Brevet FR2984885A1 — publié le 20130628

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 la plupart des 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 directement 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 d'enrobage dans un drageoir du matériau en poudre avec un liant qui est formé essentiellement par du 2.4-dinitroanisole (DNAN) et/ou au moins un de ses isomères, 30 liant préalablement chauffé pour être fusionné. Selon un mode particulier de réalisation, la température du drageoir est abaissée progressivement jusqu'à la température ambiante afin de permettre la solidification du liant et la formation des granulés directement dans le drageoir. Selon un autre mode de réalisation, l'étape d'enrobage pourra être suivie par une étape de granulage. Le liant pourra avantageusement comprendre au moins un isomère du dinitroanisole à haut point de fusion tels que le 2,6-dinitroanisole ou le 3,5-dinitroanisole. L'étape d'enrobage avec le liant pourra être précédée par une étape de mélange à sec des composants du matériau en 10 poudre. Le matériau en poudre pourra 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- 15 dinitramide (GUDN). Le matériau en poudre pourra comprendre également au moins un explosif complémentaire, tel que l'hexogène ou l'octogène. Le matériau en poudre pourra comprendre de l'aluminium. 20 L'invention a également pour objet un matériau explosif comprimable formé de granulés d'une composition explosive associant au moins un explosif pulvérulent enrobé avec un liant, le liant étant formé essentiellement par du 2.4dinitroanisole (DNAN) et/ou au moins un de ses isomères. 25 Le liant pourra comprendre un ou plusieurs isomères du dinitroanisole à haut point de fusion tels que le 2,6dinitroanisole ou le 3,5-dinitroanisole. Le matériau explosif comprimable pourra comprendre au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi 30 parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée-dinitramide (ou GUDN). Le matériau explosif comprimable pourra comporter de 5% à 15% en masse de liant. Le matériau explosif comprimable pourra en particulier avoir 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 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. 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. 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 triaminotrinitrobenzène (TATB), le FOX7 et le FOX12 cités ci-dessus. L'explosif insensible sera de préférence associé à un ou 10 plusieurs autres explosifs complémentaires en poudre permettant d'accroître les performances détoniques du matériau. On pourra par exemple utiliser de l'hexogène (RDX) ou de l'octogène (HMX) ou du CL20 (éventuellement combinés entre 15 eux). On ajoutera éventuellement aux poudres explosives d'autres matériaux pulvérulents susceptibles d'apporter un effet supplémentaire, par exemple de la poudre d'aluminium pour accroître l'effet de souffle lors de la détonation du 20 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 qui 25 n'est pas une cire inerte mais un liant explosif, qui est formé essentiellement par du 2.4-dinitroanisole (DNAN) et/ou un ou plusieurs de ses isomères. Dans la présente demande, on utilisera le terme dinitroanisole (DNAN) comme terme générique pour désigner le 30 2.4-dinitroanisole ou ses isomères. Le 2.4-dinitroanisole (DNAN) est un explosif bien connu. Il est utilisé dans les chargements d'obus par coulée en remplacement du trinitrotoluène (TNT). Le brevet US7067024 décrit une telle mise en oeuvre du DNAN. Le DNAN présente comme avantages d'avoir une toxicité réduite ainsi qu'une vulnérabilité également réduite, ce qui le rend particulièrement bien adapté à la réalisation de chargements explosifs à vulnérabilité réduite. Un tel matériau n'est pas cependant à ce jour mis en oeuvre pour réaliser des granulés de matériau explosif comprimable car il est mis en oeuvre par coulée. Le procédé de fabrication selon l'invention va être maintenant décrit en référence à la figure annexée. Il 10 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 15 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. 20 11 serait possible de mettre en oeuvre un cube 1 monté sur un axe vertical. Les matériaux pulvérulents P comprennent le ou les explosifs et le ou les additifs (tels que l'aluminium). Le cube mélangeur 1 permet d'obtenir un mélange homogène des 25 différentes poudres. Au cours d'une étape B, dite "étape de fusion", et qui peut être mise en oeuvre parallèlement à l'étape A, on dispose le dinitroanisole DNAN dans la cuve 5a d'un drageoir 5 thermostaté. 30 Un tel appareil est plus particulièrement adapté à la mise en oeuvre de matériaux énergétiques sensibles aux contraintes mécaniques. Le drageoir 5 comporte une cuve 5a sensiblement sphérique à l'intérieur de laquelle sont fixées une ou plusieurs pales 6. La cuve 5a est entraînée en rotation par une motorisation 7. Les pales 6 restent fixes au cours de la rotation de la cuve 5a et assurent le brassage des matériaux mis en oeuvre dans la cuve. Les drageoirs sont des équipements classiques 5 de laboratoire et sont utilisés aussi dans l'industrie (pharmacie et confiserie en particulier). Des équipements analogues sont aussi utilisés dans le domaine des travaux publics (bétonnières). Afin de maîtriser la température des matériaux mis en 10 place dans la cuve 5a, cette dernière est plongée partiellement au niveau d'un bord inférieur 5b dans un réservoir 8, appelé par la suite bain thermostaté, contenant un liquide caloporteur 9. La température de ce liquide caloporteur 9 est régulée par une unité de chauffage H qui 15 permet de régler la température de chauffe. Grâce au bain thermostaté 8, le dinitroanisole (DNAN) est chauffé dans la cuve 5a à une température légèrement supérieure à sa température de fusion qui est de 95°C pour le 2,4-dinitroanisole, de 105°C pour le 3,5-dinitroanisole et de 20 117°C pour le 2,6-dinitroanisole. Une température de 110°C pour la fusion du 2,4-dinitroanisole est ainsi convenable. Après fusion complète du dinitroanisole, on place au cours de l'étape C (ou "étape d'enrobage") le mélange des poudres (ou matériau en poudre PM) dans la cuve 5a du 25 drageoir 5. Lors de cette introduction du matériau en poudre PM le drageoir 5 est à l'arrêt. L'enrobage est ensuite réalisé par une nouvelle mise en rotation de la cuve 5a du drageoir. On procède ainsi à l'enrobage des poudres PM avec le 30 liant formé par le dinitroanisole 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 Pm sont enrobés par le dinitroanisole et constituent un mélange homogène pouvant être ensuite granulé. A l'issue de cet enrobage, la température du bain thermostaté 8 est diminuée progressivement pendant 1 heure en maintenant la rotation de la cuve 5a. La diminution de la température entraîne le durcissement progressif du liant DNAN autour des grains du matériau en poudre Pm et assure ainsi l'enrobage des matériaux. Avec un choix approprié de la vitesse de rotation de la 10 cuve 5a du drageoir 5, couplé à un refroidissement progressif de la température, des granulés 14 de composition explosive comprimable sont directement obtenus à l'issue de l'étape d'enrobage C. Il suffit ensuite de les extraire de la cuve 5a pour les mettre dans des sachets 16 (étape D). 15 Une vitesse de la cuve 5a appropriée à la granulation est de l'ordre de 6 tours par minute. Le choix de la vitesse appropriée au matériau à réaliser sera fait par l'Homme du Métier à partir d'essais successifs. Il est possible également de réaliser un enrobage à une 20 vitesse supérieure (12 tours par minute par exemple) puis de retirer le matériau de la cuve 5a, avant la solidification complète du DNAN, pour le granuler à l'aide d'un granulateur oscillant 10 (étape E). Un tel équipement est classique dans le domaine 25 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 30 intermittente dans un sens puis dans l'autre. Le bras oscillant 17 est actionné par un moteur (non représenté). La vitesse d'oscillation et l'entrefer en le bras oscillant 17 et la grille 19 sont adaptés en fonction de la sensibilité de la composition. Le granulateur permet de calibrer les granulés 14 en les faisant passer au travers de la grille 19 de 2000 micromètres. On obtient ainsi des granulés 14 compris entre 200 et 1600 micromètres de diamètre, avec une majorité des granulés compris entre 315 et 800 micromètres. Ces granulés 14 sont récupérés sur un plateau 11 en acier inoxydable. La composition explosive est ensuite laissée sur le plateau quelques minutes pour parfaire le durcissement du DNAN. Comme précédemment, les granulés 14 sont ensuite (étape 10 D) stockés dans des sachets 16. Les granulés du matériau ainsi obtenu sont ultérieurement mis en oeuvre pour réaliser le chargement de projectiles de moyen calibre par compression ou pour réaliser des relais d'amorçage. 15 Le liant formé par le dinitroanisole assure la cohésion de chaque granulé 14 du matériau obtenu. Grâce aux propriétés mécaniques du dinitroanisole, le granulé conserve cependant des caractéristiques de compressibilité satisfaisante permettant sa mise en oeuvre par compression (par exemple : 20 compression à température ambiante à 150 Méga Pascals). A titre de variante on pourra utiliser un drageoir doté d'une cuve à double paroi. Ces drageoirs bien connus permettent de maîtriser la température du matériau d'enrobage en régulant la température d'un fluide circulant dans la 25 paroi de la cuve. A titre d'exemple on a ainsi réalisé les matériaux suivants (proportions en pourcentages de la masse totale du matériau réalisé) : 30 Exemple 1 - oxynitrotriazol 46%, - hexogène 31%, - aluminium 13%, - enrobage de dinitroanisole (DNAN) 10%. Le dinitroanisole mis en oeuvre ici est le 2,4- dinitroanisole (température de fusion : 95°C). L'enrobage (étape C) a été réalisé pendant 30 minutes. Ce matériau a été comprimé dans une matrice de diamètre 20 mm à l'aide d'un outillage de compression classique sous une pression de 150 Méga Pascals. L'éprouvette réalisée est cylindrique de diamètre 20mm et de hauteur 20,5mm. Cette composition a été comparée d'un point de vue 10 mécanique avec deux compositions antérieures : Une composition X telle que décrite par le brevet FR2801883 et qui a la formulation suivante (proportions en pourcentages de la masse totale du matériau réalisé) : - oxynitrotriazol 46%, 15 - hexogène 31%, - aluminium 13%, - Cire 10%. Et une composition Y de type Hexal 83/17 qui associe donc 20 hexogène et aluminium en poudre dans des proportions relatives de 83 % d'Hexogène pour 17% d'aluminium, ces composants pulvérulents étant enrobés de cire (2% à 5% de la masse totale de la composition). Cette composition est bien connue de l'Homme du Métier et utilisée souvent pour le 25 chargement par compression d'obus de moyen calibre. Tous les échantillons sont des éprouvettes cylindriques de diamètre 20mm et de hauteur 20,5mm qui sont réalisées par compression uniaxiale sous une pression de 150 Méga Pascals et avec un outillage classique. 30 Les résultats des essais sont consignés dans le tableau suivant : Composi- Composi- Exemple 1 tion X tion Y Masse volumique à 1820 1807 1780 20°C (kg/m3) Contrainte maximale à 8,93 11,09 12,8 20°C (Mpa) Déformation relative 1,86 1,23 1,45 à 20°C (%) Module d'Young à 20°C (Mpa) 642 1011 1009 Vitesse de détonation (mètres / seconde) 7800 8250 8020 Le tableau précédent permet de vérifier que le matériau explosif comprimable selon l'invention a une meilleure résistance à la contrainte (contrainte maxi à la rupture) que l'hexal 83/17 (composition Y) et que la composition X connue. La résistance mécanique (module d'Young) du matériau selon l'invention est meilleure que celle de la composition X et du même ordre que celle de l'Hexal 83/17. Le matériau selon l'invention a par ailleurs des performances détoniques comparables à celles de la composition comprimable X et, du fait de sa proportion en oxynitrotriazol, elle présente une sensibilité réduite qui est d'un niveau analogue à celui de la composition comprimable X mise en oeuvre à l'aide d'un solvant. Afin d'améliorer le comportement du matériau selon l'invention aux températures d'emploi élevées (au voisinage de 100°C), on utilisera de préférence un dinitroanisole à haut point de fusion. On pourra par exemple utiliser le 2,6- dinitroanisole (température de fusion : 117°C, masse volumique 1319 kg/m3) ou bien le 3,5-dinitroanisole (température de fusion : 105°C, masse volumique 1558 kg/m3). On pourra mettre en oeuvre ces isomères du dinitroanisole dans les mêmes proportions que celles visées à l'exemple 1. Dans tous les cas les proportions des composants (pourcentages de la masse totale du matériau réalisé ) pourront varier dans les fourchettes suivantes : - explosif à vulnérabilité réduite 40% à 50%, - explosif(s) complémentaire(s) 25% à 35%, - aluminium 10% à 20%, - liant à base de DNAN 5% à 15%. Avantageusement la proportion de liant sera comprise entre 8 et 10% en masse. Les proportions préférées seront donc : - explosif à vulnérabilité réduite 40% à 50%, - explosif(s) complémentaire(s) 30% à 32%, - aluminium 10% à 20%, - liant à base de DNAN 8% à 10%. Avec le même procédé, il est possible de réaliser les compositions suivantes : Exemple 2 - oxynitrotriazol 50%, - hexogène 35%, -aluminium 10%, - enrobage de dinitroanisole (DNAN) 5%. Exemple 3 - oxynitrotriazol 40%, - hexogène 35%, - aluminium 10%, - enrobage de dinitroanisole (DNAN) 15%. Exemple 4 - oxynitrotriazol 50%, - CL20 15%, - hexogène 15%, - aluminium 10%, - enrobage de dinitroanisole (DNAN) 10%. Dans tous les cas on pourra utiliser le 2,410 dinitroanisole (Tf=95°C) ou un de ses isomères à haut point de fusion tels que le 2,6-dinitroanisole et le 3,5dinitroanisole. On pourra utiliser aussi le 2,5-dinitroanisole (température de fusion 96°C) qui est assez proche par ses 15 propriétés mécaniques du 2,4-dinitroanisole. Le 3,4-dinitroanisole serait utilisable mais sa température de fusion (70°C) est trop basse pour une utilisation opérationnelle dans une munition. On pourrait aussi utiliser un mélange d'isomères de DNAN 20 ou bien un mélange de DNAN avec un additif permettant de modifier les propriétés de la composition. Il est également possible de substituer dans tous les exemples précédents le DADNE (FOX7) ou le GUDN (FOX12) au CL20 et/ou à l'ONTA. 25 On pourra aussi utiliser d'autres explosifs à 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 30 non insensibles. On pourra par exemple réaliser des granulés associant hexogène ou octogène et CL20 et enrobés avec un liant à base de dinitroanisole. REVENDICATIONS1- Procédé de fabrication de granulés (14) d'une composition explosive comprimable à partir d'un matériau en 5 poudre (PM) comprenant au moins un explosif pulvérulent, procédé caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'enrobage (C) dans un drageoir(5) du matériau en poudre (PM) avec un liant qui est formé essentiellement par du 2.4dinitroanisole (DNAN) et/ou au moins un de ses isomères, 10 liant préalablement chauffé pour être fusionné. 2- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du drageoir est abaissée progressivement jusqu'à la température ambiante afin de permettre la solidification du liant et la formation des 15 granulés directement dans le drageoir. 3- Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'enrobage (C) est suivie par une étape de granulage (E). 4- Procédé de fabrication selon une des revendications 1 20 à 3, caractérisé en ce que le liant comprend au moins un isomère du dinitroanisole à haut point de fusion tels que le 2,6-dinitroanisole ou le 3,5-dinitroanisole. 5- Procédé de fabrication selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape d'enrobage (B) avec le 25 liant 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 le matériau en poudre comprend au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi 30 parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée-dinitramide (GUDN). 7- Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau en poudre comprend au moins un explosif complémentaire, tel que l'hexogène ou l'octogène. 8- Procédé de fabrication selon une des revendications 6 5 ou 7, caractérisé en ce que le matériau en poudre comprend de l'aluminium. 9- Matériau explosif comprimable formé de granulés d'une composition explosive associant au moins un explosif pulvérulent enrobé avec un liant qui est formé 10 essentiellement par du 2.4-dinitroanisole (DNAN) et/ou au moins un de ses isomères. 10- Matériau explosif comprimable selon la revendication 9, caractérisé en ce que le liant comprend un ou plusieurs isomères du dinitroanisole à haut point de fusion tels que le 15 2,6-dinitroanisole ou le 3,5-dinitroanisole. 11- Matériau explosif comprimable selon une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un explosif pulvérulent à vulnérabilité réduite choisi parmi : l'oxynitrotriazol (ONTA), le triaminotrinitrobenzène 20 (TATB), le 1,1 diamino-2,2-dinitro-ethene (DADNE), le Guanylurée-dinitramide (ou GUDN). 12- Matériau explosif comprimable selon une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte de 5% à 15% en masse de liant. 25 13- Matériau explosif comprimable selon la revendication 12, 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%, 30 - explosif(s) complémentaire(s) 25% à 35%, - aluminium 10% à 20%, - liant 5% à 15%.