丙烯酸-高氯酸铵_固体火箭燃料的介绍以及制作
  本人准高中生一枚,文章中也许有很多的不恰当的地方,望大神斧正.[s:41]  
  原因:RAP(环氧树脂+高氯酸铵)燃料,在合成过程中极易生成有机胺高氯酸盐。有机胺高氯酸盐感度极高,在高压下接近RDX,斯蒂芬酸铅的燃速,开放点燃即可暴轰。详情请戳外链:https://www.kechuang.org/t/39497

  经过:在一次混合AB浇水的过程中我,我想到可能AB胶水可以替代环氧树脂和酰胺树脂成为AP系列燃料中的一种呢?
于是我便将A胶水(主要成分是丙烯酸)和B胶水(固化剂,主要成分应该也是丙烯酸)按照1:1的比例混合,我再把混合好的AB胶水和AP粗略的按照1:4的比例混合,并把混合物塞入口径为15mm的pvc管中,用筷子粗略的戳了个洞,等待5分钟,药柱放出大量的热,这是由于AB胶水发生聚合反应凝固了.然后我兴高采烈的把刚刚做好的"药柱"拿出去点燃;燃烧地丝毫不比RAP燃料弱!我高兴极了,一个晚修都在兴奋...
  理论推导:
丙烯酸酯的英文名和化学方程式是:Acrylic acid(缩写AA)、C3H4O2
高氯酸铵的缩写和化学式是:AP、                                 NH4ClO4
按照氧化剂-还原剂的命名法则这种燃料应该命名为APAA
  两者在点燃的条件下发生化学反应,聚丙烯酸(固化了以后的丙烯酸已经聚合了)在AP中的多余的Cl、O元素的氧化下放出大量的热,生成CO2和H2O和HCl和N2(再加上AP的分解反应是放热反应)
  化学方程式如下:
5C3H4O2+12NH4ClO4 = 12HCl↑+15CO2↑+6N2↑+28H2O↑
  我按照初中化学方程式的计量法则算出配方一:

配比1(硬度不够高):
丙烯酸(固化剂:原胶=1:1) 20.35
高氯酸铵 79.65
  正如上述,在后来的药柱脱模过程中我发现按照配方一做出来的药柱强度不够高;尽管这是理论上最理想的配方,但是机械性能如果不够高的话不但不好脱模而且更容易导致药柱碎裂进而导致发动机爆炸;于是我经过多次实验开发出了稍稍负氧的强度适当的配方二:



配比2:
丙烯酸(固化剂:原胶=1:1) 25
高氯酸铵 75
实验与探索:实验和测试是非常重要的,不仅可以测试出这种燃料的各种性能还可以证明理论的可行性,最重要的是结果可以供大家参考。
第一次制作APAA药团:
目的:测试APAA的抵抗气泡程度.
过程省略...
我制作完成后把药团用锯子锯成了两半:
DeepinScreenshot20150713001946.png
从图片中可以看得出APAA的气泡非常少.

测试APAA的密度:工具:100ml量筒,一个未聚成两半的APAA药团,100g量程的天平.
过程:
先称量出药团的:m = 4.35g
再把药团放入量筒中测出量筒的:△V = 3ml
最后:

                 m      4.35g
ρAPAA = ----- = --------- = 1.45g/cm3
                 v        3ml
APAA的燃烧测试:我找了两处没人的地方把两块APAA药团给处置了...
视频如下(它们烧得很激情..):

half of APAA burn.mp4 1.57MB


half of APAA burn(another).mp4 1.91MB
值得注意的是我曾经尝试用导火索点燃APAA但是大多是情况下都失败了,这说明APAA对火焰不是很敏感.
丙烯酸的固化测试:
延长固化时间是为了争取装药时间.
实验过程如下:
第一次实验:
参数:
固化温度:28°C
丙烯酸和固化剂配比:1:1
实验质量:1g
结果:
6分钟11秒固化完成.
第二次实验:
参数:
固化温度:28°C
丙烯酸和固化剂配比:1:0.5
实验质量:1g
结果:不固化.
制作小型的APAA药柱!
准备工作:准备工具如下:两根筷子(要粗细均匀)、足量的AB胶水、高氯酸铵(AR或自制)(粒度越小越好)、三个塑料一次性杯子、一架天平(量程为一百克,包括砝码和镊子)、一节6cm长的ppr管子(内r=15mm)、少许花生油、一张垫纸。
AB胶水的链接,我直接给我的供大家参考下(他还附赠点胶瓶,方便取用胶水):http://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.183.xLxood&id=15754183044&ns=1&abbucket=12#detail
过程:
1、给ppr管子的内壁抹上一点花生油
DeepinScreenshot20150713004959.png
2、称量A胶水:
DeepinScreenshot20150713004822.png

3、称量B胶水 DeepinScreenshot20150713005104.png

4、称量AP
DeepinScreenshot20150713005212.png

5、用筷子迅速把A胶水和B胶水混合均匀:
DeepinScreenshot20150713005342.png
6、加入已经粉末状的AP
DeepinScreenshot20150713005547.png

7、用筷子快速混合AP和AB胶水
DeepinScreenshot20150713005557.png

8、把ppr管子放在垫纸上,用筷子将药浆送入ppr管子内,并用筷子压实 DeepinScreenshot20150713005901.png

9、用筷子在实心的药柱中间戳一个深入到底的内孔
DeepinScreenshot20150713010025.png

10、大约过了5分钟,药柱凝固放热
DeepinScreenshot20150713010202.png

11、又过了25分钟,药柱已经初步具备硬度,此时用手指或者筷子轻轻一顶药柱,药柱便像挤香蕉一样跳了出来。
DeepinScreenshot20150713010424.png

12、收拾残局,把药柱放到通风阴凉处24小时候即可取用。
以上便是我和大家分享的制作APAA药柱的方法,供大家参考,欢迎大家一起来吧自己的点子加进去想到更好的方法![s:42]
ppr发动机试车!第一次试车,由于胆子小,没有把喷口前段的ppr管子缩得足够紧,结果喷口被喷出。。。

APAA PPR test(1).mp4 3.97MB

第二次试车成功了!发动机正常工作了2s,有效阶段大约1.2s,后期由于喷口侵蚀太严重然喷比迅速下降,发动机内压也随之下降,然后。。就没有然后了。。

APAA发动机工作(10g装药r=7.5mm).mp4 2.32MB

DeepinScreenshot20150713011434.png

燃料被点燃,导火索被喷出。
DeepinScreenshot20150713011446.png

小燃喷比
DeepinScreenshot20150713011455.png

燃喷比增大中。。
DeepinScreenshot20150713011508.png

继续增大↑↑
DeepinScreenshot20150713011542.png

喷口被严重侵蚀,燃喷比严重下降,发动机内压严重下降,推力下降。
DeepinScreenshot20150713011558.png



APAA锯末燃烧

APAA粉末燃烧.mp4 998.00KB

以上便是我对APAA的燃料的所有探索,可能都是很鲁莽的,本文主要是想抛砖引玉,欢迎大家来和我一起思考[s:38]
题外话:我们这边的中考录取终于结束了!我考得了市一中!大家祝贺我[s::loveliness:],我一定会再接再厉考北航!

[修改于 6 年前 - 2015-07-13 09:41:54]

+1  学术分    1211   2015-07-13   虽然该燃料的性能和工艺特性不好,但研究方法是正确的,应当给予奖励。
来自:火箭技术 / 火箭燃料
 
test100
5年10个月前
1楼
我想到丙烯颜料去了
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Fallen作者
5年10个月前
2楼
引用 test100:
我想到丙烯颜料去了
这是丙烯酸AB胶水.
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FROZEN巨擘
5年10个月前
3楼
燃料性能不方便说(没用过...),我比较讨厌AB胶的味道....
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wenyanwen
5年10个月前
4楼
很有创造力!
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王者归来abs
5年10个月前
5楼
KClO3替代AP会怎么样?
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王者归来abs
5年10个月前
6楼
不是作死 上次试过 加了凡士林的KCBZ烧的很慢
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Fallen作者
5年10个月前
7楼
引用 FROZEN巨擘:
燃料性能不方便说(没用过...),我比较讨厌AB胶的味道....
确实味道很大.
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Fallen作者
5年10个月前
8楼
引用 王者归来abs:
KClO3替代AP会怎么样?
可以试试,不过燃速应该不高.
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dw8wb
5年10个月前
9楼
额,建议加少量铝粉,要不然HCl有毒气体忒多了。而且铝粉能提高燃温:)
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mark42
5年10个月前
10楼
引用 dw8wb:
额,建议加少量铝粉,要不然HCl有毒气体忒多了。而且铝粉能提高燃温:)
然而小型发动机加铝粉并没有什么ly
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h13
5年10个月前
11楼
1.一般燃料在氧平衡下,都不怎么好
2.燃料柱外燃面没有包袱,会发生全面燃烧,喷然比较大,不知lz考虑没(我的一个朋友就是这点失误,导致爆炸,对火箭失去兴趣)
3.哥俩好在固化时放出气体,可能导致气泡过多
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Fallen作者
5年10个月前
12楼
引用 h13:
1.一般燃料在氧平衡下,都不怎么好
2.燃料柱外燃面没有包袱,会发生全面燃烧,喷然比较大,不知lz考虑没(我的一个朋友就是这点失误,导致爆炸,对火箭失去兴趣)
3.哥俩好在固化时放出气体,可能导致气泡过多
这种燃料可以达到0氧平衡,但是机械强度差,好像RAP也是负氧的;按照一定直径做出来的药柱,再装入同一直径的发动机会非常紧,药柱和发动机内壁的贴和力非常大,所以塞进去这就相当于贴合了,第二次试车就是用锤子塞药柱进去的,然而并未发生燃喷比暴涨的情况.哥俩好好像是改性丙烯酸酯,我建议您买正版的丙烯酸.^_^如有不恰支持望您指出.
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xian333c
5年10个月前
13楼
引用 Fallen:
这种燃料可以达到0氧平衡,但是机械强度差,好像RAP也是负氧的;按照一定直径做出来的药柱,再装入同一直径的发动机会非常紧,药柱和发动机内壁的贴和力非常大,所以塞进去这就相当于贴合了,第二次试车就是用锤子塞药柱进去的,然而并未发生燃喷比暴涨的...
0氧平衡主要问题在于产气量低,CO2相对分子质量44,连HCl的36.5都比CO2小,相比之下CO的相对分子质量就小多了。事实上RAP中AP分解的氧也只够环氧树脂生成CO。不是说0氧平衡不行,而是0氧平衡性能差。不要忘了AP分解的HCl的相对分子质量是很大的,假如是AN的话0氧平衡就会好些。还有就是AP基无烟推进剂效果并不是很好,加些铝或镁。书上资料各种能和铝、镁兼容的粘接剂,加了金属粉末比冲都能到260+265s,只是量的问题(PVC含铝20,PBAA含铝14)。话说我以前实验KNAA的时候没发现固化会产生气体(因为燃烧效果不好就放弃了,现在想继续试验又找不到AB胶了)。
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h13
5年10个月前
14楼
引用 xian333c:
0氧平衡主要问题在于产气量低,CO2相对分子质量44,连HCl的36.5都比CO2小,相比之下CO的相对分子质量就小多了。事实上RAP中AP分解的氧也只够环氧树脂生成CO。不是说0氧平衡不行,而是0氧平衡性能差。不要忘了AP分解的HCl的相...
……
ab胶那么大的气味就是释放的气体(可挥发的)
我觉得楼主应该多次对比实验获得最佳比例
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h13
5年10个月前
15楼
引用 Fallen:
这种燃料可以达到0氧平衡,但是机械强度差,好像RAP也是负氧的;按照一定直径做出来的药柱,再装入同一直径的发动机会非常紧,药柱和发动机内壁的贴和力非常大,所以塞进去这就相当于贴合了,第二次试车就是用锤子塞药柱进去的,然而并未发生燃喷比暴涨的...
……
ab胶基本都一样,只要有气味,都会产生气体(或者可挥发性)
另外,关于全面燃烧,我是真诚的提醒,不要小瞧高压下燃料的蹿火能力,你说的情况外燃面就相当于大气泡了,不要麻痹大意,只要不是原配,都会结合的不紧
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Fallen作者
5年10个月前
16楼
引用 xian333c:
0氧平衡主要问题在于产气量低,CO2相对分子质量44,连HCl的36.5都比CO2小,相比之下CO的相对分子质量就小多了。事实上RAP中AP分解的氧也只够环氧树脂生成CO。不是说0氧平衡不行,而是0氧平衡性能差。不要忘了AP分解的HCl的相...
受教了^_^
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h13
5年10个月前
17楼
引用 Fallen:
这种燃料可以达到0氧平衡,但是机械强度差,好像RAP也是负氧的;按照一定直径做出来的药柱,再装入同一直径的发动机会非常紧,药柱和发动机内壁的贴和力非常大,所以塞进去这就相当于贴合了,第二次试车就是用锤子塞药柱进去的,然而并未发生燃喷比暴涨的...
氧平衡真的不行,除了部分双基推进剂
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Fallen作者
5年10个月前
18楼
引用 h13:
……
ab胶基本都一样,只要有气味,都会产生气体(或者可挥发性)
另外,关于全面燃烧,我是真诚的提醒,不要小瞧高压下燃料的蹿火能力,你说的情况外燃面就相当于大气泡了,不要麻痹大意,只要不是原配,都会结合的不紧
嗯,可以直接用PVC管子作为模具,固化后就不用取下来了.
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xian333c
5年10个月前
19楼
引用 h13:
……
ab胶那么大的气味就是释放的气体(可挥发的)
我觉得楼主应该多次对比实验获得最佳比例
实测气味是AB胶中固化剂的气味,而固化剂的含量决定了固化速度。AB胶是日常使用的胶水,似乎民众对固化速度是有要求的2333333,固化剂疑似过量,或者固化剂本身具有少量挥发性。长时间放置就是没有味道了。
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FROZEN巨擘
5年10个月前
20楼
引用 xian333c:
0氧平衡主要问题在于产气量低,CO2相对分子质量44,连HCl的36.5都比CO2小,相比之下CO的相对分子质量就小多了。事实上RAP中AP分解的氧也只够环氧树脂生成CO。不是说0氧平衡不行,而是0氧平衡性能差。不要忘了AP分解的HCl的相...
你那个“分子质量”不能单纯的那样算的。。。
生成一氧化碳的热值是9200KJ/kg,生成二氧化碳是33120KJ/kg是前者的3.6倍,同时我们可以简单地认为,燃气的总体积变为原来的3.6倍,同时二氧化碳的相对分子质量只比一氧化碳大了1.6倍,这样算等效分子质量,生成二氧化碳时的等效分子质量只是前者的0.45倍,反而是大大降低了。
事实上,关于氧平衡对性能发挥的影响很复杂,书上也没有给出一个“标准”参考值,应该是满足需要为上。根据我自己的观点,应该是靠近零的负氧平衡比较好。
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xian333c
5年10个月前
21楼
引用 FROZEN巨擘:
你那个“分子质量”不能单纯的那样算的。。。
生成一氧化碳的热值是9200KJ/kg,生成二氧化碳是33120KJ/kg是前者的3.6倍,同时我们可以简单地认为,燃气的总体积变为原来的3.6倍,同时二氧化碳的相对分子质量只比一氧化碳大了1.6...
我指产气量0氧平衡不好,又没叫她完全生成CO。(就是那个RAP举例子)推进剂的氧平衡是要考虑燃烧温度和产气量,是取综合性能最好的23333
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xian333c
5年10个月前
22楼
引用 FROZEN巨擘:
你那个“分子质量”不能单纯的那样算的。。。
生成一氧化碳的热值是9200KJ/kg,生成二氧化碳是33120KJ/kg是前者的3.6倍,同时我们可以简单地认为,燃气的总体积变为原来的3.6倍,同时二氧化碳的相对分子质量只比一氧化碳大了1.6...
理解错了吧23333
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FROZEN巨擘
5年10个月前
23楼
引用 xian333c:
理解错了吧23333
可能吧,当科普了... ...
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h13
5年10个月前
24楼
引用 xian333c:
实测气味是AB胶中固化剂的气味,而固化剂的含量决定了固化速度。AB胶是日常使用的胶水,似乎民众对固化速度是有要求的2333333,固化剂疑似过量,或者固化剂本身具有少量挥发性。长时间放置就是没有味道了。
挥发的气体可能导致燃料中也有气泡
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mark42
5年10个月前
25楼
引用 h13:
挥发的气体可能导致燃料中也有气泡
而且小气泡会降低药柱机械性能
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xian333c
5年10个月前
26楼
引用 mark42:
而且小气泡会降低药柱机械性能
然后就要看燃料对气泡的抵抗程度,假如像RNX那样有些气泡也无所谓。假如像APER那样,喷燃比一高就BOOM(喷燃比低倒也还好2333)。
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mark42
5年10个月前
27楼
引用 xian333c:
然后就要看燃料对气泡的抵抗程度,假如像RNX那样有些气泡也无所谓。假如像APER那样,喷燃比一高就BOOM(喷燃比低倒也还好2333)。
再然后就是楼主的丙烯酸燃料了
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xian333c
5年10个月前
28楼
引用 mark42:
再然后就是楼主的丙烯酸燃料了
不知丙烯酸燃料对抗气泡的能力如何。从图中看气泡较少,喷燃比控制一下就应该安全了23333.
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xian333c
5年10个月前
29楼
提醒一下楼主,AB胶并非简单地丙烯酸+固化剂。事实上AB胶是用的是丙稀酸的衍生物,我看资料,在丙烯酸的衍生物中常用为粘接剂的物质燃烧需要的氧比丙烯酸多(具体忘了)。还有固化剂的成分也不知道。从发动机试车图中看到了无完全燃烧的气体补燃,说明有负氧平衡。所以现在的配方或许性能已经不错,有适当的负氧平衡,假如楼主有条件,请实验其他比例,并比较比冲。
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Fallen作者
5年10个月前
30楼
引用 xian333c:
提醒一下楼主,AB胶并非简单地丙烯酸+固化剂。事实上AB胶是用的是丙稀酸的衍生物,我看资料,在丙烯酸的衍生物中常用为粘接剂的物质燃烧需要的氧比丙烯酸多(具体忘了)。还有固化剂的成分也不知道。从发动机试车图中看到了无完全燃烧的气体补燃,说明有...
谢谢您的耐心指导,我也是有很多地方不明白的,下次我在做几次测试[s:323]
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FROZEN巨擘
5年10个月前 修改于 5年10个月前
31楼
化学式是:CH2=CHCOOR       也就是说LZ的化学式只是丙烯酸酯的特性官能团,对于真正的主链,也就是 R基,一般都是分子量几千的碳氢化合物,虽然一般都有苯环,但可以粗略的用化学式(CH2)n 来表示。事实上,CH2=CHCOO-  对于(CH2)n 来说应该是微不足道的,所以应该用(CH2)n来计算氧平衡,会更正确。
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Fallen作者
5年10个月前
32楼
引用 FROZEN巨擘:
化学式是:CH2=CHCOOR       也就是说LZ的化学式只是丙烯酸酯的特性官能团,对于真正的主链,也就是 R基,一般都是分子量几千的碳氢化合物,虽然一般都有苯环,但可以粗略的用化学式(CH2)n 来表示。事实上,CH2=CHCOO-...
抱歉,请问是不是:CH2=CHCOO=CH2=CH2=CH2。。。。。。=CH2呢?
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xian333c
5年10个月前
33楼
引用 Fallen:
谢谢您的耐心指导,我也是有很多地方不明白的,下次我在做几次测试
因为我没条件搞AP,看到你搞AP基的新推进剂说实话也很高兴。而且原材料更普通……看你成功自己也会很高兴(似乎高B些了)。
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Fallen作者
5年10个月前
34楼
引用 xian333c:
因为我没条件搞AP,看到你搞AP基的新推进剂说实话也很高兴。而且原材料更普通……看你成功自己也会很高兴(似乎高B些了)。
[s::)]
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xian333c
5年10个月前
35楼
引用 Fallen:
抱歉,请问是不是:CH2=CHCOO=CH2=CH2=CH2。。。。。。=CH2呢?
如他所说,直接将粘接剂的化学式当做(CH2)n即可(过度深究,说不定反而对脑子不好……)。假如这样算APAA其确实负氧平衡。
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xian333c
5年10个月前
36楼
建议LZ也试试加金属燃烧剂
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xian333c
5年10个月前
37楼
话说LZ的AP怎么搞的,问一下价格。我有钱了也会去试验。
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Fallen作者
5年10个月前
38楼
引用 xian333c:
话说LZ的AP怎么搞的,问一下价格。我有钱了也会去试验。
我的AP是很久以前买的,现在几乎都已经管制了,我建议您自己拿高氯酸和碳酸铵制取.
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Fallen作者
5年10个月前
39楼
引用 xian333c:
如他所说,直接将粘接剂的化学式当做(CH2)n即可(过度深究,说不定反而对脑子不好……)。假如这样算APAA其确实负氧平衡。
我知道了,大分子粘结剂的主要的分子链都是CH2对吧?
这样的话对于成千上万的分子来说,他们的"头"确实是微不足道.

下次我会重新算过看看,谢谢您的提醒^_^
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FROZEN巨擘
5年10个月前
40楼
引用 Fallen:
抱歉,请问是不是:CH2=CHCOO=CH2=CH2=CH2。。。。。。=CH2呢?
... 念在是准高中生就原谅你了吧,碳原子最外层四个电子,氧为六个电子,氢为一个,按照共价键的成键法则,正确的结构简式应该是 H2C=CHCOO-CH2-CH2-...-CH3 ,学到有机化学就懂了。
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Fallen作者
5年10个月前
41楼
引用 FROZEN巨擘:
... 念在是准高中生就原谅你了吧,碳原子最外层四个电子,氧为六个电子,氢为一个,按照共价键的成键法则,正确的结构简式应该是 H2C=CHCOO-CH2-CH2-...-CH3 ,学到有机化学就懂了。
哦.我知道了,我还没学有机化学,只知道"碳有四条腿"之类的,孤陋寡闻了[s:30]
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非死不可
5年10个月前
42楼
本人小学没念完,看不懂化学方程式,能讲通俗点吗?
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Fallen作者
5年10个月前
43楼
引用 非死不可:
本人小学没念完,看不懂化学方程式,能讲通俗点吗?
请问您是哪个地方不懂呢?
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正丰开来
5年9个月前
44楼
不需要看方程式,直接按量配比即可
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月影灬无痕
5年9个月前
45楼
ab胶的优点是快干,适合小量制作,大量制作的话还是环氧好,毕竟ab胶一瓶(含固化剂)也要3到5元的
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月影灬无痕
5年9个月前
46楼
这个想法我也有想过,一年前了,不过初中生一个,没钱搞啊!
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Fallen作者
5年9个月前
47楼
引用 月影灬无痕:
ab胶的优点是快干,适合小量制作,大量制作的话还是环氧好,毕竟ab胶一瓶(含固化剂)也要3到5元的
您好,不是说环氧树脂和高氯酸铵不行;以AP(高氯酸铵)基和环氧树脂组成的燃料不是很稳定,文章开篇已经阐述了理由。
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h13
5年9个月前
48楼
引用 Fallen:
您好,不是说环氧树脂和高氯酸铵不行;以AP(高氯酸铵)基和环氧树脂组成的燃料不是很稳定,文章开篇已经阐述了理由。
小心点还是可以的(比如说,不要学某人,他的rap没有真空除泡,中空扎歪,喷然比上千,还好没死)
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Fallen作者
5年9个月前
49楼
引用 h13:
小心点还是可以的(比如说,不要学某人,他的rap没有真空除泡,中空扎歪,喷然比上千,还好没死)
嗯,合格的RAP药柱,对于小型发动机应该还是没那么容易出问题的.
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厄密算符
5年9个月前
50楼
制作难度比KNDX还要小啊,多谢分享
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