Brevet FR2481265A1 — publié le 19811030

L'invention concerne un procédé de revêtement de granulés propulsifs mouillés au solvant avec des décélérateurs de vitesse de combustion pour la pré- paration de poudres propulsives à vitesse de combus- tion progressive destines à être utilisées cosme charge propulsive dans les munitions. Les matières propulsives à combustion progressive adaptées à l'emploi come poudres propulsives pour des muni-tions spéciales sont généralement préparées par addition d'un matériau or$anique9 qui est un gélatini- saut du composant nitrocellulose de la matière pro- pulsive, aux granulés de ladite matiàre et par agita- tion dudit mélange dans un tambour rotatif chauffé au-dessus du point de fusion du matériau organique ajouté. Le matériau organique se fluidifie au chauf- fage et recouvre la poudre. Pendant l'opération de revêtement, le mélange est habituellement nouilLé avec de l'eau. L'eau peut âtre ajoutée directement dans le tambour rotatif, ou peut être amemnée sous forme de vapeur condensée pendant le chaffage du mat&riau organique. Cette technique de revêtement est satis- faisante dans le cas des compositions propulsives du type à base simple ou à base double, c'est-à-dire de compositions propulsives se composant essentiellement de nitrocellulose et d'un plastifiant explosif tel que la nitroglycérine. Cette technique ne convient pas dans le cas des poudres propulsives qui contiennent, outre la nitrocellulose et un plastifiant explosif, des composants solubles dans l'eau par e=emple de la ni- troguanidine ou autres matériaux. Quand les composi- tions propulsives contenant de la nitroguanidine sont revêtues en pr6sence d'eau ou de liquides organiques, les composants solubles dans l'eau tels que la nitro- guanidine sont extraits par lizivation de la composi- tion propulsive et les caractéristiques de combustion de la poudre propulsive en sont affectées. Le brevet US 2 992 911 décrit un procédé de revê- 248 1265 tement de la surface d'une poudre propulsive contenant de la nitroguanidine pour préparer des compositions propuls- sives à combustion progressive. Selon ce brevet, la sur- face de la poudre propulsive contenant de la nitrocellu- lose, de la nitroglycérine et de la nitroguanidine est revêtue d'une composition décélératrice du taux de com- bustion, ledit procédé consistant à traiter la surface de la poudre avec une diéthyl-diphényl-urée symétrique en quantité suffisante pour former in situ un complexe chimique par interaction de la diéthyl-diphényl-urée avec ladite nitroguanidine dans une zone de concentra- tion diminuant intérieurement au seul voisinage de la surface de ladite poudre propulsive. Dans la pratique, la diéthyl-diphényl-urée est dissoute dans un non-sol- vant de la nitrocellulose tel que l'alcool éthylique et la solution obtenue est pulvérisée sur la poudre dans un tambour ou un récipient rotatif. La poudre propulsive à surface modifiée obtenue présente des caractéristiques de combustion progressive. Ses propriétés balistiques sont indiquées comme restant pratiquement inaltérées après un stockage de 6 mois à 650C. Le brevet US 3 743 554 décrit une méthode de re- vêtement décélérateur d'une poudre sans fumée utilisant certains polyesters linéaires comme milieu de décéléra- tion de la vitesse de combustion. Dans le procédé décrit dans ce brevet, on agite la poudre sans fumée dans un ré- servoir de mélange en présence d'eau contenant approxima- tivement 2 % de polyester comme décélérateur. Le décélé- rateur est ajouté sous forme de solution dans du chlorure de méthylène. Après addition du matériau de revêtement dans le récipient de mélange, on porte la suspension obtenue à 85-90oC pendant au moins 30 minutes. A la fin de cette période, le revêtement de la poudre sans fumée est terminé. Les matériaux décélérateurs de la vitesse de combustion en polyester linéaire employés dans le bre- vet US 3 743 554 sont formés par réaction de dialcools tels que l'éthyléneglycol, le polyéthyléneglycol, le 2 18 1265 propylèneglycol, le polypropylèneglycol,eet le néopentyl- glycol et similaires avec des acides dibasiques tels que les acides adipique, azélaîque, phtalique, sébacique et similaires. Le polyester a un poids moléculaire moyen allant d'environ 1500 à environ 30.000 et un point de fusion qui ne dépasse pas 87,80C. La demande de brevet allemand OS 2 060 052 publiée le 8 juin 1972 décrit un procédé de préparation de pou- dre propulsive à combustion progressive, par traitement de surface de cordons de poudre avec des matériaux de désensibilisation avant coupe aux dimensions définitives, ce qui fait que seules les surfaces externes des cordons sont désensibilisées. Selon ce procédé, les cordons de poudre contenant du solvant passent verticalement au-tra- vers de compartiments dans lesquels est effectué le trai- tement de surface par pulvérisation. Les cordons peuvent être séchés partiellement avant leur entrée dans les com- partiments de pulvérisation. On propose aussi d'effectuer le traitement de surface par traction des cordons de poudre au-travers de solutions adaptées. La présente invention concerne un procédé de pré- paration de granulés propulsifs à combustion progressive du type à simple base, double base et triple base, à partir de granulés mouillés au solvant, coupés sur des cordons de matière propulsive venant de l'étape d'extru- sion du procédé de fabrication de ladite matière. Les gra- nulés sont revêtus de décélérateurs avant séchage pour en éliminer les solvants de traitement. Le procédé consiste: (a) à mouiller toutes les surfaces des gra- nulés propulsifs mouillés au solvant avec un mélange de décélérateur de la vitesse de combustion et de sol- vant, ledit décélérateur étant choisi parmi la diméthyl- diphénylurée, la diéthyldiphénylurée, le diméthacrylate d'éthylène, le 2éthylhexoate de plomb et les polyesters linéaires susceptibles de diffuser dans les dits granu- lés propulsifs, les dits polyesters ayant un poids molé- culaire moyen d'environ 1500 à environ 30 000, un point 2. 1', 5, de fusion ne dépassant pas 87,8 C et ne migrant pratique- ment pas à l'intérieur dudit cordon propulsif a des températures inférieures à 65,6 C, à poursuivre le mouil- lage pendant une durée suffisante pour permettre au dé- célérateur de vitesse de combustion de pénétrer dans les granulés prcpulsifs, (b) a laver rapidement a l'eau les granulés propulsifs revêtus de décélérateur pour éliminer tout excès de mélange décélérateur solvant de leur surface et (c) a sécher les granulés revêtus ainsi obtenus. Les polyesters linéaires que l'on peut employer sont plus précisément ceux décrits dans le brevet US 3 743 554 et comprennent ceux formés à partir de dialcools tels que l'éthylèneglycol, le polyéthylèneglycol, le pro- pylèneglycol, le polypropylèneglycol et le néopentyl- glycol et des acides dibasiques tels que les acides adipique, azélalque, phtalique et sébacique. Le reste de cette citation est incorporé dans la présente demande à titre de référence. Le polyester préféré a un poids moléculaire moyen d'environ 6.600 et est préparé à partir de néopentylgly- col (49,9 %), d'acide adipique (34,9 %), d'acide palmiti- que (15,0 %) et d'acide stéaricoléique (0,3 %). Dans le procédé selon l'invention, les solvants qui peuvent être utilisés avec des décélérateurs de vi- tesse de combustion, doivent être des solvants non- aqueux et ne pas dissoudre la nitrocellulose et la nitro- guanidine à la température d'utilisation, non plus que les solvants et les dispersants des décélérateurs de vi- tesse de combustion. Le terme solvant utilisé dans la présente demande en relation avec les décélérateurs si- gnifie les solvants, solvants partiels et dispersants. Les solvants convenant bien dans le procédé selon la présente invention sont les alcools méthylique, éthylique, n-propylique, isopropylique, nbutylique et isobutylique; l'éther éthylique peut être employé comme solvant pour la diméthyldiphénylurée, la diéthyldiphénylurée et le dimétacrylate d'éthylène. L'éther éthylique est un solvant adapté pour le 2-éthyl-hexoate de plomb. Le chlorure de méthylène convient bien pour les décéléra- teurs a base de polyester linéaire. Les solvants préférés pour emploi avec les decólerateurs dans le procédé selon l'invention sont les alcools inférieurs décrits ci-avant, le solvant préférentiel etant l'alcool éthylique. Dans le procédé selon l'invention, les granulés propulsifs qui sont revêtus du décélérateur de vitesse de combustion sont mouilles au solvant et contiennent d'environ 12 % à environ i0 % en poids de solvant de procedé tels que les mélanges acétone-alcool éthylique ou éther éthyliquealcool éthyliqueo Du fait de la coupe, les granulés propulsifs mouillés au solvant contiennent du solvant et il n'est pas necessaire de ramollir les gra- nulés comme c'est le cas dans les procédés de la techni- que antérieure. Dans le procédé selon l'invention9 le décéléra- teur de vitesse de combustion est appliqué selon des quan- tités allant d'environ 0,2 e6 à environ % % en poids par rapport au poids des granulés propulsifs o Le pourcen- tage de décélérateur employé dépend de la durée de con- tact des granulés de matière propulsive avec le mélange de décélérateur et de solvant et de la concentration du décélérateur dans le mélange. Des durées de contact de l'ordre de plusieurs secondes à une minute sont généra- lement satisfaisantes pour des mélanges de solvant et de décélérateur contenant environ 33 % en poids de décélé- rateur. Lors du procéd6 selon l'invention, les granulés propulsifs peuvent être mouillés avec le mélange de décélé- rateur de vitesse de combustion et le solvant par tout moyen convenable tel que l'immersion des granulés propul- sifs dans un bain contenant une solution ou une disper- sion du décélérateur. Le procédé selon l'invention est conçu pour revêtir la totalité des surfaces extérieures et intérieures des granulés propulsifs. Les exemples suivants illustreront d'ailleurs bien l'invention. Dans ces exemples et dans la description les pourcentages indiqués sont donnés en poids sauf autrement mentionné. On prépare une composition propulsive selon des méthodes classiques de fabrication de compositions à double base, en utilisant, comme solvants de fabrica- tion, l'alcool éthylique et l'acétone. La composition propulsive est mélangée dans un mélangeur à lame Sigma, bloquée dans une presse de blocage et extrudée en cor- dons. La composition propulsive (non compris les sol- vants de fabrication) a la composition suivante TABLE I Nitrocellulose (12,6 % N) 28,0 % Nitroglycérine 22,5 % Nitroguanidine 47, 7 % Diéthyl- diph6nyl-urée 1,5 % Cryolite 0,3 % La composition propulsive contient environ 10-12 % en poids de solvants de fabrication. Le cordon propulsif mouillé au solvant ainsi préparé passe dans une machine de coupe o sont formés les granulés propulsifs mouillés au solvant. Ces granulés sont placés dans deux paniers à mailles et chaque panier est plongé dans un bain con- tenant une solution de décélérateur de vitesse de com- bustion contenant une partie de diéthyl diphénylurée et deux parties d'alcool éthylique. La durée de séjour des granulés dans la solution de décélérateur est de secondes (exemple 2) et de 15 secondes (exemple 3). Les paniers contenant les granulés propulsifs sont alors retirés du bain et les granulés sont immédiatement lavés à l'eau pour éliminer de leur surface tout excès de sol- vant et de décélérateur. Les granulés sont ensuite sé- chés à environ 600C pendant environ 24 heures pour en éliminer pratiquement la totalité du solvant de fabri- cation. Dans un but de contrôle, des granulés propulsifs de composition indiquée dans la table I sont plongés par immersion dans un bain ne contenant que de l'alcool éthylique (exemple 1). Les granulés sont ensuite séchés et glacés. On compare ces granulés dépourvus de décélé- rateurs de combustion avec les granulés selon l'inven- tion (exemples 2 et 3) tant dans des essais de combustion partielle que dans des essais ballistiques en bombe fermée dans lesquels on mesure de façon continue, à des pressions pouvant attendre 35.000 psi (2.413 x 105 Pa), la vitesse de changement de pression dp/dt (psi/milli- seconde). Les résultats de ces mesures sont rassemblés sur le dessin annexé dans lequel les pressions (en psi) sont portées en absisses et les dp/dt en -ordonnées, la courbe A correspondant aux conditions de l'exemple 1 (contrôle 15 sec. dans l'alcool), la courbe B à celles de l'exemple 2 (toute la surface revêtue - immersion 5 sec). et la courbe C à celles de l'exemple 3 (toute la surface revêtue - immersion 15 secondes). Les résultats des tests de combustion partielle sont rassemblés dans la Table 2. On voit que le décélé- rateur de vitesse de combustion pénètre dans la matière propulsive et est distribué de façon exponentielle, en quantité décroissante, depuis l'extérieur de la surface des granulés jusqu'à l'intérieur, ce qui donne des gra- nulés propulsifs à combustion progressive. TABLE 2 Granulés de départ Granulés après 0,254 mm*(brûlent) Exemple n Poids Revêtement Poids Revêtement grammes % ammes % 1 0,4439 0,00 0,4080 0,00 2 0,4544 3,33 0,4055 1,36 3 0,4511 3,00 0,3730 0,85 TABLE 2 (suite) Granulés après 0,635 mm*Granulés après (brûlent) 1,016 mm*(br lent Exemple n Poids Revêtement Poids Revêtement grammes grammes % 1 0,3158 0,00 0,2093 0,00 2 0,3249 0,42 0,2500 0,42 3 0,3221 0,54 0,2500 0,32 * Poids (en grammes) des blocs individuels initiaux et restant moyens et taux de revêtement (%). La combustion des granulés est arrêt6e à des points préétablis par mise hors feu, au moyen de disques de soufflage formes de clinquants en laiton (épaisseur en mm). 0,0254 mm d'épaisseur de clinquant correspond à environ 1 % en poids de composition propulsive brulée. Les données de l'essai en bombe fermée, mesur6es à 32,2 C sont rassemblées dans la table 3. On mesure,a quatre pressions différentes, trois échantillons des granulés propulsifs obtenus selon les exemples 1, 2 et 3. Ces données peuvent être utilisées pour démontrer que les rapports dp/dt à la pression sont décrits de façon pre- B cise par l'équation de puissance Y = AXB dans laquelle Y est la pression en pascals. X est dp/dt (pascal/millisecondes) B est la pente des courbes log-log de dp/dt par rapport à la pression et A est une constante dépendant de la géométrie des gra- nulés propulsifs, du revêtement de desacélérateur et de la composition des granulés. TABLE 3 Résultats de l'essai en bombe fermée - 32,2 C (dp/dt) kPa/msec Pression Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 (Pa) 1 2 3 1 2 3 1 2 3 34,474 2489 2516 2468 1765 1758 1765 1599 1551 1531 68,948 4399 4440 4385 3606 3585 3654 3378 3351 3303 103,421 6136 6198 6143 5468 5378 5592 5233 5261 5185 137,895 7764 7846 7798 7357 7315 7557 7136 7233 7136 Le proc6d6 selon l'invention r6duit l'exposition thermique de la composition propulsive en éliminant l'étape de séchage initial associé à la plupart des procéd6s de revêtement avec des décélérateurs. Les granulés propulsifs contenant le solvant de proc6dé ne doivent pas être ramol- lis par des solvants avant le revêtement avec des decélé- rateurs comme on le fait le plus souvent. Le procédé selon l'invention permet de revêtir l'ensemble de la surface des granulés propulsifs. - REVENDICATIONS - 1 - Procédé de préparation de granulés propulsifs à combustion progressive du type à simple base, double base et triple base à partir de granules mouilles au solvant coup6s sur des cordons de matière propulsive ve- nant de l'étape d'extrusion du procédé de fabrication de ladite matière, caractérisé en ce qu'il consiste: a) à mouiller toutes les surfaces des granulés propulsifs mouillés au solvant avec un mélange de décélérateur de vitesse de combustion et de solvant, ledit décéé1rateur étant choisi parmi la diméthyldiphénylurée, la diéthyldi- phénylur6e, le diméthacrylate d'éthylène, le 2-éthyl-he- xoate de plomb et les polyesters linéaires susceptibles de diffuser dans les dits granulés propulsifs, les dits polyesters ayant un poids moléculaire moyen d'environ 1500 à environ 30.000, un point de fusion ne dépassant pas 87,80C et ne migrant pratiquement pas à l'int6rieur dudit cordon propulsif à des températures inférieures à 65,60C, à poursuivre le mouillage pendant une durée suffisante pour permettre au décélérateur de vitesse de combustion de pénétrer dans les granulés propulsifs b) à laver rapidement à l'eau les granulés propulsifs revêtus de décélérateur pour éliminer tout excès de mé- lange décélérateur/solvant de leur surface, et c) à sécher les granulés revêtus ainsi obtenus. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant est choisi parmi les alcools méthy- lique, éthylique, n-propylique, isopropylique, n-buty- lique et isobutylique. 3 - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le solvant est l'alcool éthylique et le décélérateur de vitesse de combustion est un poly- ester linéaire d'un poids moléculaire moyen d'environ 1500 à environ 30. 000 et un point de fusion ne dépassant pas 65,60C. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le polyester linéaire est préparé par réaction d'un mélange contenant du néopentyl glycol, de l'acide adipique et de l'acide palmitique.