Brevet FR2983194A1 — publié le 20130531

Le domaine technique de l'invention est celui des procédés de fabrication des granulés de compositions explosives pouvant être mis en oeuvre par compression. Ces compositions sont généralement utilisées pour le 5 chargement des projectiles de moyen calibre (calibre compris entre 20mm et 50mm) ou bien pour la réalisation de relais d'amorçage. Les compositions connues sont sous la forme de granulés d'un matériau associant un ou plusieurs explosifs et un 10 liant. Le brevet FR2801883 décrit une composition explosive connue et son procédé de préparation. Cette composition associe un explosif insensible tel que l'oxynitrotriazol avec un explosif classique tel que l'hexogène (RDX) ou l'octogène 15 (HMX) et une poudre d'aluminium. Ces matériaux à l'état pulvérulent sont associés à un liant qui est une cire particulière, soluble dans l'essence F (mélange d'hydrocarbures provenant de la distillation des pétroles entre 100°C et 160°C - soit l'étage F des colonnes de distil- 20 lation). L'essence permet de solubiliser la cire pour permettre l'enrobage des matériaux pulvérulents dans un malaxeur puis la réalisation de granulés. Le principal inconvénient de cette composition et de son procédé de fabrication est qu'ils mettent en oeuvre un solvant 25 (l'essence F) qui nécessite des précautions vis à vis de sa mise en oeuvre en raison des vapeurs nocives qui sont dégagées lors de l'enrobage et du granulage. Ce solvant crée par ailleurs une atmosphère explosive, ce qui nécessite la mise en place de mesures particulières au poste de travail. 30 On notera que toutes les autres compositions comprimables connues mettent aussi en oeuvre un liant qui est solubilisé à l'aide d'un solvant qui est dans la plupart des cas un hydrocarbure ou un solvant organique (souvent de la famille des cétones), de nature différente, mais tout aussi toxique et générant également une zone d'atmosphère explosive. Il existe donc aujourd'hui un besoin de mise au point d'une composition explosive en granulés comprimables et d'un procédé d'obtention d'une telle composition qui permette de ne pas utiliser de solvant, évitant ainsi de tels inconvénients. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir des granulés de composition qui peuvent ensuite être comprimés 10 dans le corps des projectiles ou bien dans le corps de relais d'amorçage. Selon un mode particulier de réalisation, les granulés de la composition comprennent un ou plusieurs explosifs pulvérulents à vulnérabilité réduite. Cette composition et ce 15 procédé permettent ainsi de réaliser des projectiles de moyen calibre ou des relais d'amorçage à vulnérabilité réduite. Avec le procédé selon l'invention la composition peut être mise en oeuvre en utilisant les procédés classiques de chargement des munitions de moyen calibre ou bien des relais 20 pyrotechniques, c'est à dire par compression. L'outil industriel peut donc être utilisé sans modifications majeures, ce qui réduit les coûts et les investissements. Ainsi l'invention a pour objet un procédé de fabrication de granulés d'une composition explosive comprimable à partir 25 d'un matériau en poudre comprenant au moins un explosif pulvérulent, procédé caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de d'enrobage dans un malaxeur du matériau en poudre avec un liant inerte, liquide ou pâteux, et susceptible de durcir par polymérisation par rayonnement ou 30 bombardement, notamment par rayonnement ultraviolet, cette étape d'enrobage étant suivie par une étape de polymérisation dans laquelle le malaxage est poursuivi sous une première source de rayonnement pour provoquer un début de polymérisation du liant, le mélange étant ensuite soumis à une étape de granulage suivie par une étape d'étuvage dans laquelle la polymérisation est complétée sous une deuxième source de rayonnement. Le liant inerte pourra être constitué par une résine 5 photosensible à base de résine naturelle ou de synthèse. On pourra par exemple choisir comme liant une résine photosensible ou un adhésif photosensible dont la résine de base est choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine époxy, résine polyuréthane, résine 10 silicone, résine anaérobie, résine polyester. De façon avantageuse, le liant pourra être une résine photosensible polymérisable aux rayonnements ultraviolets, résine de type polyuréthane acrylé. Suivant un mode particulier de réalisation, l'étape 15 d'enrobage avec le liant est précédée par une étape de mélange à sec des composants du matériau en poudre. Selon un mode particulier de réalisation, l'étape d'étuvage est conduite pendant une durée supérieure à 20 heures. 20 Le matériau en poudre pourra avantageusement comprendre au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée dinitramide (GUDN). 25 Le matériau en poudre pourra comprendre par ailleurs au moins un explosif complémentaire, tel que l'hexogène ou l'octogène. Le matériau en poudre pourra comprendre de l'aluminium. L'invention a également pour objet un matériau explosif 30 comprimable formé de granulés d'une composition explosive associant au moins un explosif pulvérulent enrobé avec un liant inerte, matériau caractérisé en ce que le liant inerte est un matériau d'enrobage dont le durcissement a été obtenu par polymérisation par rayonnement ou bombardement, notamment par rayonnement ultraviolet. Selon un mode de réalisation, le liant pourra être une résine photosensible dont la résine de base sera choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine époxy, résine polyuréthane, résine silicone, résine anaérobie, résine polyester. Le liant pourra en particulier être une résine photosensible polymérisable au rayonnement ultraviolet, 10 résine de type polyuréthane acrylé. Avantageusement, le matériau explosif comprimable pourra comprendre au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi parmi l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro15 ethene (DADNE), le Guanylurée dinitramide (ou GUDN). Le matériau explosif comprimable pourra de préférence comporter de 5% à 15% en masse de liant polymérisable. Le matériau explosif comprimable pourra en particulier avoir la composition suivante, dans laquelle les proportions 20 sont exprimées en pourcentages de la masse totale du matériau réalisé : - explosif à vulnérabilité réduite 40% à 50%, - explosif(s) complémentaire(s) 25% à 35%, - aluminium 10% à 20%, 25 - liant polymérisable 5% à 15%. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre fait en référence à la figure annexée qui schématise les différentes étapes du procédé selon l'invention. 30 Le matériau explosif selon l'invention est un matériau explosif comprimable qui est formé, comme les autres matériaux comprimables connus, par des granulés d'une composition explosive comprenant au moins un explosif pulvérulent enrobé avec un liant inerte. La composition explosive elle-même comporte un ou plusieurs matériaux explosifs pulvérulents. La granulométrie du ou des matériaux explosifs mis en oeuvre sera choisie inférieure ou égale à 800 micromètres, et de préférence comprise entre 315 micromètres et 800 micromètres pour l'hexogène (RDX) et entre 200 micromètres et 400 micromètres pour l'Oxynitrotriazol (ONTA). On pourra utiliser les explosifs mis en oeuvre de façon classique dans les compositions comprimables, tels que: l'hexogène (RDX), l'octogène (HMX), l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2- dinitro-ethene ou DADNE (plus connu sous la dénomination FOX7), le Guanylurée-dinitramide (ou GUDN ou FOX12), le 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexa-azaisowurtzitane (plus connu sous la dénomination CL-20). On pourra avantageusement mettre en oeuvre au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite. Les matériaux explosifs à vulnérabilité réduite sont aujourd'hui essentiels pour la conception des munitions. Ils permettent de réaliser des munitions qui résistent sans détoner à des agressions telles que les impacts de balles ou les incendies. Parmi les explosifs à vulnérabilité réduite on pourra utiliser : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitro25 benzène (TATB), le FOX7 et le FOX12 cités ci-dessus. L'explosif insensible sera de préférence associé à un ou plusieurs autres explosifs complémentaires en poudre permettant d'accroître les performances détoniques du matériau. 30 On pourra par exemple utiliser de l'hexogène (RDX) ou de l'octogène (HMX) ou du CL20 (éventuellement combinés entre eux). On ajoutera éventuellement aux poudres explosives d'autres matériaux pulvérulents susceptibles cUapporter un effet supplémentaire, par exemple de la poudre d'aluminium pour accroître l'effet de souffle lors de la détonation du matériau. Si de l'aluminium est ainsi mis en oeuvre, sa granulométrie sera choisie inférieure ou égale à 100 micromètres. Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, le matériau explosif est enrobé par un liant inerte qui est un matériau, d'enrobage dont le durcissement a été obtenu par polymérisation par rayonnement OU bombardement, notamment par rayonnement ultraviolet. Un tel matériau n'est à ce jour pas mis en oeuvre pour réaliser des granulés de matériau explosif comprimable. Il a été proposé dans le brevet EP1101076 d'enrober une substance pyrotechnique d'initiation avec une résine durcissable par rayonnement ultraviolet pour fabriquer un initiateur. Cependant la goutte de résine était alors complètement durcie in-situ sur un élément résistif. Il n'était pas question de réaliser un matériau explosif sous forme de granulés et indépendamment de toute munition ou partie de munition, matériau qui est destiné à être comprimé ultérieurement dans un corps de projectile ou de relais. Le liant choisi sera une résine photosensible dont la résine de base sera choisie parmi les résines suivantes : résine acrylique, résine époxy, résine polyuréthane, résine silicone, résine anaérobie, résine polyester. On pourra également choisir un adhésif (ou colle) bi-composant et photosensible, par exemple à base de résine époxy associée à un durcisseur (par exemple une colle comme celle commercialisée sous la marque loctite 3336 ). De bons résultats ont été obtenus avec une résine photosensible de type polyuréthane acrylé. Un exemple d'une telle résine polyuréthane acrylé est la résine commercialisée sous la référence UV 40-250 par la société Humiseal. On pourrait aussi utiliser la résine référencée UV40 du même fabricant (également résine polyuréthane acrylé). Ces résines sont polymérisables au rayonnement ultraviolet. Le procédé de fabrication selon l'invention va être maintenant décrit en référence à la figure annexée. Il comporte les étapes suivantes : Au cours d'une première étape, dite "étape de mélange à sec", (étape A) tous les matériaux pulvérulents Pl, P2, PN sont mis en place dans un cube mélangeur 1. Un tel outillage est classique dans le domaine des mélanges de poudres. La cuve cubique 1, qui comporte une ouverture obturée par une porte la, est montée pivotante sur un axe 3 entraîné en rotation par un moteur 2. Le mélangeur 1 est solidaire d'un bâti 4. On a représenté ici un axe 3 de motorisation horizontal. Il serait possible de mettre en oeuvre un cube 1 monté sur un axe vertical. Les matériaux pulvérulents P comprennent le ou les 20 explosifs et le ou les additifs (tels que l'aluminium). Le cube mélangeur 1 permet d'obtenir un mélange homogène des différentes poudres. Au cours de l'étape B, dite "étape d'enrobage", le mélange des poudres (ou matériau en poudre Pm) est ensuite 25 mis en place dans la cuve 5a d'un malaxeur 5 et on lui ajoute le liant L (tel une résine ou une colle dont on mettra en place les deux composants simultanément). Différents types de malaxeurs sont utilisables. On préfère utiliser un malaxeur à pales dites en Z. D'autres malaxeurs sont également 30 envisageables tels qu'un mélangeur planétaire ou drageoir. Ces derniers outillages sont plus particulièrement adaptés à la mise en oeuvre de matériaux énergétiques sensibles aux contraintes mécaniques tels que le CL-20 ou le RDX fin. Le malaxeur 5 comporte deux pales 6a et 6b qui sont représentées de façon schématique par des cylindres sur la figure (étapes B et C). Les pales sont entraînées en rotation par une motorisation 7 qui est reliée aux pales par des trains d'engrenage 8 permettant d'entraîner les pales dans un sens inverse l'une de l'autre. Une telle machine est classique dans le domaine du malaxage et de la mise en oeuvre de produits pulvérulents. On procède au malaxage (donc à l'enrobage) des poudres Pm 10 avec le liant L pendant une durée de l'ordre de 30 minutes. Cette durée est fonction de la quantité de matériau mis en oeuvre et elle est adaptée de façon à obtenir une pâte homogène dans laquelle tous les grains de matériaux pulvérulents sont enrobés par le liant. 15 Conformément à une caractéristique essentielle de l'invention, on poursuit (étape C) le malaxage en positionnant au-dessus de la cuve 5a une première source de rayonnement 9 (lampe à ultraviolet 9). Cette lampe aura une puissance rayonnante supérieure à 8 W/m et inférieure à 80 20 W/m. La puissance de la lampe est ajustée pour ne pas créer de points chauds qui risqueraient de provoquer une initiation des composants explosifs. Il est facile pour l'Homme du Métier d'adapter la puissance et le positionnement de la lampe aux besoins du 25 procédé et des matériaux considérés. Une augmentation de la puissance rayonnée par la lampe entraîne une augmentation de la température en surface du matériau. Une diminution de la distance lampe - matériau aura aussi pour effet d'augmenter la température en surface. 30 L'augmentation de la puissance permet également de diminuer le temps de polymérisation. Avec l'invention on ne provoque pas une polymérisation complète mais on augmente la viscosité du matériau de façon à obtenir un mélange homogène pouvant être ensuite granulé. L'effet du rayonnement UV est de provoquer le début de polymérisation du liant. Il en résulte un accroissement de la viscosité de la composition contenue dans la cuve 5a sans que le durcissement du liant ne soit complet. On poursuit ce malaxage sous rayonnement UV pendant une durée de l'ordre de 30 minutes. Cette durée sera adaptée par l'Homme du Métier en fonction de la quantité de matériaux mis en oeuvre et de la viscosité souhaitée pour le mélange de la composition afin de permettre le granulage. A l'issue de ce malaxage, le matériau M obtenu est retiré du malaxeur 5 et introduit (étape D) dans un granulateur oscillant 10. Un tel équipement est classique dans le domaine pharmaceutique. Il est composé d'un bras oscillant 17 à section en croix (ici une croix à quatre branches) qui est monté pivotant sur un axe 18. Ce bras est en appui sur une grille 19 courbe de dimension de maille 2000 micromètres et il a un mouvement oscillant, c'est à dire pivotant de façon intermittente dans un sens puis dans l'autre. Le bras oscillant 17 est actionné par un moteur (non représenté). La vitesse d'oscillation est adaptée en fonction de la sensibilité de la composition. Le granulateur permet de transformer le matériau M en granulés 14 ayant un diamètre qui est fonction de la maille de la grille 19 utilisée, soit pour une grille de 2000 micromètres, des granules 14 compris entre 200 et 1600 micromètres de diamètre, avec une majorité des granules compris entre 315 et 800 micromètres. Ces granulés 14 sont récupérés sur un plateau 11 en acier inoxydable. Au cours de l'étape E (ou étuvage), les granules 14 sont disposés, préférentiellement en couche fine, dans le plateau 11 qui est disposé dans une enceinte 13 et sous une deuxième source de rayonnement ultraviolet 12. Cette mise en oeuvre en couche fine permet d'optimiser la polymérisation du liant sous la lampe UV. Les caractéristiques de rayonnement de la deuxième lampe 12 sont analogues à celles de la première lampe 9. Durant cette étape, un brassage de la composition est réalisé pendant 5 min, c'est à dire un déplacement des granulés 14 à l'aide d'un outil, tel un râteau. Ce brassage permet d'éviter l'adhérence des granulés. Le brassage aère les granulés, les décolle du plateau 11 et améliore leur séchage. Les granulés 14 sont ensuite maintenus dans l'enceinte 13, sous la deuxième source de rayonnement ultraviolet 12, pendant une durée supérieure à 20 heures, par exemple pendant 24 heures. Cette étape d'étuvage permet de compléter la polymérisation du liant enrobant les granules 14. Les granulés 14 sont enfin soumis à une étape d'émottage (étape F), au cours de laquelle les granulés sont passés au 15 travers d'un tamis 15 ayant une dimension de maille de 1,5 mm ce qui permet de séparer les granulés les uns des autres. Les granulés 14 sont enfin (étape G) stockés dans des sachets 16. Les granulés du matériau ainsi obtenu sont ultérieurement 20 mis en oeuvre pour réaliser le chargement de projectiles de moyen calibre par compression ou pour réaliser des relais d'amorçage. Le liant polymérisé assure la cohésion de chaque granulé 14 du matériau obtenu. Le granulé conserve cependant des 25 caractéristiques de compressibilité satisfaisante permettant sa mise en oeuvre par compression (par exemple : compression à température ambiante à 150 Méga Pascals). 30 A titre d'exemple on a ainsi réalisé les matériaux suivants (proportions en pourcentages de la masse totale du matériau réalisé) : Exemple 1 - oxynitrotriazol 46%, - hexogène 31%, - aluminium 13%, - liant polymérisable 10%. Le liant polymérisable est une résine de type polyuréthane acrylé (UV40-250 ou UV40). Le malaxage sous UV (étape C) a été réalisé pendant 30 minutes. La polymérisation 10 finale (étuvage étape E) a été conduite pendant 24 heures. Ce matériau a été comprimé dans une matrice de diamètre 20 mm à l'aide d'un outillage de compression classique. Avec le même procédé, il est possible de réaliser les 15 compositions suivantes : Exemple 2 - oxynitrotriazol 50%, - hexogène 35%, 20 - aluminium 10%, - liant polymérisable 5%. Exemple 3 - oxynitrotriazol 40%, 25 - hexogène 35%, - aluminium 10%, - liant polymérisable 15%. Exemple 4 30 - oxynitrotriazol 50%, - CL20 15%, - hexogène 15%, - aluminium 10%, - liant polymérisable 10%. Il est également possible de substituer dans les exemples précédents le DADNE (FOX7) ou le GUDN (Foxl2) au CL20 et/ou à l'ONTA. A titre de variante il sera possible de mettre en oeuvre d'autres types de liant polymérisables : par exemple un adhésif bi-composants photosensible tel une colle à base de résine époxy. On pourra aussi utiliser d'autres explosifs à 10 vulnérabilité réduite que l'oxynitrotriazol. D'autres explosifs enfin pourront être mis en oeuvre pour réaliser un matériau granulé selon l'invention. Explosifs utilisés seuls ou en mélange, éventuellement des explosifs non insensibles. 15 On pourra par exemple réaliser des granulés associant hexogène ou octogène et CL20 et enrobés avec un liant polymérisable. REVENDICATIONS1- Procédé de fabrication de granulés (14) d'une composition explosive comprimable à partir d'un matériau en poudre (PM) comprenant au moins un explosif pulvérulent, procédé caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape de d'enrobage (B) dans un malaxeur (5) du matériau en poudre (PM) avec un liant inerte (L), liquide ou pâteux, et susceptible de durcir par polymérisation par rayonnement ou 10 bombardement, notamment par rayonnement ultraviolet, cette étape d'enrobage (B) étant suivie par une étape de polymérisation (C) dans laquelle le malaxage est poursuivi sous une première source de rayonnement (9) pour provoquer un début de polymérisation du liant, le mélange étant ensuite 15 soumis à une étape de granulage (D) suivie par une étape d'étuvage (E) dans laquelle la polymérisation est complétée sous une deuxième source de rayonnement (12). 2- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant inerte est constitué par une 20 résine photosensible à base de résine naturelle ou de synthèse. 3-Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liant est une résine photosensible ou un adhésif photosensible dont la résine de base est 25 choisie parmi les résines suivantes résine acrylique, résine epoxy, résine polyuréthane, résine silicone, résine anaérobie, résine polyester. 4- Procédé de fabrication selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant est une résine photosensible 30 polymérisable aux rayonnements ultraviolets, résine de type polyuréthane acrylé. 5- Procédé de fabrication selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'enrobage (B) avec leliant est précédée par une étape (A) de mélange à sec des composants du matériau en poudre. 6- Procédé de fabrication selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape d'étuvage (E) est conduite 5 pendant une durée supérieure à 20 heures. 7- Procédé de fabrication selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau en poudre comprend au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène 10 (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée-dinitramide (GUDN). 8- Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau en poudre comprend au moins un explosif complémentaire, tel que l'hexogène ou l'octogène. 15 9- Procédé de fabrication selon une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le matériau en poudre comprend de l'aluminium. 10- Matériau explosif comprimable formé de granulés d'une composition explosive associant au moins un explosif 20 pulvérulent enrobé avec un liant inerte, matériau caractérisé en ce que le liant inerte est un matériau d'enrobage dont le durcissement a été obtenu par polymérisation par rayonnement ou bombardement, notamment par rayonnement ultraviolet. 11- Matériau explosif comprimable selon la revendication 25 10, caractérisé en ce que liant est une résine photosensible dont la résine de base est choisie parmi les résines suivantes résine acrylique, résine époxy, résine polyuréthane, résine silicone, résine anaérobie, résine polyester. 30 12- Matériau explosif comprimable selon la revendication 11, caractérisé en ce que le liant est une résine photosensible polymérisable au rayonnement ultraviolet, résine de type polyuréthane acrylé. 13- Matériau explosif comprimable selon une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée-dinitramide (ou GUDN). 14- Matériau explosif comprimable selon une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte de 5% à 15% en masse de liant polymérisable. 15- Matériau explosif comprimable selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il a la composition suivante, dans laquelle les proportions sont exprimées en pourcentages de la masse totale du matériau réalisé : - explosif à vulnérabilité réduite 40% à 50%, - explosif(s) complémentaire(s) 25% à 35%, - aluminium 10% à 20%, - liant polymérisable 5% à 15%.