Главная | Технологии => Композиционные материалы => Ватман
Первое применение в моей практике пропитки ватмана силикатом натрия
Проблема Решение Выводы

Проблема: В начало

Рисунок 1 - Схема разрушения многослойного бумажного композита
Схема разрушения многослойного бумажного композита

Изначально в школе я использовал простые корпуса для двигателей ракет в виде трубы с заглушками. Труба была из нескольких слоёв бумаги – ватмана, а заглушки всякие: многослойные из ватмана, гипсовые, деревянные и т.д. Заглушки вклеивались в концы трубы. Для всего использовался силикатный (канцелярский) клей. На практике пришлось столкнуться с извечной прям проблемой: вышибание этих самых заглушек, и проблема была почти неразрешимой. Использовал и клей ПВА, но это ничего не давало. Даже суперклей не помогал вклеить заглушки прочно. Хуже всего был даже не сам факт их вышибания, а практическая невозможность рассчитать их на прочность. Ставил опыты на срез один к одному собранная система: труба + заглушка, на неё пуансон, на пуансон ножка стула и на стул вставал и давил, что было сил, но не выдавливалась заглушка. А под давлением, причём по-разному, она всё равно вылетала. Практически из всех разрушений корпуса, вышибаний приходилось в десять раз чаще, чем взрывов, что говорит о явно слабом месте крепления самих заглушек. Ещё серьёзней дело было, когда длина самой заглушки была в несколько раз больше её диаметра, а её всё равно вышибает, и, причем порой очень даже легко (о чём свидетельствовала маленькая высота подброса корпуса ракеты, порой всего 2-3м). Десятки экспериментов под давлением также ничего не дали. Идеи типа: клей не просох, плохо склеилось, зазоры, влажный воздух и прочие, все были отработаны экспериментально и безрезультатно, всё заканчивалось вышибанием. Испытание на срез двух склеенных полосок из ватмана всеми возможными клеями давали очень высокие результаты, вполне приемлемые, чтобы выдержать давление. Возможно, причина была в деформации бумажного корпуса под давлением, но на диаметре всего 10мм это вроде фигня. Возможно, работало сразу несколько факторов, и влажность, и зазоры, и деформации, и чёрт его знает ещё что.

Решение: В начало

Рисунок 2 - Схема пропитывания слоёв ватмана.
Схема пропитывания слоёв ватмана

Но однажды, я сел и просто подумал, глядя на кучу разрозненных корпусов и вышибленных заглушек, и увидел, что у них у всех без исключения есть один общий фактор разрушения. Срез всегда происходил по слою ватмана, принадлежащего всегда самому бумажному корпусу, а именно его внутреннему слою. Ни в одном случае не срезало по слою клея!

Естественно сразу же пришла идея запихнуть клей прямо в поры ватмана и тем самым повысить его напряжения на срез. Здесь быстро нарисовались два типа клеёв: растворимые неорганические и полимерные на жидких растворителях. ПВА, увы, вылетел из списка, так как представляет собой водную эмульсию, и его частицы просто фильтруются плотным ватманом. Наиболее дешёвым и простым оказался именно силикатный клей, с него я и начал изучение процесса пропитки. Сначала я просто пропитывал концы свёрнутой, ещё не склеенной, развёртки корпуса в силикате на глубину посадки заглушки.

Рисунок 3 - Схема пропитывания слоёв ватмана.
Схема пропитывания слоёв ватмана

В 11кл. я испытал две склеенные и пропитанные силикатом многослойные полоски из ватмана. Площадь склеивания была 25мм2 (5х5мм), образец никак не порвался, весы зашкалило килограмм за 20 (они тока до 10кг!), точно не помню. Весы, разумеется, сломались, их пришлось выкинуть. А испытание на срез так до сих пор я и не проводил, из-за слишком больших нагрузок. Опытный образец на порохе с трубой 20мм внутреннего диаметра и отверстием диаметра 3мм, подожженный с торца, не взорвался, и не вышибло ни одной заглушки (одна была из крученой бумаги, также пропитанной силикатом, другая из гипса). Точных параметров этой болванки не помню, но сделал я её так, как бы раньше на практике дело точно закончилось взрывом или вышибанием.

Рисунок 4 - Схема пропитывания слоёв ватмана.
Схема пропитывания слоёв ватмана

В дальнейшей моей практике я уже вообще не помню ни одного случая вышибания заглушек с нагрузкой на срез! Более того, удалось убедиться ещё и в том, что пропитка силикатным клеем ватмана не только увеличивает его плотность и массу корпуса в 1,5 раза, но и вдвое повышает напряжение на разрыв. А это означает, что данный материал более предпочтителен для тонкостенных корпусов, чем просто ватман, так как при той же массе пропитанный ватман держит в 1,5 раза большую нагрузку, чем не пропитанный.

Также были попытки проделать тоже самое, используя простой лак, как связку для волокон, но я столкнулся с массой проблем: длительная сушка, большая усадка. Это пока не позволяет использовать лаки как заменитель силиката, уж слишком муторно.

На данный момент мной разработана новая технология пропитки бумаги силикатным клеем при средней температуре раствора силиката натрия (50°С-70°С). Это даёт более высокое качество, без образования плёнки на поверхности раствора и без излишков силиката на поверхности ватмана с приемлимым временем пропитывания 5÷10мин.

Выводы В начало

1. В результате разработки бумажного корпуса для двигателей была обнаружена проблема, связанная с сильно недостаточной прочностью узла крепления заглушек или днищ к цилиндрическому корпусу (обечайке).

2. В процессе множества проведенных экспериментов по реализации различных вариантов креплений заглушек или днищ был обнаружен факт разрыва структуры бумаги в простом телескопическом варианте соединений.

3. В итоге было принято решение о повышении структурной прочности бумаги за счёт введения в её поры дополнительных связующих материалов, упрочняющих структуру бумаги.

4. В результате чего был получен значительный положительный эффект в заметном и многократном увеличении прочности данного типа соединений заглушек или днищ.

5. Количественная оценка прочности соединения не проводилась. Влияние данной конструкции исполнения заглушек или днищ на общую прочность корпуса исходя из условия, равнопрочности всей конструкции корпуса двигателя, пока не известно.

SashaMaks © 01.01.2002
Любительские высотно-скоростные ракеты 1996-2016