Brevet FR2543540A1 — publié le 19841005

-,v 2543540 Ch ARGM Ev NT PROPULSIF COMPRIME POUR MUNITIONS ET PROCEDE DE PREPARATION. Le secteur technique de la présente invention est celui des char- gements propulsifs comprimés pour munitions avec douille combustible ou non ou sans douille compreinanlt des poudres nitrocellulosiques. Pour réaliser des chargements propulsifs comprimés, il est bien co Innu d'utiliser divers liants polymères pour agglomérer sous pression l'ensemble des grains de la poudre Parmi ceux-ci on peut citer les poly- urethanes, les polyesters, des carbonates organiques etc, que l'on uti- lise avec la plupart des explosifs Cependant, les polyuréthanles sont pré- férés en raison de leurs bolnnes propriétés mécaniques et on les associe généralement aux poudres nitrocellulosiques, à l'hexogène, au dinitroto- luène etc Toutefois, il faut que le polyuréthane soit compatible avec l'explosif utilisé On prépare d'abord le mélange constituant du polyuré- thane, par condensation d'un polyisocyanate avec un polyol ou une amine poly- fonctionnelle On enrobe ensuite l'explosif à l'aide du polyuréthane en pré- cipitanlt par exemple le liant sur les grains de poudre et on comprime ulté- rieurement la composition obtenue Toutefois, les propriétés mécaniques du chargement obtenu dépendent fortement du contrôle délicat du degré de réti- culation du polymère. De nombreux documents décrivent ce type de chargement Ainsi, le brevet dméricain 4 263 070 décrit un chargement propulsif à base d'hexogène (Hf IE) et de polyuréthane selon les pourcentages en masse respectifs de 65 à % et de 35 à 10 %. Le brevet américain 3 948 697 décrit un chargement analogue dans le- quel le liant est constitué par un polyuréthane obtenu par réaction d'un iso- cyanate polyfonctionnel et d'un polyol, et l'explosif par la nitrocellulose, l'hexogène etc L'inconvénient principal de ces chargements appliqués à une muni- tion sans douille, réside dans le fait que le liant ne confère pas à ceuxci une résistance mécanique et surtout une stabilité dimensionnelle suffisantes aux différentes températures d'emploi de la munition. De plus, la viscosité de la matière d'enrobage utilisée est diffi- cile à adapter au travail d'enrobage des poudres et de chargement du moule de compression, tout en obtenant une durée de mise en oeuvre industrielle acceptable; ces deux conditions sont très difficiles à concilier. -2- Le brevet français 2 374 278 décrit un chargement propulsif com- prime dans lequel les grains de poudre à la nitrocellulose sont agglomérés ensemble à l'aide d'un plastifiant gélatinisant de la nitrocellulose Parmi ces plastifiants, on cite les diisocyanates aliphatiques téléchéliques et notamment l'hexaméthylène diisoc-anate Le procédé de fabrication des chargements unitaires comprend une étape d'imprégnation des grains, une étape de stabilisation, une étape de chargement-compression et éventuellement une étape de cuisson Toutefois, en dépit des résultats annoncés, on n'a jamais pu produire industriellement des chargements ayant la composition au-oncée et préparés selon la procédé décrit. Le but de la présente invention est de proposer un nouveau charge- mnient dont la réalisation industrielle est facilitée tout en assurant une stabilité dimensionnelle dans les conditions de température ou de cycles thermohygrométriques applicables aux munitions, et dont les performances balistiques sont accrues. L'invention a donc pour objet un chargement propulsif comprimé pour munitions comprenant une poudre nitrocellulosique et une matière d'enrobage, caractérisé en ce que la matière d'enrobage est constituée par un mélange d'isocyanates aliphatiques polyfonctionnels dont la viscosité est comprise entre environ 0,08 et 1 Pascal par seconde,et la poudre nitrocellulosique par un mélange de grains tubulaires de dimensions différentes, selon les pour- centages en masse respectifs de 0,2 à 7 % et 99,8 à 93 %. Le mélange d'isocyanates aliphatiques peut être constitué par l'he- xaméthylène diisocyanate et le biuret de formule: C O -NH (CI) NC O i CO-N (CH 2) F-NC O O Crl-(CH 2)N-CO NH (CH 2) -NC O selon les pourcentages en masse respectifs de 10 à 40 % et 90 à 60 %. Le mélange d'isocyanates aliphatiques peut comprendre 25 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate et 75 % en masse de biuret. Le mélange d'isocyanates aliphatiques comprend 40 % en masse d'hexa- méthylène diisocyanate et 60 % en masse ae biuret. La poudre nitrocellulosique peut être constituée de grains multitu- bulaires et de grainsmonoibrulaires selon les pourcentages en masse respec- tifs de 60 à 90 % et 40 a 10 %. -3 2543540 La poudre nitrocellulosique peut être constituée de grains mono- tubulaires longs de 5 mm environ et de grains monotubulaires courts de 1, 7 mmn environ selon les pourcentages en masse respectifs de 40 à 70 % et à 30 %. Le chargement propulsif peut comprendre 95 % en masse de poudre nitrocellulosique constituée de 60 % en masse de poudre monotubulaire longue et de 40 % en masse de poudre monotubulaire courte d'ule part, et 5 % en masse de matière d'enrobage constituée de 25 % en masse d'hexaméthylène diisocya- nate et de 75 % de biuret d'autre part. Le chargement propulsif peut comprendre 99,4 % en masse de poudre nitrocellulosique constituée de 68 % en masse de poudre multitubulaire et 32 % en masse de poudre monotubulaire d'une part, et 0,6 % en masse de matière d'enrobage constituée de 40 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate et de 60 % en masse de biuret. L'invention concerne également un procédé de préparation d'un char- gement selon lequel on peut former un gel à chaud par mélange de la poudre nitrocellulosique avec les isocyanates à une température comprise entre envi- ron 40 et 80 C, on comprime dans un moule le mélange obtenu que l'on soumet à une cuisson à cette même température durant 30 minutes à 2 heures environ. Selon une variante, on peut mélanger la poudre nitrocellulosique avec les isocyanates, on introduit le mélange obtenu dans une douille combus- tible ou non, on comprime le chargement dans la douille et on laisse polymé- riser à température ambiante. Un avantage de la présente invention réside dans le fait que le chargement propulsif est doué de performances balistiques supérieures à cel- les des chargements connus, et plus simple à fabriquer par réduction du nombre d'étapes habituellement mises en oeuvre. Un autre avantage de la présente invention réside dans le fait que les isocyanates aliphatiques polyfonctionnels dissolvent superficiellement les grains de nitrocellulose, ce qui permet de les souder ensemble intimement lors de la compression ultérieure Il n'y a donc pas agglomération des grains par un liant comme dans le cas des liants polyuréthanes. Un autre avantage de l'invention est que la viscosité de la matière d'enrobage peut être ajustée à volonté, ce qui permet un choix très précis de celle-ci pour adapter les conditions industrielles de fabrication et d'obtenir une durée de mise en oeuvre acceptable industriellement On peut donc conci- lier deux conditions contradictoires. 4 2543540 Onl obtient ainsi selon l'invention des chargements dont la tenue mecanique est nettement plus importante que celle obtenue avec des polyuré- thanles, ce qui pe Lrmet également de réaliser industriellement des chargements pour munitions sans douille. Pour préparer le chargement selon l'invention on utilise des pou- dres nitrocellulosiques classiques dont les grains sont de forme mono ou mul- titubulaire Bien entendu, on peut utiliser des mélanges de grains de forme et de dimensions différentes selon les besoins de l'homme de l'art. Parmi les isocyanates aliphatiques polyfonctionnels on a choisi l'hexaméthylène diisocyanate qui est volatil et le biuret qui est visqueux à température ordinaire L'hexaméthylène diisocyanate et le biuret substitué de l'hexamnéthylène diisocyanfiate sont couramment disponibles dans le commerce et sont mélangeables en toutes proportions, ce qui permet une variation con- tinue de la viscosité et un choix très précis de celle-ci Ce mélange réagit avec la nitrocellulose en donnant un gel devenant particulièrement rigide et mis à profit pour souder ensembleiles grains. Pour réaliser le chargement selon l'invention, on s'y prend de la manière suivante ou de façon équivalente On choisit d'abord le mélange d'isocyanates selon la viscosité désirée ainsi que les poudres nitrocellulo- siques à mettre en oeuvre; on les mélange dans un malaxeur Le mélange ob- tenu peut être conservé tel quel pendant environ une heure, ce qui facilite les manipulations ultérieures et constitue un avantage indéniable dans une mise en oeuvre industrielle Ce mélange est ensuite introduit dans un moule o- ou une douille il est comprimé à la pression désirée par exemple entre 80 105 et 108 Pa. Lorsqu'on utilise un moule, celui-ci est ensuite placé dans une cuve contenant de l'eau à une température entre 40 et 90 C pendant environ à 90 minutes; l'eau joue le râle d'un écran protecteur supplémentaire contre l'incendie éventuel A la sortie du bain et après refroidissement partiel le chargement est démoulé et est traité de façon classique pour l'adapter au calibre désiré Lorsqu'on comprime le chargement directement oans la douille, l'obus est mis en place immédiatement puis les munitions sont stockées Ce type de chargement est particulièrement bien adapté pour la confection de munitions de calibre compris entre 5,56 et 30 mmn et on ajus- te de façon coriuue la dimension des grains de poudre au calibre de la mu- nition fabriquée. 2543540 Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. E Xium LE 1 - OI réalise selon le procédé enseigné 10 c Iargemsnts propulsifs compri- nms pour munitions san Sdouille de calibre 25 mm, à partir d'une poudre ni- trocellulosique et d'une matière d'enrobage selon les pourcentages en masse respectifs de 95 % et 5 % La poudre nitrocellulosique est elle-même un mé- lange de grains différents de: % en masse de poudre monotubulaire longue de 5 ma, 40 % en masse de poudre monotubulaire courte de 1,7 %m. La matière d'enrobage est le mélange d'isocyanates: %O en masse d'hexaméthylène diisocyanate, % en masse de biuret. Après mélange, compression et démoulage, on soumet les chargements 1 S amux trois cycles thermohygrométriques suivants: lleures à 60 C, 4 1 heures à 80 C, 8 heures à -54 Co On observe un allongemert résiduel compris entre O et 0,15 nn, soit O L() i 5 /o, o En soumettant des chargements du mêmne type mais dans lesquels on re Rplacc uniquement le mélange d'isocyanates par un polyuréthane compatible avec la nitrocellulose aux mêmes cycles thermohygromnétriques, l'allongement obser-vi est voisin de 1,5 mm soit 15 %/oo On voit donc que la stabilité dimen- 2 siomnelle après choc thermique du chargement selon l'invention est nettement amélioréeo B Xhi Rl LL 2 - On réalise 10 chargements de calibre 25 nml conformément à l'exemple pré- cédent ayant la composition suivante: 98 %' en masse de poudre nitrocellulosique comprenant: % en masse de poudre monotubulaire longue de 5 mm, % en masse de poudre monotubulaire courte de 1,7 mm; Z % en masse de matière d'enrobage comprenant: % en masse d'hexariéthylène disocyanate, 85 % en masse de biuret. Après mélange, compression et démoulage, on soumet ces chargements aux cycles de vieillissement indiquéso L'allongement résiduel reste inférieur 0, 1 i Smur. 6 2543540 n.XL\Mi LL 3 - On réalise selon le procédé enseigné 10 chargements propulsifs com- primés ce calibre 30 im pour arme 30/55, à partir de la composition sui- vante: O 99,4 % en masse de poudre:e iw& olú,iqu e comportant: 6 o en masse de poudre multitubulaire ue 3 nmm, cl en masse ae poudre monotubulaire de 3 mm; ,6 % en nasse de matière d'enrobage comprenant: % en masse d'hexaméthylène diisocyanate, -60 % en masse de biuret. Après malaxage, on introduit le mélange daes les douilles, on com- prime et on met en place les obus. Les performances obtenues sont les suivantces: nombre de coups: 6 pression maxinale moyenrmne: 3056105 Pa (mesurée par capteur piézoé- lectrique) vitesse des projectiles mesurée à 25 m de la bouche du canon 894,3 m/so h XEMPLE 4 - Ol prépare 10 chargements comprimés analogues à ceux de l'exemple précédent, mais dans lequel la matière d'enrobage présente la composition suivante: 27 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate, 73 % en masse de biuret. Les munitions obtenues sont testées de la même manière Les résultats obtenus sont quasiment identiques. h Xf 14 PLE 5 - On réalise 10 chargements comprimés analogues à ceux de l'exemple 1 mais dans lequel on mélange 93,5 % en masse de poudre nitrocellulosique et 6,5 % on masse cie liant. Après compression et démoulage, on soumet les chargements préparés aux memes cycles de vieillissement L'allongement résiduel reste toujours inférieur à 0,15 nml. 7 2543540 REVENDICATIONS 1 Chargement propulsif comprimé pour munitions comprenant une poudre nitrocellulosique et une matière d'enrobage, caractérisé en ce que la matière d'enrobage est constituée par un mélange d'isocyanates aliphati- ques polyfonctiomnnels dont la viscosité est comprise entre environ 0,08 et 1 Pascal par seconde, et la poudre nitrocellulosique par un mélange de grains tubulaires de dimensions différentes, selon les pourcentages en masse res- pectifs de 0,2 à 7 % et 99,8 à 93 %. 2 Chargement propulsif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange d'isocyanates aliphatiques est constitué par l'hexaméthylène diisocyanate et le biuret de formule: CO NSH-() NC co NH-(CH 2) 6 NCO CO -N-(Ca 2) g NCO OCN-(C Ii 2 yd N-CO-NH-{(Ch 2) NCO selon les pourcentages en masse respectifs de 10 à 40 % et 90 à 60 %. 3 Chargement propulsif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le melange d'isocyarates aliphatiques comprend 25 % en masse d'hexaméthy- lène diisocyanate et 75 % en masse de biuret. 4 Chargement propulsif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange d'isocyanates aliphatiques comprend 40 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate et 60 % en masse de biuret. Chargement propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre nitrocellulosique est constituée de grains multitubulaires et de grains monotubulaires selon les pourcentages en masse respectifs de 60 à 90 % et 40 à 10 %. 6 Chargement propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la poudre nitrocellulosique-est constituée de grains monotubulaires longs de 5 mm environ et de grains monotubulaires courts de 1,7 mm environ, selon les pourcentages en masse respectifs de 40 à 70 %, et à 30 %. 7 Chargement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend % en nmasse de poudre nitrocellulosique constituée de 60 % en masse de pou- dre monotubulaire longue et de 40 % en masse de poudre monotubulaire courte d'une part, et 5 % en masse de matière d'enrobage constituée de 25 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate et de 75 % de biuret d'autre part. 8 - 8 Chargement propulsif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend 99,4 % en masse de poudre nitrocellulosique constituée de 68 % en masse de poudre multitubulaire et 32 % en masse de poudre monotu- bulaire d'une part, et 0,6 % en masse de matière d'enrobage constituée de S 40 % en masse d'hexaméthylène diisocyanate et de 60 % en masse de biuret d'autre part. 9 Procédé de préparation d'un chargement selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on mélange la poudre nitrocellu- losique avec les isocyanates à une température comprise entre environ 40 et 80 C, on comprime dans un moule le mélange obtenu que l'on soumet à une cuisson à cette même température durant 30 minutes à 2 heures environ. Procédé de préparation d'un chargement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on mélange la poudre nitrocel- lulosique avec les isocyanates, on introduit le mélange obtenu dans une douille combustible ou non, on comprime le chargement dans la douille et on laisse polymériser à température ambiante.