Brevet FR2485182A1 — publié le 19811224

Tubes combustibles contentant de la niti-ocellulose fabriques par des techniques papetières, leur procédé de fabrication et douilles combustibles ou semi-combustibles contenant de tels tubes. La présente invention conc@rne le domaine des munitions combustibles ou semi-combustibles ainsi que celui de leurs matériaux constitutifs. Plus précisément 1' l'invention concerne un procédé de fabrication par des techniques papetières de tubes combustibles contenant de la nitrocellulose ; l'invention concerne également à titre de produits nouveaux @ es tubes creux obtenus par le procédé selon 1 t invention ainsi que leur application à la confection de douilles semi-combustibles ou combustibles Depuis longtemps il est recherché dans le domaine de l'armement des munitions combustibles ou au moins semi-combustibles et notamment des douilles combustibles ou semi-combustibles. En effet dans les munitions classiques la douille est réalisée en un matériau métallique incombustible, en général du laiton.D'une part une telle douille est d'un prix de revient élevée notamment dans le cas des munitions pour armes de moyen et gros calibre, et d'autre part une telle douilles puisqu'incombustible, nécessite d'être extraite complètement de la culasse ce qui ne va pas sans poser un certain nombre de difficultés, notamment dans le cas des armes de petit calibre à grande cadence de tir, ou dans le cas des armes tirant à haute pression. L'homme de métier a donc été amené à rechercher des munitions comportant une douille entièrement combustible, ou au moins semis combustible et qui ne présentent pas les inconvénients sus-mentionnés et qui de surcroit apportent un supplément d'énergie de par leur combustion. De façon classique une douille se compose d'un corps central constitué essentiellement par un tube cylindrique creux, ce corps central étant ferme à l'une de ses extrémités par un culot comportant une amorce.On entend par douille semi-combustible une douille dans laquelle au moins le corps central est entièrement combustible et où seul le ctllot est incombustible D'une façon générale pour qu'unie douille soit parfaitement combus- tible il ne suffit pas qu'elle contienne des fibres organiques hydrocarbonées comme des fibres de cellulose, mais ii a ete constaté qutil faut qu'au moins une partie de ces fibres soient nitrées pour assurer une combustion parfaite et suffisamment rapide qui ne laisse pas de traces de produits imbrûlés dans l'arme. Diverses solutions ont déjà été proposes en vue de la réalisation de douilles combustibles. C'est ainsi que l'on a proposé de confec tonner des étuis combustibles à partir de fibres textiles an nitrant en continu des fibres textiles, en assemblant les fibres ainsi nitrées en rubans qui par enroulement autour d'un mandrin donnent des étuis de fibres nitrées. Cette technique est par exemple décrite dans le brevet français 2 074 832 mais est d'une mise en oeuvre complexe et délicate, ce qui limite considérablement son intérêt pour la fabrication en grande série d'étuis combustibles à bon marché. On a également proposé d'imprégner des feuilles de papier avec des latex contenant de la nitrocellulose et de confectiontler des etuis combustibles à partir des feuilles de papier ainsi imprégnées, mais une telle technique, par exemple décrite dans le brevet français 1 552 875, ne permet pas d'obtenir des étuis parfaitement homogenes car l'imprégnation du papier ne se fait pas de façon parfaitement homogène et par ailleurs la combustion de tels étuis laisse les résidus de cendres comme il -est dit dans les exemples du brevet 1 552 875, résidus qui encrassent très vite une arme. I1 a par ailleurs été proposé de fabriquer des douilles combustibles par moulage de compositions énergétiques contenant de la nitrocellulose. Cette technique, décrite par exemple dans les brevets français 2 240 258 et 2 278 660 au nom de la demanderesse, si elle donne satisfaction quant à la qualité technique des douilles combustibles obtenues, se prête mal aux treks grandes cadences qu'implique la production des munitions de petit et moyen calibre en raison des limitations inhérentes à toute technique de moulage du fait de l'immobilisation même des moules à ltoccasion de chaque opération. de moulage. On a également cherché à fabriquer des douilles combustibles par feutrage d'une suspension aqueuse contenant de la nitrocellulose en mélange avec des fibres.de cellulose, Cette technique est par exemple décrite dans le brevet français 2 234 113 au nom de la demanderesse. Cette technique donne d'excellents résultats pour-la fabrication de douilles destinées à des armes de gros calibre et devant être produites en quantités relativement faibles. Mais cette technique, d'une part de par les dimensions même des appareils nécessaires à sa mise en oeuvre, d'autre part de par ses limitations quant au débit de fabrication, se prête mal à la fabrication en grande série de douilles pour armes de petits et moyens calibres. Les diverses techniques existantes ne permettent donc pas à l'homme de métier de disposer d'un moyen de fabriquer simplement et en très grandes quantités des douilles combustibles ou semi-combustibles de calibres variés et qui brûlent en ne laissant aucun résidu solide. Il est par ailleurs intéressant de constater qu'il n'a jamais été proposé jusqu'a présent de fabriquer des douilles combustibles selon les techniques papetieres vraisemblablement en raison du préjugé qui veut que les fibres de nitrocellulose s'agglomèrent mal et ne se prêtent donc pas à la mise en oeuvre des techniques papetieres. Un seul document assez ancien fait état de la mise en oeuvre d'une suspension aqueuse contenant des fibres de nitrocellulose selon une technique papetière, il s'agit du brevet américain 1 896 642, mais ce brevet est exclusivement orienté sur la fabrication de poudres en grains, ou de blocs propulsifs cylindriques selon une technique papetière, et n'envisage à aucun moment la fabrication de douilles combustibles. Il a maintenant été découvert par la demanderesse qu'il est possible, à partir d'une suspension aqueuse contenant en mélange des fibres de-cellulose, des fibres de nitrocellulose et une résine, de fabriquer de façon simple et avec de grands débits, des tubes cylindriques parfaitement combustibles en utilisant les techniques papetières et que les dits tubes peuvent avantageusement constituer le corps central d'une douille combustible ou semicombustible. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication de tubes combustibles contenant de la nitrocellulose à partir d'une suspension aqueuse contenant un mélange de fibres de nitrocellulose et de cellulose en présence d'une résine, caractérisé en ce que les dites fibres sont mises sous forme de feuilles dans une machine à papier, que les feuilles ainsi obtenues sont éventuellement calandrées à chaud, puis séchées, bobinées et collées autour d'un mandrin et ensuite découpées en tubes. L'invention a également pour objet, à titre de produits industriels nouveaux les tabes combustibles contenant de la nitrocellulose obtenus par le procédé selon l'invention ainsi que leur application à la réalisation de douilles combustibles ou semi-combustibles caractérisées en ce que le corps central des dites douilles est constituée par un tube combustible selon l'invention. Le terme "douille" devant ici être pris dans son acceptation la plus large et incluant notamment les gargousses utilises en artillerie. Le procédé selon l'invention consiste essentiellement à fabriquer des feuilles de papier contenant des fibres de nitrocellulose et a enrouler et coller les dites feuilles autour d'un mandrin, et à decouper ensuite les feuilles ainsi enroulées et collées en tubes La fabrication des feuilles se fait à partir d'une suspension aqueuse contenant de le nitrocellulose, des fibres de cellulose, une résine et éventuellement un stabilisant comme la diphénylamine La présence d'une résine est indispensable car il a été observé qu'une suspension aqueuse à base de fibres de cellulose et de nitrocellulose peut-être traitée sur une machine à papier et donner une feuille homogne et possédant une cohésion parfaite à condition que les fibres aient été traitées avec une résine ayant flocule sur les fibres On peut utiliser comme résine dans la présente invention toute résine organique ayant la propriété de floculer sur les fibres de nitrocellulose et de cellulose et supportant un passage sur machine à papier.Les résines préférées selon l'invention sont les résines acryliques, les résines vinyliques les latex à base de butadiène comme les latex butadiène-styrène ou butadiène-acrylonitrile. On utilisera avantageusement comme cellulose des fibres de kraft, mais les autres fibres cellulosiques naturelles ou régénérées peuvent tout aussi bien convenir9 y compris les fibres de pâte mécanique ou mi-chimique ou encore les viscoses. On peut utiliser comme nitrocellulose toute nitrocellulose industrielle ayant un taux d'azote inférieur à 13,8 %. A coté des constituants de base soit lors de la formation du feutre soit par couchage, on peut rajouter d'autres constituants qui joueront le rôle de charge en fonction des propriétés finales désirées pour la feuille On peut ainsi par exemple rajouter des explosifs cristallises comme de l'hexogène ou de la pentrite, ou des agents de refroidissement. Les raports des différents constituants entre eux dans la suspension aqueuse peuvent varier dans de grandes proportions en fonction du type de matériaux combustibles désiré par l'homme de métier. Néanmoins certaines règles quant à la composition de la bouillie peuvent être enoncées. Il faut tout d'abord une quantité minimale de résine pour permettre une agglomération suffisante de la nitrocellulose, on a observé qu'il est nécessaire que la quantité pondérale de résine représente au moins S z de la quantité. pondérale de nitrocellulose et de cellulose seches utilisées, on utilisera de préférence une quantité voisine de 10 %.Les rapports pondéraux nitrocellulose seche par rapport à la cellulose sèche peuvent varier entre 80 : 10 et 10 : 80 et, de préférence entre 70 : 20 et 20 : 70. quant à la concentration des matières solides dans la suspension aqueuse, elle dépend essentiellement de la machine à papier utIlisée, des normes d'emploi conseillées par son constructeur et des spécifi- cations du produit recherché. Les constituants sont mélangés en présence d eau et, après flocula- tion et mûrissement de la réslra, opération qui dure en général 12 heures, sont traités sur ne machine à papier. On peut utiliser n'importe quel type dc machine à papier existant dans le commerce ou toute machine semblable utilisée pour la fabrication des non- tissés. A la sortie de la machine a papier la feuille obtenue est calandrée à chaud et séchée soit dans un.séchoir à papier si la feuille peut supporter, en raison de sa composition, les conditions de séchage, soit par un second passage sur des calandres à chaud.Les feuilles ainsi obtenues sont enroulées autour d'un mandrin, et collées de manière à former des tubes ayant l'épaisseur voulue. On peut enrouler des feuilles de même composition ou au contraire des feuilles de compositions différentes de maniere à obtenir des tubes dont la composition varie dans le sens de l'épaisseur La feuille externe peut avantageusement être une feuille de papier normal ou une feuille préalablement complexée, par exemple une feuille de papier sur laquelle est fixée un film métallique de maniere à assurer un inhibage externe du tube. Comme colle on utilisera de préférence des colles énergétiques et combus tibles comme par exemple les colles à base de nitrométhane, sans que ce soit là une nécessité absolue. Après collage des feuilles on découpe les tubes à la longueur désirée. Le procédé selon l'invention permet ainsi de produire en grande série et de façon simple et économique des tubes combustibles contenant des fibres de nitrocellulose. L'invention concerne également, à titre de produits industriels npuveaux, les tubes combustibles obtenus par le procédé selon l'invention. La composition de ces tubes peut-être très variée. En effet l'homme de métier peut jouer d'une part sur la composition de la suspension aqueuse et d'autre part sur le nombre et la nature des feuilles enroulées autour du mandrin Le calibre et la longueur de ces tubes peuvent être réglées à volonté en jouant sur le diamètre du mandrin, sur l'épaisseur des feuilles, sur le nombre de feuilles enroulées autour du mandrin et sur la cadence de coupe. Les tubes combustibles selon l'invention permettent la réalisation aisée de douilles combustibles ou semi-combustibles. En effet en fixant à une extrêmité du tube un culot muni drune amorce on obtient une munition semi-combustible, le corps de la douille brûlant sans laisser de résidus solides. De même, les tubes combustibles selon l'invention peuvent être utilisés à la réalisation de munitions entièrement combustibles. L'invention permet donc l'obtention simple et.peu onéreuse grâee -au fait qu'elle fait appel à des installations déjà existantes, avec des possibilités de grands débits de fabrication, de douilles semi-combustibles de calibres très variés. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple de mise en oeuvre donne ci-après à titre de simple illustration. Exemple : On a préparé une pâte ayant la composition suivante nitrocellulose (taux d'azote 13,2 Z) 64,7 parties en poids kraft 25,2 parties en poids résine acrylique 9 parties en poids diphénylamine 1,2 partie en poids Apres floculation et mûrissement de 12 heures la bouillie est placée en cuvier où elle est amenée à la concentration de 25 g/l et homogénéisée pendant 2 heures. La pâte est alors passée en machine à papier. En sortie de machine la feuille a une humidité de 48 Z, séchoir arrêté. La feuille est alors calandrée apres passage sur une plaque chauffante entre deux rouleaux portés à 900C, la vitesse de déroulement étant de 5 mètresjminute. Le règlage de la pression au premier passage est tel que la bande soit entraînée mais non écrasée.Après un premier passage, l'épais- seur de la feuille varie de. 0,28mm à 0,30 mm alors que son épaisseur à la sortie- de la machine à papier était de 0,45 mm. On effectue un deuxieme calandrage à chaud de maniere à terminer le séchage de la feuille, l'épaisseur de cette dernière étant alors de 0,22 mm. Les feuilles obtenues ont été découpées en rubans de 30 mm qui ont été enroulés en spirale sur un mandrin de diametre 12 mm à raison de trois couches superposées, collées à l'aide d'une colle vinylique, le grammage étant de 25 g/m2. Apres-encollage les cylindres obtenus ont été découpés en tubes de 80 nia de long. Avec une vitesse d'avancement de 10 metres/minute on a ainsi réussi à fabriquer 7 000 tubes/heure, ces tubes pouvant servir de corps à. la douille de calibre 12,7 mm. Ces tubes ont servi à confectionner une munition de calibre 12,7 mm ; pour ce faire on a muni le tube d'un culot classique en'laiton pour douille de 12,7, ainsi que d'un obus classique pour munition de 12,7. On a rempli le tube avec 44 g d'une poudre sphérique à base de nitrocellulose contenant 10 Z en masse de nitroglycérine, la poudre étant maintenue à l'aide d'une bourre en feutre. Dans ces conditions on a observé les résultats de tir suivants vitesse de l'obus à la sortie de l'arme : 880 m/s pression maximale dans l'arme : 2900 bars aucune trace de residu solide. À titre de comparaison, les résultats de tir d'une munition de calibre 12,7 chargée dans les mêmes conditions avec la même poudre mais avec une douille en laiton, sont les suivants - vitesse de l'obus à la sortie de l'arme : 880 m/s - pression maximale dans l'arme : 2 870 bars. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de tubes combustibles contenant de la nitrocellulose à partir d'une suspension aqueuse contenant un mélange de fibres de cellulose naturelle ou régénérée. et de nitrocellulose en présence d'une résine, caractérisé en ce que les dites fibres sont mises sous forme de feuilles dans une machine à papier et que les feuilles ainsi obtenues sont éventuellement calandrees à chaud, puis sont séchées. bobinées et collée autour d'un mandrin et ensuite découpées en tubes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérIsé en ce que la quantité pondérale de résine représente au moins 5 Z de la quantit: pondérale de nitrocellulose et de cellulose seches utilisées. 3. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que les rapports pondéraux nltrocellulose seche/cellulose seche sont compris entre 80 : 10 et 10 : 80. 4. A titre de produits industriels nouveaux les tubes combustibles contenant de la nitrocellulose obtenus par le procédé selon ltune quelconque des revendications 1 à 3. 5. Douilles combustibles ou semai combustibles, caractérisé en ce que leur corps est constitué par un tube combustible selon la revendication 4.