Brevet FR2588551A1 — publié le 19870417

Procédé de fabrication d'une composition propulsive doabie-base à faible émission de lueur de flamme, et composition propulsive ain- si obtenue. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une composition propulsive ou propergol double-base par la m9thode de moulage, et une composition obtenue par ce procZdi. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication d'un propergol double-base à faible coefficient de température et à faible émission de lueur de flamme. Un propergol double-base comprend essentiellement deux consti- tuants énergétiques, à savoir un nitrate de cellulose, tel que, par exemp. Le, la n!trocellulose, et une huile nitrée, telle que, par exemple, la nitroglycérine. Ces comitosltions peuvent être fabriquées par différents procédés, tels que le procédé sans dissolvant avec extrusion de la composi- tion,. le p.océe; dit de m.oulage. Ce dernier procédé consiste à réalise.r une poudre à mouler contenant la nitrocellulose & la- quelle sonat aj.outs des additifs balistiques, des plastifiants et éventuellement une faible proport, os -:.uie n:.trée, puis à géla- ciniser cette poudre avec un solvant de moulage, constitué par l'. Cile r. inré.e et un solvant inerte tel que la triac$tine ayant comme fonction de flegmatiser l'huile nitrée. Pour cette étape, la poudre à mouler est disposée dans un moule, puis le solvant de moulage est alimenté dans celui-ci jusqu'à ce que la poudre soit entièrement submergée. Le bloc de propergol moulé subit ensuite un traitement thermique pour terminer la gglatinisation de la nitro- cellulose. Pour obtenir des propriétés balistiques élevées, il est souvent nécessaire d'ajouter des catalyseurs de combustion qui accélèrent la vitesse de combustion du propergol. Ces catalyseurs sont géné- ralement des sels de plomb ou de cuivre, et du noir d'acétylène. En outre, il est également souhaitable d'additionner des modifica- teurs balistiques qui n'agissent pas sur la vitesse de combustion, mais sur les conditions de fonctionnement du propulseur et notam- ment, la composition et la température des gaz de combustion. Ain- si, ces additifs peuvent être notamment des agents anti-lueur at- ténuant les lueurs de flamme. En effet, les gaz de combustion peuvent contenir des composés non entièrement oxydés et qui au contact de l'oxygène de l'air en sor- tie de la tuyère du propulseur, peuvent s'enflammer. Ce phénomène est généralement appelé la postcombustion. Ces lueurs de flamme sont gênantes car elles nuisent à la discré- tion de l'engin propulsé et peuvent perturber fortement le guidage de l'engin, notamment quand celui-ci est assuré par radar ou rayonnement infra-rouge. Pour atténuer et même supprimer ces lueurs, on ajoute des sels qui empêchent la riinflammation de ceux-ci. Ces sels sont généra- lement incorporés dans le propergol et entraînés dans les gaz lors de sa combustion. On s'est aperçu que l'addition de ces sels avait une influence né- faste sur la vitesse de combustion du propergol. Il a alors été proposé, notamment dans le brevet américain n 3.960.621, de fabriquer un propergol par la méthode de moulage en utilisant comme poudre à mouler, un mélange de poudres dont l'une, la première, contient comme additifs balistiques uniquement les agents anti-lueur, et l'autre, la seconde, contient les autres additifs balistiques et notamment les catalyseurs de combustion. La teneur en agent anti-lueur dans la première poudre est élevée, comprise entre 20 et 70 % en poids, et la proportion entre la première et la seconde poudre dans la poudre à mouler est de l'or- dre de 5/95. Les propergols ainsi obtenus présentent des propriétés balistiques satisfaisantes. Toutefois, ce procédé ne permet pas d'obtenir des propergols à coefficient de température faible, et l'effet d'atténuation des lueurs de flamme ne se produit pas quand le propergol est utilisé dans des conditions sévères de fonctionnement, notamment lorsque la tuyère du propulseur n'est pas adaptée ou que des obstacles se trouvent dans le divergent de celle-ci. Par coefficient de température d'un propergol on entend le taux de variation de la vitesse de combustion pour une élévation de tempé- rature de 1 C. Cette valeur est une des caractéristiques d'une composition propulsive. Ainsi, un propergol à faible coefficient de température pourra être utilisé dans n'importe quelle condition de température, sa vitesse de combustion restant sensiblement constante. Par ailleurs, une tuyère est dite adaptée si sa forme et ses dimensions permettent d'obtenir une pression des gaz de combustion en sortie de tuyère sensiblement égale à la pression ambiante. La présente invention a notamment pour but de proposer un procédé de fabrication d'un propergol double-base ayant un coefficient de température faible et même négatif, tout en ne présentant pas de lueur de flamme et en conservant un niveau de propriétés balis- tiques semblable à celui des propergols équivalents ne contenant pas d'agents anti-lueur. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication, par la méthode dite de moulage, d'une composition propulsive double-base contenant des additifs balistiques et consistant à mouler une pou- dre à mouler à base de nitrocellulose avec un solvant de moulage à base d'une huile nitrée, dans lequel la poudre à mouler est cons- tituée par un mélange d'au moins deux poudres dont l'une, la pre- mière, contient des agents anti-lueur, caractérisé en ce que la- dite première poudre contient au plus 15 % en poids d'agents anti-lueur, le rapport pondéral entre ladite première et ladite seconde poudre dans la poudre à mouler étant compris entre 15/85 et 50/50. De préférence, la première poudre comprend au minimum 5 % en poids d'agents anti-lueur. Selon une autre caractéristique de l'invention, la première et la- dite seconde poudre contiennent également, comme additifs balis- tiques des catalyseurs de combustion. Toutefois, les catalyseurs de combustion peuvent être contenues uniquement dans la seconde poudre. En outre, la seconde poudre précitée a un coefficient de tempéra- ture faible et de préférence négatif. Ainsi, l'utilisation d'une poudre non chargée en agents anti- lueur, appelée seconde poudre, et d'une poudre chargée à un taux faible en agents anti-lueur appelée première poudre, permet d'ob- tenir une composition propulsive ayant un coefficient de tempera- ture sensiblement voisin de celui de la seconde poudre. En outre, le niveau de vitesse de combustion de la composition propulsive conforme à l'invention est sensiblement égal à celui d'une composition équivalente ne contenant pas d'agents anti- lueur. B De plus, l'effet anti-lueur est renforcé, car on n'observe plus de phénomène de postcombustion lors de la combustion du propergol, mêmne dans des conditions sévères de fonctionnement, et notamment lors de la combustion avec une tuyère non adaptée, ou présentant des obstacles dans son divergent. Aussi bien la première que la seconde poudre, peuvent contenir d'autres additifs balistiques, tels que des agents anti- instabilité, des agents énergétiques comme des nitramines. Par le terme additifs balistiques, on entend généralement tous les composes ajoutés dans un propergol et influençant soit la combus- tion de celui-ci, ces additifs sont appelés catalyseurs de combus- tion, soit la flamme ou les propriétés des gaz comme les agents antiinstabilité, les agents énergétiques, les agents anti-lueurs, ces additifs sont dits agents ne catalysant pas la combustion. Les catalyseurs de combustion utilisés usuellement dans les pro- pergols double-base et déjà connus de l'homme du métier sont con- venables pour l'invention. On peut citer, à titre d'exemple, coe accélérateur de combustion, le noir d'acétylène, les sels de plomb, les sels de cuivre tels que les oxydes de plomb, les oxydes de cuivre, les salicylates, octoates, stéarates et résorcylates de plomb ou de cuivre. 25885 5 1 On peut également utiliser des ralentisseurs de combustion tels que par exemple l'actoisobutyrate de saccharose (SAIB) ou l'octo- acétate de saccharose (OAS). Comme agents anti-lueur convenables pour l'invention, on peut ci- ter, i titre d'exemple, le sulfate de potassium, le nitrate de po- tassium, l'hydrogénotartrate de potassium ou le fluorure d'alumi- nium et de potassium appelé également cryolithe. Cette liste n'est pas limitative et est donnée uniquement à titre indicatif. Par ailleurs, comme il est connu de l'homme du métier, la poudre à mouler, en d'autres termes les première et/ou seconde poudres la constituant, contient également une huile nitrée, la nitrogly- cérine étant l'huile la plus utilisée. Elle peut également conte- nir un plastifiant tel que le dioctyle phtalate, par exemple. Selon l'invention, la teneur pondérale en agent anti-lueur est, de préférence, inférieure ou égale à 10 % dans la première poudre. D'autres détails et caractéristiques seront mieux compris et il- lustrés au vu des exemples non limitatifs donnés ci-dessous à ti- tre indicatif uniquement. On prépare plusieurs poudres A à J, selon un procédé classique, consistant à dissoudre de la nitrocellulose déshydratée dans un solvant éther-alcool ou acétone-alcool. Puis pendant la phase de malaxage, on ajoute un plastifiant, des additifs balistiques et &ventuellemt une huile nitrée et un stabilisant. La pâte ainsi ob- tenue est alors étirée, extrudée en forme de grains permettant un bon remplissage du moule, puis essorée et éventuellement trempée, sèchée, et mélangée. Les compositions des différentes poudres préparées sont réperto- riées dans le tableau I ci-dessous. TABLEAU I - Nc à 12,6 de N2: nitrocellulose contenant 12,6 % d'azote - Ng: nitroglycérine - DOP: dioctyle phtalate - SAIB: acétoisobutyrate de saccharose - 2-NDPA: 2 N-diphénylamine - N.A.: noir d'acétylène A B C D E F G H J Nc & 12,6 de N291 43,5 57,4 81 75 91 67 67 72,5 Ng - - - - 15 - 15 15 15 DOP 4 2 2,6 3,6 5 4 - - 3,5 SAIB - - - - - - 3,8 3,8 PbO 1,5 0,75 1 1,35 1,5 1,5 1,1 1,1 CU2O 1,5 0,75 1 1,35 1,5 1,5 1,1 1,1 2-NDPA - - - - 2 3,0 2,0 2,0 2 Centralite 3 3,0 3,0 2,7 - - - - NA 0,05 0,02 0,03 0,05 0,20 0,03 0,04 0,04 Cryolithe de - 50,0 35,0 10 - - 10 - potassium à 1 % de DOP K2SO4 10 7 Coefficient de température (x10-3) 0,2 - 0,6 - 0,2 On prépare plusieurs poudres à mouler par m6lange de deux ou plu- sieurs des poudres A à J ci-dessus, par exemple dans un drageoir pendant 15 minutes. Chaque poudre à mouler ainsi obtenue est ensuite disposée dans un moule puis gélatinisée avec un solvant de moulage de composition suivante: Solvant A Solvant B - Nitroglycérine: 78 % - Nitroglycérine: 72 % Triac6tine: 21 % - Triacétine: 27 % - 2-NDPA: 1% - 2-NDPA: 1% le taux de remplissage, pour chaque composition préparée est de %. Par taux de remplissage on entend le rapport de la masse de poudre alimentée dans le moule à la masse du propergol terminé. La composition obtenue est ensuite soumise à un traitement ther- mique usuel. Les compositions sont testées en tir au banc avec des tuyères dés- adaptées et contenant un intercepteur de jet situé dans le plan de sortie. Dans le banc utilisé, l'intercepteur de jet obture 30 % environ de l'aire de sortie du divergent de la tuyère. Les compositions testées ont un potentiel de 3553 joules/g environ et brûlent à une vitesse de combustion de 9 mm/s environ à une pression d'environ 8 MPa. Les résultats obtenus pour chaque composition sont rassemblés dans le tableau II ci-dessous. Les proportions de chaque poudre A à J dans la poudre à mouler sont données en pourcentage pondéral. Les compositions des essais 1 à 4 sont obtenus avec le solvant de mou- lage A, tandis que celles des essais 5 à 11, ont été obtenues avec le solvant B. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A 84,63 88,25 65,86 50 E 60 25 60 65 75 85 60 F 35 B 11,75 C 15,37 34,14 LI 50 G 40 40 H 40 35 25 15 J 40 Coef. e temperat. (x1O-3) 0,8 0,5 1,3 2,6 0,3 1,3 0,5 - 0,2 - 0,6 - 0,7 0,4 Potentiel (joule) 3456 3456 3330 3427 3582 3657 3624 3624 3620 3595 3616 Post- ___ _ _ combust. oui oui oui non non non non non non non non TABLEAU II Les essais 1,2,3 sont des essais comparatifs et correspondent au procédé décrit dans le brevet américain ne 3960621. Les résultats montrent que le phénomène de postcombustion n'est pas supprimé, mêne dans l'essai 3 dont la poudre à mouler a été obtenue avec une proportion élevée de poudre (C) chargée avec un agent anti-lueur. Dans tous les autres essais conformes à l'invention, le phénomène de postcombustion ne se produit pas et on peut obtenir des compo- sitions à coefficient de température faible et même négatif (es- sais 8 à 11). L'invention n'est pas limitée aux exemples. Ainsi, les teneurs en nitrocellulose, nitroglycérine, plastifiant ou catalyseurs de com- bustion dans la poudre à mouler ne sont pas critiques, il en est de même pour le taux de remplissage et la composition du solvant de moulage. Revendications 1. Procédé de fabrication par la méthode de moulage, d'une ccampo- sition propulsive double-base contenant des additifs balistiques et consistant à mouler une poudre à mouler à base de nitrocellu- lose avec un solvant de moulage à base d'une huile nitrée, dans lequel la poudre i mouler est constituée par un mélange d'au moins deux poudres dont l'une, la première, contient des agents anti- lueur, caractérisé en ce que ladite première poudre contient au plus 15 % en poids d'agents anti-lueur, le rapport pondéral entre ladite première poudre et ladite seconde poudre dans la poudre à mouler étant compris entre 15/85 et 50/50. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la con- centration en agents anti-lueur dans la première poudre précitée est au plus égale à 10 % en poids de ladite première poudre. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration minimale en agent anti-lueur dans ladite première poudre est de 5 % en poids. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première et la seconde poudre précitées contiennent, cnmme additifs balistiques, des catalyseurs de combustion. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la seconde poudre précitée contient comme additif balistique des catalyseurs de combustion. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les agents anti-lueur sont choisis dans le groupe com- prenant le sulfate de potassium, le nitrate de potassium, le fluo- rure d'aluminium et de potassium ou l'hydrogénotartrate de potas- sium. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première et la seconde poudre précitées contiennent une huile nitrée. 8. Canposition propulsive double-base caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une des revendications précé- dentes.