CH625196A5

CH625196A5 -

Info

Publication number: CH625196A5
Application number: CH1497177A
Authority: CH
Inventors: Philippe Roger Marie Ragon; Gerard Van Vooren
Original assignee: Poudres & Explosifs Ste Nale
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-07
Publication date: 1981-09-15
Also published as: BE862068A; AU3152477A; SE434392B; AU510550B2; IL53569A; SE7714423L; CA1090582A; DE2756259A1; DE2756259C3; GB1575120A; DE2756259B2; US4202713A; FR2374278A1; FR2374278B1

Description

La présente invention concerne les chargements unitaires de poudre propulsive constitués de grains de poudre à la nitrocellulose agglomérés ensemble et ayant les propriétés balistiques d'un chargement granulaire.

Les chargements granulaires de poudre à la nitrocellulose sont couramment utilisés dans les munitions pour armes de petits et moyens calibres.

On a déjà proposé de perfectionner ces chargements en agglomérant par compression les grains de poudre à la nitrocellulose en petits blocs à l'aide d'un liant inerte thermodurcissable, tel que le polyuréthanne, en vue d'augmenter la quantité de matière énergétique incorporée dans un volume donné du chargement et éventuellement de permettre la suppression de la douille ou de la cartouche de la munition, nécessaire dans le cas des chargements granulaires en vrac.

Toutefois, l'emploi d'un liant thermodurcissable pose des problèmes de fabrication et de conservation:

il faut introduire dans le moule une masse constante de matière pâteuse que constitue le mélange de poudre et de liant, et le moindre écart de poids' conduit à une variation des performances balistiques obtenues avec le bloc final ;

les caractéristiques de stabilité dimensionnelle du bloc se révèlent insuffisantes dans les conditions thermiques sévères dans lesquelles ont lieu l'emploi et le stockage du bloc. Or, les caractéristiques dimensionnelles ont une influence importante sur les propriétés balistiques et, avec le liant thermodurcissable, la stabilité dimensionnelle est mauvaise.

Par ailleurs, dans le cas où l'on désire un cycle de compression court, la vie en pot à 20°C des liants thermodurcissables est faible, ce qui limite leur intérêt industriel.

On a également proposé d'agglomérer les grains de poudre à la nitrocellulose par de la nitroglycérine, laquelle est un agent plastifiant énergétique de la nitrocellulose; la quantité de nitroglycérine utilisée est néanmoins importante: de 20 à 50% en poids par rapport à la nitrocellulose. Or, on sait que la nitroglycérine présente une forte tendance à s'exsuder du bloc, c'est-à-dire à migrer de l'intérieur du bloc vers la périphérie de celui-ci. Cette exsudation entraîne non seulement une modification de la composition en certains points du bloc, donc une perturbation des performances balistiques de ce bloc, mais encore les minuscules gouttelettes de nitroglycérine exsudée à la périphérie de ce bloc risquent de détoner au moindre choc. De plus, les poudres contenant de la nitroglycérine sont trop fortes et trop vives, et elles sont trop érosives.

La présente invention a pour objet un chargement unitaire de poudre propulsive, constitué de grains de poudre à la nitrocellulose agglomérés ensemble, ne présentant pas les inconvénients précités.

A cet effet, selon l'invention, les grains de poudre à la nitrocellulose sont agglomérés ensemble à l'aide d'un plastifiant gélatinisant de la nitrocellulose, liquide à une température inférieure ou égale à 80° C, ledit plastifiant gélatinisant étant présent en quantité ne dépassant pas 7% en poids par rapport à la nitrocellulose.

Un plastifiant gélatinisant possède, outre la propriété de plastifier la nitrocellulose à la température ordinaire, celle de faire disparaître d'une manière irréversible la structure ordonnée de la nitrocellulose à une température supérieure à l'ambiante (de 40 à 100° C environ).

Plus particulièrement, le plastifiant gélatinisant peut être:

a) des esters de glycérol, de masse moléculaire faible, notamment l'acétate de glycérol, le diacétate de glycérol ou le triacétate de glycérol, encore dénommés monoacétine, diacétine ou triacétine;

b) des polyesters d'alcools à chaîne courte, comportant des groupements hydroxyles libres, de masse moléculaire inférieure à 1500, notamment des polyadipates et des polysuccinates d'alcools à chaîne courte;

c) des carbonates organiques, notamment le carbonate d'allyle et de diéthylèneglycol de formule:

ch2-ch2o-c-o-ch2-ch=ch2

o d) des diisocyanates aliphatiques téléchéliques, notamment l'hexaméthylène diisocyanate.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication des chargements unitaires de poudre propulsive en grains de poudre à la nitrocellulose, agglomérés par un plastifiant gélatinisant de la nitrocellulose, un tel procédé comportant les étapes suivantes:

a) imprégnation des grains de poudre à la nitrocellulose à l'aide du plastifiant gélatinisant par malaxage desdits grains avec ledit

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plastifiant gélatinisant, utilisé en quantité ne dépassant pas 7% en poids par rapport à la nitrocellulose, jusqu'à absorption complète du plastifiant gélatinisant par les grains de poudre à la nitrocellulose, mais sans qu'il y ait agglomération desdits grains;

b) stabilisation des grains de poudre ainsi imprégnés par repos à température ambiante allant de 1 j à plusieurs dizaines de jours,

après tamisage;

c) chargement des grains de poudre ainsi stabilisés dans un moule maintenu à une température de 70 à 95° Ç, préchauffage puis compression des grains à une pression de 120 à 1000 bars à cette température, refroidissement et démoulage du chargement unitaire ainsi obtenu. La température du moule peut être de préférence voisine de 80°C. La compression des grains peut s'effectuer de préférence à une pression de 300 à 500 bars. En outre, on peut effectuer un graphitage éventuel desdits grains quelques jours après l'imprégnation. Lorsque le plastifiant gélatinisant est un diisocyanate, la phase de stabilisation ne devrait pas excéder une dizaine de jours et peut durer préférentiellement de 2 à 3 j, alors que, lorsque le plastifiant gélatinisant est un polyester, la phase de stabilisation peut durer préférentiellement plusieurs dizaines de jours.

Enfin, on peut prévoir une quatrième phase qui consiste en une cuisson complémentaire dudit chargement unitaire.

Les avantages que l'on peut réaliser grâce à l'invention sont nombreux. L'un d'eux est l'agglomération des grains de poudre à la nitrocellulose à l'aide d'un plastifiant, qui présente un pouvoir gélatinisant vis-à-vis de la nitrocellulose et qui est utilisé à un taux faible ne dépassant pas 7% en poids par rapport à la nitrocellulose, permet d'obtenir des chargements unitaires ayant pratiquement le potentiel énergétique de la nitrocellulose de départ.

Ainsi, en partant d'une poudre à la nitrocellulose d'un taux d'azote de 13,2% et d'un potentiel de 1000 cal, on obtient selon l'invention des chargements unitaires de potentiel pouvant atteindre 950 cal sans qu'il soit nécessaire d'incorporer à ces chargements un agent énergétique, notamment la nitroglycérine.

Par contre, avec un taux de plastifiant gélatinisant supérieur à 7% en poids par rapport à la nitrocellulose, on note une chute importante du potentiel. Ainsi, avec 20% de triacétine, le potentiel du chargement unitaire obtenu ne dépasse pas 600 cal/g.

De plus, avec un taux de plastifiant ne dépassant pas 7%, le chargement se fragmente et brûle instantanément comme une poudre en vrac. Avec un taux supérieur à 7%, le chargement se fragmente de plus en plus mal au fur et à mesure que le taux de plastifiant augmente et finit par brûler progressivement suivant un front de flamme. La titulaire a pu constater que si le taux de plastifiant augmente, et notamment dépasse 7%, le bloc se fragmente mal, et l'on peut observer sur un carton de tir la présence de gros trous dus à de gros imbrûlés, ce qui montre que le bloc se fragmente mal et commence à brûler comme un bloc compact et non plus comme un chargement en vrac.

Selon l'invention, la vie en pot des compositions est nettement meilleure que celle des granulés de poudre à la nitrocellulose mélangés à une résine thermodurcissable, car lesdits granulés, une fois imprégnés du plastifiant gélatinisant, peuvent être stockés pendant longtemps à la température ambiante, avant la phase de préchauffage et de compression.

De plus, selon la présente invention, l'absence d'agent énergétique rend le procédé moins dangereux et permet d'appliquer des pressions d'agglomération plus importantes.

De même, selon l'invention, les grains de poudre à la nitrocellulose imprégnés de plastifiant gélatinisant sont secs au moment de l'opération d'agglomération, ce qui en facilite la manipulation, en particulier lors de la pesée des charges et du remplissage des moules. Par contre, dans le procédé antérieur d'agglomération de la poudre à la nitroglycérine, les grains de poudre sont collants et difficiles à manipuler.

Par ailleurs, les chargements unitaires selon l'invention sont des chargements fragmentables en cours de combustion et sont de ce fait plus progressifs que les chargements en vrac usuels, c'est-à-dire que,

pour une pression maximale donnée, leur loi de débit gazeux est mieux répartie dans le temps que pour un chargement classique.

En outre, ces chargements unitaires contiennent une quantité beaucoup plus grande de matière énergétique sous un volume donné que les chargements en vrac.

Enfin, ces chargements unitaires possèdent une stabilité dimen-sionnelle thermique bien supérieure à celle des chargements obtenus à l'aide d'un liant du type résine thermodurcissable.

On décrit l'invention dans les exemples non limitatifs qui suivent. t

Exemple 1:

La poudre de départ est une poudre en grains à la nitrocellulose non lissée, non graphitée, ayant un taux d'azote de 13,2%,

contenant 1 % de diphénylamine comme stabilisant et 0,3% de K2S04 comme agent antilueur.

Les grains sont de forme tubulaire de 1,15 mm de diamètre extérieur, de 0,15 mm de diamètre intérieur et de 1,3 mm de longueur.

Malaxage: Dans un malaxeur, on introduit la poudre à la nitrocellulose ci-dessus définie et de la triacétine, ajoutée par petites fractions, à un taux de 3,5% en poids par rapport à la poudre à la nitrocellulose; on malaxe jusqu'à absorption complète de la triacétine par les grains de poudre à la nitrocellulose. A la fin du malaxage, les grains de poudre doivent être bien séparés les uns des autres et non pas agglomérés en agrégats.

Tamisage: La poudre imprégnée de triacétine est tamisée 24 h après malaxage au travers d'un tamis à mailles carrées de 2 mm d'ouverture, pour éliminer les agrégats éventuels.

Graphitage: La poudre, imprégnée de triacétine et tamisée, est graphitée. Le graphitage a pour but de faciliter le glissement des grains de poudre les uns sur les autres et d'assurer la reproductibilité du chargement en moule, donc la reproductibilité balistique.

Stabilisation: Après graphitage, la poudre est laissée au repos pendant 3 j à la température ambiante, pour que les grains ne soient plus collants mais bien secs.

Chargement en moule: Le moule utilisé est du type classique, comprenant un corps tubulaire cylindrique associé à deux poinçons mobiles, formant le fond et le couvercle du moule, et à un noyau central, dont les extrémités sont engagées dans les alésages axiaux desdits poinçons. Le déplacement des poinçons est commandé par des vérins.

La mise en température du moule et son refroidissement sont assurés par un circuit à circulation de fluide de chauffage ou de refroidissement.

On prépare le moule en enduisant l'intérieur du moule, les poinçons et le noyau d'un agent de démoulage.

On pèse 65 g de poudre à la nitrocellulose imprégnée de triacétine et stabilisée comme décrit ci-dessus, on l'introduit dans le moule et on la préchauffe à 80° C pendant 15 mn par mise en circulation du fluide de chauffage. Cette poudre est ensuite comprimée sous 500 bars. La durée de la compression est de 15 mn à la température de 80° C.

Refroidissement, démoulage, cuisson complémentaire: On refroidit le bloc encore sous pression par mise en circulation du fluide de refroidissement, puis on démoule ledit bloc et on le soumet à une cuisson complémentaire de 48 h à 70e C environ.

On obtient finalement un bloc cylindrique creux d'un poids de 65 g, utile pour munition de calibre 30 mm.

Ce bloc, monté dans une douille métallique de calibre 30 mm avec un obus de 236 g, tiré à l'aide d'une amorce électrique et de 1,5 g de poudre d'appoint dans le canal central du bloc, a donné les résultats suivants (la poudre d'appoint servant à allumer le bloc et à initier sa fragmentation):

nombre de coups: 6,

pression maximale moyenne (mesurée par capteur piézoélectrique): 3108 bars,

vitesse mesurée à 25 m de la bouche du canon: 869 m/s.

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Par ailleurs, le potentiel de la poudre agglomérée en bloc est de 950 cal/g (contre 1000 cal/g pour la poudre en vrac de départ).

A titre comparatif, la poudre en vrac de grains de nitrocellulose de départ, adaptée à la munition et tirée avec les mêmes éléments (projectile, amorce, douille, laquelle ne peut contenir que 52 g de poudre en vrac compte tenu du volume perdu en vide), a donné les valeurs suivantes:

pression maximale moyenne (mesurée par capteur piézoélectrique): 3000 bars,

vitesse mesurée à 25 m de la bouche du canon: 790 m/s.

Exemple 2:

La poudre de départ est une poudre en grains à la nitrocellulose, non lissée mais graphitée, ayant un taux d'azote de 13,2% et contenant 1 % de diphénylamine comme stabilisant.

Les grains sont de forme tubulaire de 1,22 mm de longueur, de 0,82 mm de diamètre extérieur et de 0,17 mm de diamètre intérieur.

On opère, comme décrit dans l'exemple 1, en utilisant cette fois 5% en poids de diacétine par rapport à la poudre à la nitrocellulose.

Ce bloc, monté dans une douille métallique de calibre 30 mm avec un obus de 236 g, tiré à l'aide d'une amorce électrique et de 0,3 g de poudre d'appoint dans le canal central du bloc, a donné les résultats suivants:

s pression maximale moyenne (mesurée par capteur piézoélectrique): 2830 bars,

vitesse mesurée à 25 m de la bouche du canon: 846 m.

Par ailleurs, le potentiel de la poudre agglomérée en bloc est de 930 cal/g.

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Exemples 3 à5:

Ces exemples concernent la fabrication de blocs selon l'invention à l'aide de divers plastifiants.

15 La poudre de départ est la poudre à la nitrocellulose décrite dans l'exemple 2.

On a opéré comme décrit dans l'exemple 1 à l'exception de la phase de tamisage qui n'a pas eu lieu.

On a fabriqué des blocs cylindriques pleins de diamètre 30 mm. 20 Les caractéristiques propres aux blocs de chaque exemple figurent dans le tableau ci-dessous.

Exemple

Plastifiant

Taux de plastifiant en % en poids de la poudre

Masse utilisée pour la fabrication du bloc

Temps de stabilisation

Hauteur du cylindre

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Formrez 15/22*

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20 g

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23 mm

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Carbonate d'allyle et de diéthylèneglycol

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23 mm

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Hexaméthylène diisocyanate

3%

65 g

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75 mm

*Le Formrez 15/22 est un polyadipate de glycol commercialisé par la firme Witco Chemical.

Claims

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1. Chargement unitaire de poudre propulsive notamment pour munitions pour armes de petits et moyens calibres, constitué de grains de poudre à la nitrocellulose agglomérés ensemble, caractérisé en ce que lesdits grains de poudre à la nitrocellulose sont agglomérés ensemble à l'aide d'un plastifiant gélatinisant de la nitrocellulose, liquide à une température inférieure ou égale à 80°C, ledit plastifiant gélatinisant étant présent en quantité ne dépassant pas 7% en poids par rapport à la nitrocellulose.

2. Chargement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plastifiant gélatinisant est un ester de glycérol de masse moléculaire faible, notamment la monoacétine, la diacétine, la triacétine.

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REVENDICATIONS

3. Chargement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plastifiant gélatinisant est un polyester d'alcool à chaîne courte comportant des groupements hydroxyles libres, de masse moléculaire inférieure à 1500, notamment des polyadipates et polysuccina-tes.

4. Chargement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plastifiant gélatinisant est un diisocyanate aliphatique téléchélique, notamment l'hexaméthylène diisocyanate.

5. Chargement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plastifiant gélatinisant est un carbonate organique, notamment le carbonate d'allyle et de diéthylèneglycol.

6. Procédé de fabrication des chargements unitaires de poudre propulsive en grains de poudre à la nitrocellulose, agglomérés par: un plastifiant gélatinisant de la nitrocellulose selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:

a) imprégnation des grains de poudre à la nitrocellulose à l'aide du plastifiant gélatinisant par malaxage desdits grains avec ledit plastifiant gélatinisant, utilisé en quantité ne dépassant pas 7% en poids par rapport à la nitrocellulose, jusqu'à absorption complète du plastifiant gélatinisant par les grains de poudre à la nitrocellulose, mais sans qu'il y ait agglomération desdits grains;

b) stabilisation des grains de poudre ainsi imprégnés par repos à la température ambiante allant de 1 j à plusieurs dizaines de jours, après tamisage;

c) chargement des grains de poudre ainsi stabilisés dans un moule maintenu à une température comprise entre 70 et 95°C, préchauffage puis compression des grains à une pression comprise entre 120 et 1000 bars à cette température, refroidissement et démoulage du chargement unitaire ainsi obtenu.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans la phase c), la température du moule est voisine de 80° C et en ce que la pression est comprise entre 300 et 500 bars.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans la phase b), après le tamisage, lesdits grains de poudre sont graphités.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'après la phase c) prend place une quatrième phase d) qui consiste en une cuisson complémentaire dudit chargement unitaire.