Brevet FR2565583A1 — publié le 19851213

Procédé et dispositif pour la fabrication d'une charge propulsive à propergol solide. L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la fabrication d'une charge propulsive à propergol solide, en particulier à base de bore, dans lequel on introduit et on laisse durcir dans un moule un mélange constitué par le propergol solide et par un liant en matière plastique, éventuellement avec un durcisseur et autres additifs usuels. Les charges propulsives à propergol solide ou à base de bore sont fabri quées en coulant dans le corps du générateur de gaz un mélangecoulable constitué du propergol solide, du liant, d'un durcisseur et d'autres additifs, comme le fluorure de lithium, et en le laissant ensuite durcir. D'après ce procédé connu, on ne peut toutefois fabriquer que des charges propulsives dont la teneur en propergol solide s'élève à moins de 70% en poids. Avec une teneur plus élevée en propergol solide, le mélange perd en effet sa coulabilité. Pour augmenter la teneur en propergol solide, on a déjà proposé d'enrober les particules de la poudre de bore dans du polyméthacrylate de méthyle "PLEXIGLAS" (marque déposée) et ce par suspension de particules de bore dans une solution acétonique de cet éther. L'enrobage en matiere plastique des particules de bore a notamment pour effet de restituer la coulabilité du mélange, même en cas d'assez fortes teneurs en propergol solide et d'assez faibles teneurs en liant. Ce procédé est cependant compliqué et coûteux. Par ailleurs, le polyméthacrylate de méthyle a un plus faible pouvoir calorifique que par exemple le polybutadiene terminé par le groupe hydroxyle (llTPB) en tant que liant. Les charges propulsives ainsi fabriquées ne présentent, en outre, pas une combustion constante, mais une combustion progressive avec déchets considérables, c' est-à-dire du bore non transformé. En particulier en raison des retassures, non seulement la densité est différente au sein de la charge propulsive, à savoir plus forte sur le bord qu'au milieu, mais avec 1,63 g/cm3 la moyenne laisse encore à désirer. L'invention a par conséquent pour objet de mettre au point un procédé et un dispositif permettant de fabriquer de façon simple des charge propulsive à propergol solide, en particulier à base de bore, ayant une forte teneur en propergol solide. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'on établit la teneur en propergol solide du mélange à plus de 70% rapportée au poids total du mélange et qu'avant le durcissement dans le moule, on soumet le mélange à l'action d'une pression. Selon l'invention on part donc d'un mélange qui, en raison de la forte teneur en propergol solide et de la -faible teneur en liant, n'est plus coulable ou qu'encore très difficilement. On obtient ainsi une charge propulsive à propergol solide ou à base de bore ayant une teneur en propergol solide d'au moins 70, de préférence d'au moins 75% en poids, qui est exempte de retassure, présente une densité extraordinairement élevée et possède par conséquent un pouvoir calorifique correspondant. Comme poudre de bore, on utilise de préférence de la poudre de bore dite amorphe qui présente une grosseur de particules d'environ 1,5 u maximum. Pour une pression de 30 bars, la compression du mélange est de l'ordre de 10% en volume. Si pour produire la pression on utilise un vide, la compression est proportionnellement plus faible. Les constituants du propergol se composent de préférence de 30 à 80% de bore, de 10 à 30Z d'aluminium et de 10 à 40% de perchlorate d'ammonium, respectivement rapportes au poids total du mélange. Pour la fabrication du mélange, on présélectionne le liant et éventuellement le durcisseur ainsi que les autres additifs et pour le dégazage, au besoin avec application de vide, on les chauffe à une température de 50 à 900C au moins pendant 1 heure, après quoi on ajoute les matières solides séchées pendant au moins 1 heure à la pression atmosphérique à plus de 1000 c. Dans le moule il est avantageux de remettre le mélange à une pression d'au moins 3 bars éventuellement avec application d'un vide. On peut obtenir une teneur en propergol solide de 90% en poids et plus. La grosseur des particules de la poudre d'aluminium est de 10 à 20 um. Comme liant on utilise de préférence du polybutadiene terminé par le groupe hydroxyle (HTPB) et comme durcisseur, par exemple un durcisseur (IPDI). L'exemple suivant permet de mieux illustrer l'invention. A 337,5 g de liant "R 45 Ht" (marque déposée), qui est un polybutadiène terminé par le groupe hydroxyle (homopolymère) ayant un poids moléculaire moyen d'environ 2800 et qui avait été préalablement chauffé à environ 700 C, on a mélangé pendant quelques minutes 37,5 g de durcisseur IPDI (IPDI = Isophoronediisocyanate). Pour le dégazage on a appliqué un léger vide. Dans le mélange liant-durcisseur dégazé et réchauffé préétabli on a alors ajouté successivement en remuant, et ce pendant environ 10 minutes, 120,0 g de poudre d'aluminium, 390,0 g de chlorure de sodium et 615,0 g de poudre de bore. Les différentes matières solides avaient été préalablement séchées à 1200C pendant environ 12 heures. Le chlorure de sodium remplace ici le perchlorate d'ammonium de la charge propulsive à base de bore. Ce produit de remplacement rend la charge propulsive inerte; il sert donc uniquement à simplifier les essais. Le chlorure de sodium utilisé présente une granulométrie analogue à celle du perchlorate d'ammonium. Avec un agitateur tournant à environ 550 tours/minute on a ensuite encore remué pendant à peu près 10 minutes le mélange formé par les constituants inertes du propergol solide et les constituants liants-durcisseurs, après quoi avec une spatule on a déverssé la masse désormais plus coulable dans le dispositif représenté en coupe sur la figure 1. Le dispositif selon la figure 1 se compose du corps 2 du générateur de gaz fermé au niveau du fond par une plaque 1 et dans lequel un pilon 3 peut se déplacer de façon étanche. Le corps 2 du générateur de gaz utilisé pour cet essai a ici un diamètre intérieur de 10 cm et une hauteur de 14,5 cm. Dans le pilon 3 est prévu un perçage 4 avec une valve d'aération 5. Le perçage 4 sert à aérer l'intérieur de l'enceinte entourée par la plaque 1, la surface latérale 1' et le pilon 3. Un vide peut également être appliqué au niveau du perçage 4. Les surface internes de la plaque 1, du corps 2 et du pilon 3 sont recouvertes de tétrafluoroéthylène "TéFLON" (marque déposée). On a alors pétri et égalisé à la main le mélange se trouvant dans le corps 2 du dispositif selon la figure 1. On a ensuite mis en route le pilon 3 et on appliqué hydrauliquement une charge de 3200 kg ce qui correspond à une pression de 40 bars. On a répété cet essai avec une pression du pilon de 5et de 30 bars. On a déterminé les densités suivantes de la charge propulsive inerte Pression- appliquée charge propulsive densité 5 bord 1,66 milieu 1,66 40 bord 1,64 milieu 1,64 30 bord 1,67 milieu 1,67 30 bord 1,66 milieu 1,66 La composition de la charge propulsive inerte à propergol solide ainsi réalisée était la suivante 41 % en poids de bore 8 % en poids d'aluminium 26 % en poids de chlorure de sodium 2,5 % en poids de durcisseur IPDI 22,5 % en poids de liant HTPD avec une densité du bore de 2,282, de l'aluminium de 2,70, du chlorure de sodium de 2,163, du durcisseur IPDI de 1,058 et du liant HTPB de 0,9165 on a calculé une densité maximale théorique de la charge propulsive inerte de 3 1,670 g/cm On a en pareil cas déterminé la densité des différents constituants à l'aide de la méthode de déplacement.On a par exemple déterminé la densité du bore de 2,282 de la façon suivante on a fabriqué l'éprouvette suivante 225 g de liant "R 45 Ht" (marque déposée) 25 g de durcisseur (IPDI) 225 g de bore 475 g de quantité totale. Pour la densité de cette éprouvette, on a trouve 1,29182 g/cm3 avec la g/cm méthode de déplacement. Pour la densité du bore, on obtient donc 475 2 2 V = 475 = 3,67698 ' 10 - 2,69129 ' 10 = 98,5693 1,29182 Qbore = 92255693 = 2,28266 g/cm3 La densité de la charge propulsive inerte obtenue selon l tnvention avec une pression de 5 bars est donc à peu près identique à la densité théorique maximale pouvant être atteinte. La figure 2 représente en coupe un autre mode de réalisation d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En plus du corps 2 du générateur de gaz avec le fond 1 et le pilon 3 il comporte encore une presse 6 qui se compose d'un fond 7 comprenant un certain nombre d'ouvertures ou buses 8, d'un corps 9 et d'un pilon 10 pouvant se déplacer de faççon étanche dans le corps 9. La masse de propergol est introduite dans le corps 2 du générateur par la presse 6. Les buses 8 assurent en pareil cas une répartition de la masse de propergol dans le corps 2 du générateur de gaz plus régulière que si elle était introduite sous la forme d'un ou de plusieurs grumeaux. Le corps 2 du générateur de gaz ou son fond 1 peut être muni d'un dispositif de chauffage, de la même façon que la presse 6. Le corps du générateur de gaz comporte en outre une isolation 11 assurant sa propre isolation et une isolation 12 en forme de mousse isolant la charge propulsive. Lors de la compressiion du mélange, les isolations 11 et 12 se trouvent simultanément comprimées. La mousse précontrainte de l'isolation 12 contribue à la fixation de la charge propulsive dans le générateur de gaz. La figure 3 représente schématiquement encore un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention qui ne diffère de celui de la figure 2 que par le fait que la presse 6 est remplacée par un dispositif 6' comportant une vis transporteuse 13. La référence 14 représente ici l'arbre d'entraîne- ment de la vis transporteuse 13 et la référence 15 un couvercle de fermeture. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'une charge propulsive à propergol solide, en particulier à base de bore, dans lequel on introduit et on laisse durcir dans un moule un mélange constitué par le propergol solide, et par un liant en matière plastique, éventuellement avec un durcisseur et autres additifs usuels, caractérisé par le fait que l'on établit la teneur en propergol solide du mélange à plus de 70% rapportée au poids total du mélange et qu'avant le durcissement dans le moule, on soumet le mélange à l'action d'une pression. 2. Procédé selon la revendication 1 pour la fabrication d'une charge propulsive à base de bore, caractérisé par le fait que la teneur en propergol solide du mélange, rapportée au poids total du mélange, se compose de 30 à 80% de poudre de bore, de 10 à 30% de poudre l'aluminium et de 10 à 40% de perchlorate d'ammonium. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour la fabrication du mélange, on présélectionne le liant et éventuellement le durcisseur ainsi que les autres additifs et que pour le dégazage, au besoin avec application de vide, on les chauffe à une température de 50 à 900C au moins pendant 1 heure, après quoi on ajoute les matières solides séchées pendant au moins 1 heure à la pression atmospherique à plus de 1000 C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, carac térisé par le fait que dans le moule on soumet le melange à une pression d'au moins 3 bars. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pendant l'application de la pression on crée un vide au niveau du mélange. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'un pilon (3) est monté déplaçable dans le moule où le mélange est soumis à l'action d'une pression. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le moule est formé par le corps (2) du générateur de gaz, y compris les isolations (11 et 12) du générateur de gaz et de la charge propulsive. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait quedans le pilon (3) on prévoit un perçage (4) pour l'application d'un vide. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que pour refouler sous pression le mélange dans le moule on prévoit une presse (6) comportant un fond (7) muni d'un certain nombre d'ouverture (8). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait qu'on prévoit une vis transporteuse entraînez (13) pour refouler sous pression le mélange dans le moule.