos rezsón kis intenzitással forraljuk. Nem kell nagyon buborékolnia, mert a reakció amúgy sem pillanatszerű (eltart reggeltől estig), hanem egyensúlyi. Az egyensúlyt az a tény tolja el a NAN képződés irányában, hogy az ammónium-karbonát nem stabil vegyület és a bomlástermékei gáz halmazállapotúak, amelyek eltávoznak. Tehát a cserebomlás során képződő (NH4)2CO3 felbomlik ammóniára és szén-dioxidra. Az előbbi igen kellemetlen, állott vizelet szagú gáz, tehát mindenképpen szabad térben, mások idegesítése nélkül kell végezni a munkát. Úgy kell megválasztani a gyártás időpontját, hogy a szél ne mások irányába vigye a szagot. Ebből is kitűnik, hogy ez az elfoglaltság egy városi lakótelep paneltömbjének sokadik emeletén kivitelkezhetetlen. Aki megpróbálná, az percek alatt magára haragítaná a szomszédokat az átható ammóniaszag miatt. Az ilyesmit egy családi ház kertjében kell intézni, de mindenképpen a szabadban. Az edényre fedőt kell tenni, mert az csökkenti a veszteséget, ritkábban kell a vizet pótolni és nem pattog ki az oldat (ez lenne a veszteség), összeretkelve a környezetét. Valószínűleg így is lesz takarítani való. Arra azonban ügyelni kell, hogy az oldat ne fusson ki, ezért ha mégis erősen forrna, de nem lehet a fűtést már lejjebb venni, akkor kicsit húzzuk és billentsük el a fedőt, de úgy, hogy a kondenzálódó víz, visszacsepegjen az oldatba. Erre a célra a legjobb, egy másra már nem használt fakanál, amivel a fedőt stabilan meg lehet támasztani. Időnként ellenőrizni kell a folyamatot, de nem kell mellette vigyázzba állni. Ha beállt a csendes forrás, úgy elegendő időnként ránézni és ellenőrizni a folyamatot. Óvatosan, a gőzt kézzel magunk felé legyezgetve kell megállapítani, hogy ammóniaszagú e. Addig kell végezni a forralást, amíg gyakorlatilag szagtalan lesz. Ha nagyon elfogyna a víz, azt pótolni kell. Kis mennyiségű mintát kivéve ellenőrizhető a pH. Ha lúgos, akkor még szabad karbonát, esetleg ammónia van jelen. Ha savas, akkor még nem reagált el az összes AN. Hiába volt pontos az anyagok bemérése. Néhány százalék eltérés mindig lehet, mert ezek nem kémiailag tiszta anyagok. Pl. a víztartalmuk sem pontosan ismert, ez is okozhat eltérést. Pl. a kalcináltnak mondott szóda, mindig tartalmaz valamennyi kristályvizet és a szárított AN sem feltétlenül full vízmentes.
Mivel a nátrium-nitrát semleges kémhatású, akkor optimális a helyzet, ha a pH 7-8 között van. Ezt ritkán sikerül pontosan elérni elsőre. Nem követünk el hibát, ha a pH-t 6-7 között hagyjuk (enyhén savas). Ez néhány százalék szabad AN-t jelent. Inkább ebből maradjon, mint a nátrium-karbonátból.
Ha nincs pH mérőnk vagy lakmusz papírunk, akkor ne foglalkozzunk ezzel, de a kiindulási anyagok lemérését végezzük pontosan! Ha erre odafigyelünk, akkor nem követünk el nagy hibát, de az oldatnak mindenképpen ammóniamentesnek kell lennie a gyártás végére. Ha nagyon precízek akarunk lenni, akkor a nagyobb áruházakban kapható kerti medencéhez pH mérő cucc, amely pont a számunkra érdekes tartományban mér. Ha a közel semleges (más mérés híján ammónia mentes) állapotot sikerül elérni, akkor az oldatot lassú forralással bepárolhatjuk, egészen addig, amíg amíg már forrón is kristályok tömege válik ki. Ekkor hagyjuk kihűlni. Előfordulhat, hogy mire kihűl, az egész kristályos tömeggé dermed. Akkor mindenképpen álljunk le, amikor már sűrű, fehér zagyot kapunk. Ekkor kicsit hagyjuk hűlni és szedjük ki fémtepsibe kanállal. Kihűlés után műanyagtálcára morzsolva (lehet diódarálóval is ha nagyon megkeményedett és kézzel nem megy), mehet a szekrény tetejére vagy 3 hétre, majd a szárító kamrába. A nátrium-nitrát szintén nedvszívó, de nem annyira mint az AN. Aki ezt a gyártást körülményesnek tartja, készítse készen kapható kálium-nitráttal+AN-el az üzemanyagot, habár ebben az esetben kisebb lesz a fajlagos impulzusa és nem is fejt ki annyira hatásos fázisstabilizálást mint az NAN.
Én türelmes vagyok, tehát az ismertetett metodikát követem. Előfordulhat, hogy a kereskedelemben kapható nátrium-nitrát készen is, műtrágya céljára. Abban az esetben nem kell végig kínlódni a gyártását. Bár ez az eset ritkán fordul elő, mert Magyarországon a nátrium-nitrátot, mint műtrágyát csak elenyésző mennyiségben használják. E nélkül is eléggé szikesek a földek, nem kell ráhordani több nátriumsót, amelyből végül úgy is nátrium-karbonát (sziksó) lesz a természetben. A gyártás, amelyet közzétettem eléggé részletes, de mindenre nem áll módomban kitérni, mert a mások által kivitelezett gyártás körülményeit nem ismerhetem és a körülmények mindig hatással vannak a folyamatra. Foglalkozni kell ezzel és majd kialakul. De csak akkor szabad hozzákezdeni ha az illető érti a kémiáját és tisztában van a fogalmakkal és körültekintően biztosított minden feltételt. Azért már sejthető, hogy ez a türelmes emberek elfoglaltsága.
Látom vannak kérdések. Ezeket most sorban megválaszolom.
1. Az ásványolaj származék: nincsen jelentősége. Ez a vízben amúgy sem oldódik és a mennyisége is jelentéktelen. A dolomit liszt a nagy felülete miatt ezt „összeszedi” a többi feltapad az edény falára (kissé barnás lerakódás) vagy a lepedővászonra szűrés közben. A folyamat végén az üres edényt (és a vásznat is) bármilyen mosó v. mosogatószerrel tisztára lehet mosni. Pont úgy kell kezelni, mintha leves főtt volna benne és attól maszatos. A vásznat vagy el kell dobni v. egy öblítés után be kell rámolni a koszos zoknik és gatyák közé a mosógépbe. Ennyi.
2. A csapvíz is tökéletes. Gondold meg, mennyi retek ülepszik v. válik ki az AN oldatból a tisztítás folyamán! Akkor meg minek a desztillált v. ioncserélt víz? A csapvízben lévő oldott ásványi anyagok mennyisége elhanyagolhatóan kevés. Ebben a felhasználásban végkép semmi jelentősége.
3. Most nem tudok képet adni a csurgatóról, mert egyéb célra lett felhasználva. Ahogy már írtam, bármilyen szitaszerű anyag megfelel, lepedővászonnal kibélelve. Valójában azokat a nagyon sűrű műanyag szitákat (konyhai cucc) nem szükséges kibélelni. Az a minimális mennyiségű kristály, amely átjut rajta, később úgy is visszakerül a rendszerbe a következő anyagrészlet tisztításakor.
4. A NaNO3. Az „elkeverni” nem a legjobb szakkifejezés, hiszen a nátrium-nitrát vízbe kiválóan oldódik. Tehát a „feloldódik” a megfelelő fogalom erre. Nátrium-nitrátot nem veszek, hanem gyártok. Most mindjárt közzéteszem a technológiáját a következő topicomban. Ami a fém-oxid típusú stabilizáló anyagokat illeti, azokkal nem az a fő gond, hogy nem oldódnak vízben, hanem az adott oxid fizikai megjelenése és gyártásának körülményei kihatnak az eredményességükre. Gondolok itt pl. a szemcseméretre és annak eloszlására. Ezek az oxid-szemcsék mint kristálymagképzők vesznek részt a stabilizálásban, tehát ha oxid-típusú stabilizálót használnak a gyártási folyamat során, akkor gondoskodni kell az oldat folyamatos keveréséről a kristályok kiválása folyamán. És még egy sor probléma. Az ilyen gyártás eléggé ipari jellegű. Amatőr szinten túl nagy problémát okozna ez a technológia. Bár kétségtelen előnyük, hogy egyes oxidok igen kis mennyiségben is hatásos fázisstabilizálást fejtenek ki. Mindig a felhasználás célját és jellegét kell mérlegelni annak megítélésére, hogy melyik anyag a leginkább alkalmas. Tehát nem érdemes az oxid-típusú stabilizálókkal foglalkozni, csak kínlódás lenne. Teljen megfelel a nátrium-nitrát.
5. A CP szegmenseket nem áll módomban vákuumozni, mert ehhez nincsenek eszközeim, ugyanakkor nem is látom indokoltnak ennek szükségességét. Még nem került sor a tényleges szegmensek gyártásának ismertetése. Idővel erre is rátérek. Azonban annyit máris hangsúlyozok: a megfelelően szárított anyaggal 50 % relatív páratartalmat meg nem haladó körülmények között problémamentesen lehet dolgozni. Fölösleges lenne a körülményes vákuumtechnikával bonyolítani a folyamatot.
6. A lenolajos keveréket maga a megszilárduló lenolaj tartja össze. Kb. olyan szilárd lesz mint a valódi linóleum (nem a PVC alapú változat, amit „linóleumnak” neveznek, pedig nem az), amely lenolajból, pontosabban annak származékából: a linoxinból készül. Tapintásra is hasonló a lenolajos CP. Az alapanyagot, amelyet lenolajjal terveznénk gyártani, nem pedig PU-val, némileg másképpen kell kezelni. A lenolaj szilárdulása oxidatív száradás. Pont úgy, mint a legtöbb olaj v. olajzománc típusú festékek esetében is végbemegy. És ahhoz is hasonló, ahogy a linoxint gyártják. Tegyük fel megvan a CP alapanyaga. Ezt megfelelő mennyiségű lenolajjal össze kell keverni, majd az említett tálcákon szétterítve hagyni „száradni”(valójában a szilárdul a pontos megnevezés). Önmagában a lenolaj nagyon lassan szilárdul, ezért a felhasználásra szánt olajhoz néhány százalék „szikkoszol plusz” szárítót adalékolok. E nélkül egy hónapig is eltartana a folyamat. Ezt hozzáadva a száradás 3-5 nap a körülmények függvényében. Nem szerencsés szabad levegőn hagyni, hanem a már bemutatott kalcium-kloridos kamrákban kell a folyamatnak végbemennie. Naponta át kell forgatni és amikor már kezd összetapadni, sűrűbb állagú lenni, akkor már felhasználásra készen van. Az anyagnak jellegzetes „festék szaga” van, nem meglepő módon. Ekkor már felhasználásra kész, formába lehet sajtolni. A sajtolás megemlítésével most alaposan előre szaladtam időben, mert később fogom ismertetni a PU-tartalmú CP-vel kapcsolatban. Fontos részlet, hogy azt az anyagot nem lehet eltenni későbbre, mert az olaj végül teljesen megkeményedik és további felhasználásra alkalmatlan lesz. Tehát annyit érdemes ebből gyártani, amennyit kb. 1 nap alatt képesek vagyunk feldolgozni (lesajtolni) hajtóanyag blokknak. Azért ismerem a lenolajos gyártást már ennyire részletesen, mert csináltam. Igaz csak egy alkalommal, de jól átgondolva és előkészítve. Ugyanakkor a PU-al lényegesen egyszerűbb dolgozni. A lesajtolt lenolajos anyag még koránt sincs kész. Egy hónapig is eltart, mire teljesen megszilárdul. Lassabban ég, mint a PU tartalmú CP. Az égési sebesség növelhető ha nátrium-nitrátból százalékosan többet adunk a gyártás során. De mivel egy hónap a szilárdulás, ezért egyenlőre félretettem ezt a megközelítést, mivel így az optimalizálás nagyon időigényes. Inkább a PU-t használom, amelynek a gyártása lényegesen gyorsabb és egyszerűbb. Természetesen lehet párhuzamosan indítani a különféle összetételek kísérleti gyártását, azonban a PU számomra meggyőzőbb eredményt szolgáltatott. A lenolajnak is vannak előnyei: nagyobb az égéshője és teljesen ártalmatlan anyag és aceton sem szükséges a viszkozitásának csökkentésére. Az olaj költsége is jelentéktelen, ugyanakkor csak egy hosszú tervezet keretén belül lehet megoldani a megfelelő lenolajos CP fejlesztését.
7. Természetesen ismerem az ilyen keverékeket. Mármint, amelyek tartalmaznak alumínium v. magnézium port. Nem igazán költséghatékony. Bár az tény, hogy az ilyen fémporokat tartalmazó összetételek adják a legnagyobb Isp-t. Ugyanakkor kisrakéták esetében az a plusz néhányszor tíz secundum fajlagos impulzus növekedés nem éri meg a fáradozást. A nagy rakétagyártóknak természetesen az a céljuk, hogy a lehető legtöbbet kihozzák a lehetőségeikből. Egyáltalán nem mindegy, hogy a fajlagos impulzus mekkora, mert csekély emelése is jelentős a hasznos teher növelésének szempontjából. Itt vannak pl. a nyugdíjazott amerikai űrrepülőgép SRB-i. A hajtóanyag jelentős tömegét kitevő ammónium-perklorát oxidáló mellett az alumínium (por) a második legnagyobb mennyiségű anyag a CP keverékben. Lényegében ennek égése során szabadul fel a legtöbb energia a szóba jöhető tüzelőanyagok köréből. Csakhogy! Egy kisrakétásnak mások a szempontjai. Az SRB hajtóanyagának a fajlagos impulzusa tengerszinten 242 secundum. Nagyobb magasságban növekszik, a ritkább levegő (kisebb légnyomás) miatt. Az általam fejlesztett anyag elméletileg eléri a 200-at. Ha az AN-t fémporokkal társítjuk, akkor elérhető a 230. Megéri? Nem! Természetesen soha nem lenne versenyképes az SRB-ben használt v. más hasonló anyagokkal, de én nem akarok versenyezni. Nekem az a célom, hogy olcsó, biztonságos és relatíve egyszerűen gyártható, hosszú üzemidejű hajtóművet fejlesszek, kifejezetten amatőr célra. Megjegyzem, hogy az említett fémporok társítása az AN-al nem teljesen biztonságos. Könnyen öngyulladás lehet a vége, tehát erről mindenkit lebeszélnék! De ha a lebeszélő képességem nem lenne eléggé hatékony, majd a horrorisztikus költségek megteszik helyettem. A CP-k fejlesztése rengeteg kísérletet igényelnek. Én már vagy 100 kísérletet végrehajtottam különféle összetételű keverékekkel (amelyeket gondosan dokumentáltam). Eddig nem számított a költség, mivel a felhasznált anyagok és eszközök szinte filléres holmik (ugyan a fillér már nem fizetőeszköz, de azért érthető, hogy miről magyarázok). És én ezen az úton haladok tovább.
Még annyit hozzáfűznék a fémporos keverékekhez, hogy az égésüket sűrű, fehér füst kíséri a létrejövő fém-oxidok (alumínium por adagolása esetén értelemszerűen alumínium-oxid) miatt. Ez jól megfigyelhető az említett SRB-k működésekor. Bár az is igaz, hogy azoknál ammónium-perklorát az oxidáló és ilyenkor az egyik égéstermék a hidrogén-klorid (sósavgáz). Ez (amint a múltkor említettem) a nedves levegőn sósavködöt hoz létre. Ez is hozzájárul az SRB-k indításakor megfigyelhető füsthöz, habár ezt fő tömegében az alumínium égésterméke, az alumínium-oxid okozza.
Érdekesség: már többször említettem az Amerikai Űrkutatási Hivatal (NASA) által használt SRB-ket és annak továbbfejlesztett változatait, amelyeket az Orion űrhajó és az SLS „alá” szándékoznak használni. Ezekről a szilárd hajtóanyagú rakétákról bőséges anyag található a neten. Az a leginkább célravezető, ha ezek tanulmányozásán át közelítjük a hosszú üzemidejű szilárd hajtóanyagú rakéták problémáit. Minden jellegzetességük megfigyelhető, a részletes dokumentációk is megtalálhatók. A hosszú üzemidő alatt legalább 60 másodpercet értek, de az említett rakéták nagyjából két percig működnek. A katonai harcászati rakéták jellemzően a másodperces skálán üzemelnek (többnyire), ezért ezek sajátosságai eléggé távol állnak a célkitűzéseimtől. Éppen ezért nem tekintem ez utóbbiakat kiindulási alapnak.
8. A faszén. Sokféle fórumon értesültem már, hogy kifogásolják az áruházi faszén minőségét. Azt is olvastam, hogy „puskapor” céljára használnák. Ezzel az anyaggal nincsenek tapasztalataim és bevallom, nem is érdekel, bár elméleti síkon tisztában vagyok az égési mechanizmusával és azzal is, hogy a felhasznált faszén minősége döntő hatású a „fekete porra”. Azonban mindenkit lebeszélnék, hogy „puskaporral” foglalkozzon, mert borítékolható, hogy előbb-utóbb baleset lesz a vége.
A CP-ben a szén „égéstechnikai segédanyag”, amely a stabil lángfront kialakulását segíti elő. Emellett tüzelőanyag is (amint ezeket már említettem a korábbi topicomban). Mindig úgy tekintettem a faszénre, mintha az csak szénből állna. Ez így ugyan nem igaz, de a kísérő anyagoknak nincs jelentősége. A grillszén lényegében „agyonégetett” faszén, amely már gyakorlatilag nem tartalmaz szerves anyagokat csak szervetlen kísérőket. Elsősorban néhány százalék kálium-karbonátot. Ezért elképzelhető, hogy egyéb célra nem tökéletes, de a CP-ben történő felhasználásra teljesen megfelelő.
Helló! A helyzet az, hogy szerintem jelenleg ezt a fórumot ketten olvassuk, így nem sok esélyt látok rá hogy valaki most elkezdi az általad leírt hajtóanyaggyártást. Viszont, ha erre téved valaki, akkor jobb lenne, ha egyben van a tudás. Ezért szerintem nyugodtan folytasd a leírást most.
Még messze nincs vége a gyártás ismertetésének. Sok fejezet van még hátra. Úgy gondolom, hogy egyenlőre ennyi elegendő, amit már küldtem. Aki komolyan veszi, annak már ez is hónapokra ad elfoglaltságot. De nem csak ez a lényeg, hanem el kell mélyedni a témában alaposan. A megfelelő szintű kémiai, fizikai és matematikai ismeretek nélkül csak kudarcélményben lesz része aki ebbe belevág. Abszolút türelmes emberekre van szükség, mert nincsenek instant megoldások. Aki rakétázik, az legyen figyelemmel a környezetére is. A kisebb kísérleteket a kertünk végében is végre tudtam hajtani, de a nagyobb feltűnést keltő, esetleg másokra nézve kellemetleneket kint a pusztában, a semmi közepén intézem. Semmi képen se veszélyeztessünk másokat, de saját magunkat se! Nem csak balesetek történhetnek, de a feltűnősködés előbb-utóbb mindenképpen magára vonja a hatóságok figyelmét. Nem hiányozhatnak a felsorolásból a „jó szándékú” szomszédok és ismerősök sem. Tehát az elfoglaltság posztolása pl. a facebookon kerülendő. Ami engem illet egy nagyobb városhoz közeli kisebb településen élek. A várostól a távolság 15-20 perc autóval. Ezt az üzenetet is a város egyik áruházának wifi-jén keresztül küldöm. A wifi a parkolóba is bőven kilóg, ezért a heti szükséglet összevásárlása előtt kényelmesen el tudom küldeni ezt is. A hosszabb üzeneteket, leírásokat otthon összeállítom, a két-három sorosakat itt helyben és innen küldöm el. Nem vagyok hülye, hogy az otthoni vezetékes neten keresztül lépjek be, vagy küldjek a topicra, esetleg a youtube-ra bármit is. És ezt őszintén javaslom mindenkinek, aki ebbe belevág.
Ha a kitartó munka és türelem folyományaként lesz valaki, aki tényleges eredményeket ér el, nem kizárólag az általam felvetett témában, az meg se kíséreljen ezzel Magyarországon érvényesülni, mert esélye sincs rá. Tőlünk nyugatabbra nagyobb hagyományai vannak ennek az elfoglaltságnak. Léteznek már olyan, komolyan vehető cégek, akiket érdekelhet ez a fejlesztés. De ezt az utat mindenkinek magának kell kitaposnia. Egyenlőre ennyi. Ha van feltett kérdés, megválaszolom és a későbbiekben folytatom a gyártás közzétételét a topicon.
Szia, látszik hogy nagyon sok munkát fektettél ebbe a témába, nagyon jók és részletesek a leírások. Az különösen tetszik, hogy a biztonságot mindig kihangsúlyozod.
Pár észrevétel és kérdés:
1: az ásványolaj származékot a forró vízzel ki lehet mosni az AN-ból?
2: az első vizes mosás/kristályosítás desztillált vízzel történik vagy csapvíz is jó?
3: a csurgatóról tudnál berakni egy képet? Ez egy sima szita kibélelve vászonnal?
4: a NaNO3 tetszik, mert vízben el lehet keverni az NH4NO3-al. Sokkal jobb, mint a vízben oldhatatlan fémoxidok. Honnan veszel NaNO3-at?
5: a CP szegmenseket vákuumozod a gyártás során, vagy be vannak döngölve a formába és kész?
6: a lenolajos keveréket mi tartja majd össze?
7: utánanéztem a CP összetételeknek a neten. Szinte mindegyik vagy Al-t, vagy Mg-t használ nagyobb mennyiségben. A Te összetételed ISP-je hol van ezekhez képest? (Én amúgy örülnék az Al por mentes összetételnek, egyszer kiszámoltam, hogy kb 4000Ft/kg lenne az anyagköltség, és ennek 95%-a az Al.)
8: csak egy megjegyzés: a faszénnel már korábban is az volt a bajom, hogy nem egy egzakt minőségű anyag, ki tudja hogy sikerül kiégetni, vagy milyen fából készítették. Én úgy tudom, hogy a puhafák jobbak puskaporhoz – ezen a fórumon volt ez téma évekkel ezelőtt. Persze nagyban számít az aránya a hajtóanyagban.
Az ammónium-nitrát alapú hajtóanyag gyártása (röviden, tömören) #3
3. Az összetevők előkészítése
A szén előkészítése. Az alapanyag: bármely áruházban beszerezhető grill szén kemény fából. Tökéletes! Majdnem teljesen tiszta szén némi hamutartalommal. Ez utóbbi egyenlőre nem probléma. Ha egyszer az lesz, attól könnyű megszabadítani. Csak érdekesség képen: a hamu nem más mint kálium-karbonát (régi nevén: hamuzsír). Elenyésző mértékben egyéb anyagokat is tartalmazhat. A darabosra tört faszénből langyos vízzel könnyen kioldható. De ez most érdektelen, nem foglalkozok ezzel. A megvásárolt darabos faszént meg kell őrölni. Lehetőleg púderszerűen finom porrá. Erre többféle lehetőség is van. Ami engem illet létrehoztam egy jól zárható, nagy fordulatszámú késes őrlőt. Mint egy felnagyított kávédaráló, csak sokkal nagyobb a kapacitása. Akár hússzor több anyagot is bele lehet tenni egyszerre és a fordulatszáma is többszöröse. Az előzetesen kisebb darabokra tört faszén másodpercek alatt lisztszerű anyaggá esik szét benne. Mivel mindig maradnak kisebb darabok amelyek valahogy túlélték a darálót, ezért átszitálom. Szabad levegőn, porálarcban. Így is olyan leszek mint egy kéményseprő egy hosszú munkanap után. Mivel a hajtóanyag gyártása során a finomra őrölt szénport nehéz kezelni, ezért megoldottam, hogy ne porlódjon, vagy csak elenyésző mértékben. Erre a legjobb megoldás, ha a számított mennyiségű NAN-ból forrón telített vizes oldatot készítek, majd belekeverem a szintén számított mennyiségű szénport. A szenet az oldat rosszul nedvesíti, tehát türelemmel kell lenni és legfőképpen folyamatosan keverni amíg a teljes szénpor mennyiség feliszapolódik. Végül egy rakás fekete masszát kapok, amelyet kihűlés után, vagy még langyosan, kanállal kis részletekben nagy műanyag tálcákra kiszedem. Egyszerre sokat készítek, hogy ne kelljen gyakran gyártani, tehát több tálcát használok. Hasonlít az eljárás a tisztított AN szárításához. Itt is először légszáraz állapotot kell elérni. Ez eltart pár hétig. Az anyagot időnként (pár naponta) át kell forgatni, esetleg kézzel szétmorzsolni. Semmiféle problémát sem okoz, legfeljebb jól kezet kell mosni utána. Ha valaki viszolyog ettől, akkor csinálja gumi vagy fólia kesztyűben. A NAN kevésbé nedvszívó mint az AN, de azért eléggé. Tehát türelem! Fontos megjegyzés: célszerű minden melegítést, oldatkészítést szabályozható elektromos rezsón végezni. Sokkal jobban tartható a hőmérséklet és egyenletesen melegszik az edény. A különféle oldatok és egyebek készítésére legjobb a vastag fenekű rozsdamentes lábas, de az AN tisztításakor a sok literes zománcos is tökéletesen megfelel. Az alumínium nem ajánlott, mert elszíneződik, csúnya lesz. A légszáraz állapotú szenes anyag, de a tisztított AN sem alkalmas még hajtóanyag gyártásra, mert ellenőrizhetetlen mennyiségű nedvességet tartalmaz. Arról mindenkit lebeszélnék, hogy melegítéssel próbálja szárítani bármelyik elkészült anyagot, pl. sütőben! Beláthatatlan következményei lehetnek! A szárításra a tökéletesen veszélytelen szoba hőmérsékletű szárítókamra is megfelel. Az ehhez szükséges anyagok bármelyik nagyobb áruházban megvásárolhatók. A szárító kamráimról mellékelek képeket. A dobozok alján vízmentes kalcium-klorid szárítószer található. Ezt az Auchan áruházban, mint saját márkás terméket lehet kapni. Nem drága és sokáig használható. Amikor telítődik vízzel az úgy érzékelhető, hogy kissé nyirkos lesz a megjelenése. Könnyen regenerálható: ezt az anyagot bátran be lehet tenni a sütőbe. Néhány óra alatt kiszárad és teljes lehűlés után ismét vissza lehet tenni a dobozok aljára. Dobozonként 2-2,5 kg-ot használok. Ócska, de tiszta tepsibe érdemes rakni a regenerálás alatt, mert eléggé korrozív. Előfordul, hogy kőszerű tömeggé áll össze a folyamat végére. Ennek ellenére teljes lehűlés után könnyen megtörhető egy kis kalapáccsal. Sokat gatyázni nem érdemes, mert hamar megszívja magát a levegőn nedvességgel. Kesztyű és védőszemüveg használata erősen ajánlott! Legalább mogyorónyi darabokra kell törni. Ha gyakrabban regeneráljuk, kevésbé áll össze a sütőben. Számtalanszor megújítható. Javaslom a türelmes megközelítést. Csak akkor tegyük az anyagokat a szárító kamrába, amikor a levegőn előzetesen szárított anyag kézzel morzsolva már száraznak tűnik. Azzal nem segítjük elő a gyártást, ha már nedvesen berámoljuk a kamrába. A szárító kamrában kis nikecell kockákból készítettem távtartókat, amelyre a tálcák helyezhetők. A tálcák egymásra „halmozhatók”, szintén az említett nikecell kockák segítségével. Tehát a már légszáraznak ítélt anyagot a tálcákkal együtt ebben a dobozokban aszalom pár hétig. Itt már nem szükséges átforgatni az anyagokat, sőt jobb is ha nem nyitogatjuk indokolatlanul a dobozokat. Néhány hét múlva már joggal lehet gondolni, hogy az anyag száraz. Ekkor átrámolom a tárolóikba. Ezek nem mások, mint kiürült, vagy üresen vett 16-20 literes festékes dobozok fedővel. Nagyon jól megfelelnek a tárolás követelményeinek, mert gyakorlatilag hermetikusan zárhatók. A biztonság kedvéért egy kis műanyag tálkán egy marék kalcium-kloridot is teszek az ömlesztett anyag tetejére. Így tárolom a felhasználásig valamennyi alapanyagot és minden mást, ami a levegőből nedvességet vehet fel.
Képek magyarázata:
Kép 1. Száradó anyagok a doboz tetején. A képen a tálcákon szétterített szén+NAN látható. De ugyanígy szárad valamennyi felhasznált alapanyag a légszáraz állapot eléréséig. A kép jobb szélén látható tálcán fehér színű anyag szárad. Ez lehet AN vagy NAN, lényegtelen. Arra példa, hogy ezek is ilyen körülmények között érik el a légszáraz állapotot. A dobozok belsejében látható különféle egyéb anyagok egyrészt korábbi kísérleti gyártmányok, másrészt a már elkészült alapanyagok vannak a teljes kiszárítás folyamatában.
Kép 2. Itt már valamennyi tálca a dobozokba került. Jól megfigyelhető, hogy miről magyaráztam korábban. A dobozok alján a darabos kalcium-klorid látható amely felett vannak a tálcák elhelyezve, egymástól nikecellből készült kockákkal (mint távtartók) elválasztva. Egy dobozba 2 tálcát teszek, de három is elférne, ha éppen arra lenne szükség.
Az ammónium-nitrát alapú hajtóanyag gyártása (röviden, tömören) #2
2. A hajtóanyag összetevői
A tényleges hajtóanyag gyártása sem egyetlen technológiai mozzanat. Először is azt kell tisztázni, hogy milyen összetevők találhatók a kompozit hajtóanyagban (továbbiakban: CP, composite propellant). A már ismertetett eljárással tisztított ammónium-nitrát: ez az oxidáló anyag, amely a CP fő tömegét adja. Mennyiségét tekintve kb. 80 %. Azért írom, hogy „kb.”, mert számtalan összetételt megvizsgáltam és nagyjából ez bizonyult a legjobbnak. Ezt a megállapítást a próbadarabok égetéséről készült videók elemzésével állapítottam meg. Néhány videó látható a közzétett összeállításomban is: https://m.youtube.com/watch?v=ItFOnUwLUDU Amint már említettem az AN-nek van több kellemetlen tulajdonsága. A hosszú távú raktározás szempontjából az anyag allotrópiája a leginkább kellemetlen. A hőmérséklet függvényében többféle kristálymódosulat is létrejöhet, amelyeknek a sűrűsége különböző. Összesen 5 módosulata van, de most csak ez a 3 érdekes.
III 84.2 – 32.3 °C α-rombos +3,6 %
IV 32.3 − 16.8 °C β-rombos -3,9 %
V −16.8 °C tetragonális
Látható, hogy ezek a megszokott környezeti hőmérséklet tartományába esnek. -16,8 °C-tól 32,3 °C-ig bármelyik előfordulhat hazánk éghajlati viszonyai között. Ha ilyen hőmérsékleti „határ” oda-vissza többször is éri az anyagot, akkor az ismételt sűrűségváltozások miatt összerepedezik, széthullik. Ez egy CP blokk esetében elfogadhatatlan, tehát ezt meg kell akadályozni. Erre többféle anyag is kínálkozik: különféle alkáli-nitrátok, fém-oxidok: cink-oxid, réz-oxid stb., alkáli-fluorid: leginkább a kálium-fluorid. Nem bonyolult anyagok, sem a beszerzésük. Ha nem akarom csökkenteni az oxidáló százalékos oxigéntartalmát, akkor értelemszerűen valamelyik alkáli-nitrát jöhet szóba. Ugyanakkor nem szeretném a kiáramló gázok átlagos molekulatömegét növelni, tehát a nátrium-nitrátot találtam optimálisnak. Egyes cégek a kálium-nitrátot részesítik előnyben. Minden „nagy PSAN-t (fázis stabilizált ammónium-nitrát) gyártó cég” más anyagra esküszik. Nyilvánvalóan mindenki a saját portékáját fényezi. Az ő dolguk. Ha kizárólag az a célom, hogy ezt az ismertetett jelenség hőmérsékleti határát emeljem, akkor már 0,1 % nátrium-nitrát is elegendő, amely 32,3 °C-ról kb. 50 °C-ra növeli a III-IV módosulatváltás kritikus hőmérsékletét. A nátrium-nitrát azonban égéstechnikai módosító is: a jelenléte növeli az égési sebességet ami kedvező. Azonban 15 %-nál többet nem érdemes adalékolni (az AN-re vonatkoztatva), mert növeli az égéstermékek átlagos molekulatömegét, ezzel csökkentve a kiáramlási sebességet, végső soron a fajlagos impulzust. A két „határérték” között szinte mindegyik aránnyal kísérleteztem. Már néhány százalék nátrium-nitrát (továbbiakban: NAN) tartalomnál el lehet felejteni az AN allotrópiájának problémáját a reálisan előforduló tárolási és felhasználási hőmérséklet tartományban. Felmerül a kérdés: mikor adalékolom ezt az anyagot az AN-hez? Később erről is lesz szó. Most térjünk vissza a CP többi összetevőihez: a tüzelőanyagokhoz. A tüzelőanyagok köre rendkívül sokféle lehet. Pl.: szén, szénhidrátok (cukrok), különféle műanyagok, olajok (akár lenolaj is). Azonban ha jobban megvizsgáljuk a ténylegesen szóba jöhető anyagokat, akkor lényegében csak kettő marad: a szén és valamelyik műanyag (polimer). A szén csak égéstechnikai segédanyag, nem a fő tüzelőanyag komponens. Néhány százalékban alkalmazva nagymértékben elősegíti a stabil égési felület kialakulását. A másik fontos tulajdonsága, hogy a CP blokkot átlátszatlanná teszi. Így a lángfront hősugárzása nem tudja mélységében felmelegíteni a hajtóanyagot, amely az égési sebesség ellenőrizhetetlen növekedését okozná. Ami a különféle cukrokat illeti, azokat használják csak a full amatőrök. Népszerű keverék a kálium-nitrát és valamelyik cukorszármazék, azonban áthághatatlan korlátai is vannak. A fajlagos impulzus nem emelhető, mert a kiáramló gázok átlagos molekulatömege nagy. A cukor égéshője kb. fele a poliuretánoknak. A kálium-nitrát bomlása endoterm folyamat, míg az AN-é exoterm. Az egyetlen előnye a „cukros” hajtóanyagoknak a gyártás viszonylagos egyszerűsége. Kevésbé képzett személyek is megoldhatják, de ez minden. Az AN bázisú CP fő tüzelőanyag ágense: a poliuretán. Sokféle műgyantát megvizsgáltam, hogy melyik a leginkább alkalmas, de ennél nincs jobb. A poliuretán (továbbiakban PU) alatt mindig a difenilmetán-4-4'-diizocianát (továbbiakban MDI) valamelyik poliaddíciós vegyületét értem. Az addíció végbemehet vízzel is (mint pl. az egykomponensű PUR haboknál). Egy kevés víz többnyire marad a CP alapanyagában, amely nagyjából elegendő, de nem mindig. Azonban az addíció vízmentesen is végbemegy, ha a reakciópartner valamilyen diol (kétértékű alkohol). Erre a célra az etilén-glikol a leginkább alkalmas. A glikoladdíció nem jár melléktermék kilépésével, szemben a vízaddíciónál, ahol a melléktermék szén-dioxid (gáz). Ez probléma, mert ha nem tud eltávozni a szilárduló hajtóanyag blokkból (és általában nem tud), akkor a képződő szén-dioxid „felfújja”, megrepedezik. Tehát ma már kizárólag a glikolos változatot használom. Ez utóbbi azért is szerencsés, mert a glikoladdíció lassúbb mint a vízzel történő reakció, így kényelmesebben, kapkodás mentesen lehet kezelni az anyagot. Egyéb segédanyagokkal, különféle égésgyorsító katalizátorokkal is kísérleteztem, de nem hoztak látványos változást. Esetenként problémás lehet az AN alapú hajtóanyag lassú égési sebessége, azonban ez a lassú égés a céljaimmal összhangban van. Ráadásul a hatásos égésgyorsító katalizátorok többségükben mérgezőek és nekem egy fontos célkitűzésem volt, hogy mérgező anyagokat ne használjak a gyártás során. Az etilén-glikolt nem tekintem mérgezőnek technikai értelemben. Egyrészt mert igen kis mennyiségekről van szó, másrészt ez nem sampon, hogy a fejünkre öntsük. Komolyan kell ezt venni, mert azokkal az illetőkkel nem lehet mihez kezdeni, akik félvállról veszik vagy elhülyülik a gyártást. A munkavédelmi szempontok mindig nagyon fontosak. Nincs az a munka, amely szükségképen egészségkárosodást okoz, ha betartják a munkavédelmi előírásokat. Még egy kicsit visszatérnék a lenolajra mint tüzelőanyagra. Ez egy érdekes lehetőség, amelyet nem zártam ki a lehetséges anyagok köréből. A használata nem bonyolult, viszont elég hosszú ideig tart a gyártása az ezen alapuló CP blokknak, de legfőképpen még nem tanulmányoztam eléggé. Előnye a PU-nál nagyobb égéshő és az a tény, hogy teljesen ártalmatlan anyag. Glikolra sincs szükség a polimerizálásához. Az etilén-glikolt meg lehet vásárolni bármelyik áruházban. A „koncentrátum” feliratú az alkalmas, amelyik kb. 94 % etilén-glikol tartalmú. Mivel nem hiszek a címkéknek, ezért a szabadban, jól szellőző helyen, óvatosan (épphogy buborékolva) forralom, amíg az oldat hőmérséklete megközelíti a glikol 197,3 °C-os forráspontját. A 190 °C-al megelégszek, mert ekkor már a glikol is erősen párolog. Így majdnem vízmentes anyagot kapok. Óvakodni kell az edényből távozó gőzök belélegzésétől. Ezért enyhén szeles időben végzem a munkát, és természetesen úgy helyezem el a rezsót az edénnyel, hogy a szél ne az irányomba hozza a gőzöket. Magas peremű lábast használok, félrehúzott fedővel. Így csökkenthető a glikol vesztesége. A fedőt úgy igazítom, hogy a kondenzált glikol cseppek visszahulljanak a forrásban lévő oldatba. Lényegében csak a vízgőz távozik el, a glikol veszteség minimális. A kiindulásnál felöntött 1 literből kb. 9 dl marad. Ez sokáig elegendő.
Egy másik fontos segédanyag az aceton. Ez az MDI kiváló oldószere. Az MDI igen viszkózus anyag, kb. olyan mint a méz. Ezt igen nehéz úgy belekeverni a szilárd alapanyagba, hogy homogén keveréket képezzen. Éppen ezért valamennyi acetonnal oldatot készítek, amelytől vízszerűen híg anyag lesz. Ezzel már könnyű dolgozni. Az aceton nagyon illékony oldószer. Az összekeverés után már nincsen szerepe a további gyártásnál, ezért elpárologtatom. Ennek részleteiről és az arányokról később írok. Aceton bármelyik festékboltban kapható. Előnye, hogy majdnem szagtalan (mindenesetre távolról sem olyan kellemetlen mint a többi szóba jöhető oldószer) ugyanakkor tűzveszélyes. Tehát mindenféle nyílt láng, vagy bármilyen gyújtóforrás kerülendő. Nagyjából ugyanazokat a munkavédelmi szabályokat kell betartani, mint az oldószeres festékek használata során elvárható. És komolyan kell venni, nem elviccelni.
Az ammónium-nitrát alapú hajtóanyag gyártása (röviden, tömören) #1
1. A zsákos, granulált 34 % nitrogén tartalmú alapanyag tisztítása.
Ez az anyag műtrágyaként lényegében korlátlan mennyiségben hozzáférhető. Azonban csak nyersanyagnak tekinthető, mert ez rakétatechnikai célra teljesen alkalmatlan. Többféle „szennyezést” is tartalmaz, de ne feledjük, hogy ez műtrágya céljára van gyártva és forgalmazva. Erre tökéletesen megfelel. De a céljaimnak nem igazán. Mindig tartalmaz valamennyi dolomit „púdert” amelyet az anyag összetapadásának megelőzésére adalékolnak. Valamint egy ásványolaj származékot, amellyel a szemcséket többé-kevésbé víztaszítóvá teszik. Ezeken kívül némi papírszemetet is lehet találni az anyagban, és még kavicsot, homokot, kisördögöt stb. Néha olyan az áru, mintha a futószalagról lehulló anyagot söpörték volna össze. Tehát meg kell tisztítani. Ez úgy történik, hogy számított mennyiségű anyagból 100 °C-on telített vizes oldatot készítek. Az ammónium-nitrát (továbbiakban: AN) oldódása erősen endoterm, tehát eltart egy ideig, amíg teljesen feloldódik. Pár perc ülepedés után egy nagyobb átmérőjű, műanyag szitába helyezett lepedővásznon átszűröm egy másik edénybe. A folyamat tempósan halad, azonban a végén az üledéket nem öntöm a szűrőre. Az mehet a kertbe a virágok alá, miután vízzel jól felhígítottam. Egyszerre érdemes legalább 5 kg-ot feloldani egy nagyobb edénybe. Az AN rendkívül jól oldódik a vízben. 1 dl vízben 100 °C-on 871 g. A megszűrt, hűlő oldatból igen hamar megkezdődik az AN kristályok kiválása. Érdemes negyedóránként felkeverni, különben összetömörödik az edény alján és ez akadályozza a további felhasználást. Tehát amikor már az edénybe sok kristály összegyűlt (feléig-harmadáig van már), akkor az előbbi szűrőn át kell szűrni az oldatot egy másik edénybe. Természetesen nem az előző retkes lepedővásznon, hanem azt gondosan ki kell öblíteni. Legjobb ha több is van kéznél, ne kelljen kapkodni. Mindig tiszta edénnyel kell dolgozni és ez vonatkozik az összes eszközre amit használunk. A maradék szennyeződések tönkreteszik a munkát. Az a leginkább célravezető, ha minden eszközt előkészítünk és a folyamatot megpróbáljuk rendszerbe szervezni. A gondosság nagyon fontos, különben egy lapát földet sem ér majd a belefektetett munka. Visszatérve a szűrésre: amikor a szűrő megtelik a hófehér kristályos tömeggel, akkor célszerű tovább csurgatni legalább 24 órán át. Erre a célra gyártottam egy csurgatót, de az is megoldás lehet, ha több szűrőt használunk. Nem érdemes ezzel spórolni, mert bármelyik 100 Ft-os boltban lehet kapni széles választékban akkora műanyag szövetes szűrőket, amelybe belefér egy görögdinnye is. A szűrlet a még mindig meleg AN oldat, ezt tovább hagyjuk hűlni és megismételjük a műveletet addig, amíg további kristályok válnak ki szűrésre érdemes mennyiségben. Végül telített oldat marad vissza, amely még jelentős mennyiségű AN-t tartalmaz. Szobahőmérsékleten 1 dl víz 192 g AN-old. Javaslom az oldat ismételt felhasználást a következő adag granulátum tisztítása során. Egyszerűen öntsük hozzá a granulátumhoz és készítsünk ismét 100 °C-on telített oldatot. A maradék oldat akármeddig eltárolható. És érdemes is eltenni, mert a későbbiekben még szükség lehet rá a gyártás során. A lecsurgott AN még korántsem száraz! Azt meg kell szárítani. Erre a célra a legjobb, ha műanyag tálcákra terítjük szét 1-1,5 cm-nél nem nagyobb vastagságban. Ilyen műanyag tálcákat bármelyik áruházban lehet kapni. Előfordul, hogy akciósan a távolkeletről származó „kilós rozsdamentes” tálcák és tepsik is kaphatók. Ezek felejtősek. Már attól megrozsdásodnak ha rálehelek. A legjobb a műanyag. Szobahőmérsékleten néhány hét alatt megszárad a kristályos tömeg (légszáraz lesz). Időnként át kell forgatni, hogy a nedvesebb részek kerüljenek felülre. Érdemes beszerezni egy légnedvesség mérőt (hygrométer), mert az AN 60 % relatív páratartalom felett nem szárad. Inkább vizet szív a levegőből! Én leginkább a téli időszakban végzem a fentieket, mert ilyenkor előfordul, hogy a levegő páratartalma kisebb mint 20 %. A nyári időszakban esély sincs erre. Azért is célszerű átforgatni az anyagot, mert hajlamos összekövesedni. Elméletileg lehet kapni vízben, üledékmentesen oldódó AN-t, amelyet a mezőgazdaságban csepegtető öntözésnél és vízkultúráknál használnak, de a megszokott kertészeti áruházamban ilyen nincs. Rendelni a neten lehetséges, de nem szerencsés, mivel aki rakétázás céljára vásárolja, az ilyen hibát ne kövessen el. Javaslom a fent ismertetett melósabb gyártást és azt is, hogy készpénzért vegye aki erre használja, ne bankkártyával fizessen. Egyenlőre ennyi. A továbbiakban a légszáraz AN kezelését ismertetem a hajtóanyag többi összetevőivel együtt.
Amit a fázisstabilizálásról írsz, az nagyon érdekes. Én is olvastam erről, de anno nem találtam olyan adalékot a netes leírásokban, ami elérhető lett volna (megjegyzem a NaNO3 sem teljesen az). Az AN-t és NaNO3-at vízben oldod fel és kevered össze? KNO3 is jó fázisstabilizálásra? Mikor lesz kész a leírás a gyártásról?
T. AWS!
T. AWS
Az ammónium-nitrát alapú hajtóanyag gyártása (röviden, tömören) #3