ASBESTOS-FREE THERMAL PROTECTION FOR POWDER PROPULSION UNITS

Abstract: 1. An asbestos-free heat shield for use in powder propulsion systems consisting essentially of 100 parts by weight of synthetic rubber and from 50 to 150 parts by weight of a filler material and characterised in that the filler material is comprised of silica and aromatic polyamide fibres and in that it contains at least 15 parts by weight of said fibres.

Description: Protection thermique pour propulseurs à poudre, exempte d'amiante L'invention concerne une protection thermique exempte d'amiante destinée à protéger les parois internes des propulseurs à poudre lors de l'émission des gaz chauds produits par la combustion des blocs de propergols. On connait les protections thermiques qui comportent, en plus d'un caoutchouc synthétique servant de liant, une proportion plus ou moins importante d'amiante en fibre et, éventuellement, des charges réfractaires et des composes chimiques à décomposition endothermique. Dans le cas de vitesse de passage des gaz de combustion élevée, l'amiante joue le rôle essentiel de permettre l'accrochage de matériau qui est en train de se transformer en carbone à la surface du matériau vierge, réalisant ainsi une croute poreuse et charbonneuse nécessaire à la protection en profondeur du matériau. Les avantages procurés par l'amiante vis à vis d'autres matériaux de charge, et notamment vis à vis des fibres organiques, sont bien illustrés par le brevet US 3 347 047. Les fibres organiques sont en effet transformees en carbone sous l'effet des gaz chauds et ne peuvent donc assurer l'accrochage du caoutchouc synthetique qui est en train de se transformer en carbone. Toutefois, on connaît les graves dangers que peut faire courir l'amiante aux personnes qui sont appelées à le manipuler. Le but de l'invention est donc de fournir une protection thermique exempte d'amiante et qui présente, neanmoins, sensiblement les mêmes qualités de resistance à l'ablation que les protections thermiques comportant de l'amiante. De manière surprenante la demanderesse a trouvé qu'il était possible d'obtenir ce resultat en utilisant un matériau de charge à base de silice et d'une fibre organique particulière. Selon la présente invention, la protection thermique exempte d'amiante utilisée dans les propulseurs à poudre est constituee essentiellement de 100 parties en poids de caoutchouc synthétique et de 50 à 150 parties en poids d'un materiau de charge et est caractérisée en ce que le matériau de charge est à base de silice et de fibres de polyamide aromatique et en ce qu'elle contient au moins 15 parties en poids desdites fibres. L'invention n'est pas limitée à un type de caoutchouc synthétique particulier. I1 est toutefois nécessaire que ces caoutchouc soient sous forme de gomme et non à l'état liquide. On peut citer à titre indicatif les terpolymères hydrocarbonés à base d'éthylène, de propylène et de butadiène, par exemple, ou les silicones ou les Néoprènes. De nombreux caoutchoucs synthétiques convenant pour la présente invention sont décrits dans les brevets GB 1 030 155 et 1 176 349. Pour des raisons de facilité de mise en oeuvre, notamment au niveau du malaxage, il est préférable de ne pas utiliser plus de 35 parties en poids de fibres de polyamide aromatique pour 100 parties de caoutchouc synthétique. On utilisera avantageusement une quantité de fibres de polyamide aromatique comprise entre 18 et 22 parties en poids pour îoe parties de caoutchouc synthétique. Pour les mêmes raisons de facilité de mise en oeuvre on emploiera avantageusement un taux de silice inférieur à 90 parties en poids pour îoo parties de caoutchouc synthétique et, dans un mode préférentiel, une quantité comprise entre 45 et 55 parties en poids. La silice peut être indifféremment sous forme de fibre ou en poudre étant donné que les fibres de silice sont transformées en poudre lors de la mise en oeuvre. Pour des raisons pratiques, il est donc préférable mais non nécessaire, d'utiliser directement la silice sous forme de poudre. Les fibres de polyamide aromatique qui peuvent être utilises sont de longueur variable. Cette longueur est toutefois limitée par les difficultes de mise en oeuvre que présente l'emploi de fibres trop longues. Dans les exemples que l'on trouvera ci-après, des fibres de 6 mm et de 13 mm ont été utilisées. Afin d'améliorer la tenue thermique de la protection, il est avantageux d'ajouter une quantité pouvant aller jusqu'à loo parties en poids, pour îoo parties de caoutchouc synthétique, d'un composé chimique à décomposition endothermique. Parmi ces composes chimiques, on peut citer à titre indicatif l'oxalate de calcium, l'hydroxyde d'aluminium ou lAhydroxyde de calcium. Des exemples de formulations de protection thermique selon l'invention sont donnes ci-dessous. On donne à titre de comparaisons trois autres formulations comportant comme materiau de charge respectivement de l'amiante, du chlorure de polyvinyle et de la silice uniquement. A - Exemples de formulations selon l'invention (en parties en poids) Formulation I Néoprène WRT (fourni par la Sté Dupont de Nemours) 100 Fibres de silice ioo Fibres de Kevlar de 13 mm (polyamide aromatique) 20 fournies par la Sté Dupont de Nemours Alumine hydratée 20 Noir de carbone 2 Ditertiobutylparacresol 1 Agent d'adhesion liant charge 1 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Ethylène thiourée 0,5 Formulation II Néoprène WRT 100 Poudre de silice 50 Fibres de Kevlar de 6 mm 20 Oxalate de calcium 20 Ditertiobutylparacresol 1 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Plastifiant PBHT R 45 M (fourni par la 15 Société ARCO CHEMICAL) Vulcaflor 322 (fourni par la Société VULNAX) 1,5 Formulation III Néoprène WRT 100 Poudre de silice 50 Fibres de kevlar de 6 mm 20 Alumine hydratée 20 Noir thermique (renforce les propriétés mécaniques) 100 Ditertiobutylparacrésol 1 Plastifiant PBHT 15 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Vulcaflor 322 0,5 B - Essais comparatifs Formulation IV ( base d'amiante) en parties en poids Butachlor Sc 22 qui est néoprène fourni 100 par la Sté française RHONE-POULENC Alumine hydratée 20 Noir thermique 2 Fibres d'amiante 50 Ditertiobutylparacrêsol 1 Plastifiant 7,5 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Formulation V (à base de PVC) Néoprène WRT 100 Poudre de silice 50 Oxalate de calcium 20 Fibres de PVC 40 Ditertiobutylparacrésol 1 Plastifiant 15 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Vulcaflor 322 1,5 Formulation VI (à base de silice) Néoprène WRT 100 Fibres de silice 100 Alumine hydratée 20 Noir de carbone 2 Ditertiobutylparacrésol 1 Agent de liaison liant-charge 1 Acide stéarique 1 Agents de vulcanisation 9 Ethylène thiourée 0,5 Pour réaliser ces matériaux, on effectue le mélange des différents constituants de manière connue. On moule ensuite le melange dans un moule selon la forme désirée. La vulcanisation est effectuée pendant 1 h à 1500C. Bien évidemment, les conditions de moulage et de vulcanisation devront être adaptees aux mélanges utilises dans chaque cas particulier. On donne ci-après les caractéristiques de certains des matériaux ainsi obtenus à 20 C. EMI6.1 <tb> : <SEP> Formu- <SEP> Sm <SEP> en <SEP> bar <SEP> # <SEP> <SEP> % <SEP> <SEP> E <SEP> bars <SEP> em <SEP> ex <SEP> % <SEP> er <tb> : <SEP> lation <SEP> : <tb> : <SEP> II <SEP> : <SEP> 57,2 <SEP> : <SEP> 16,5 <SEP> : <SEP> 347,6 <SEP> : <SEP> 103,6 <SEP> : <SEP> 113,3 <tb> : <SEP> ICI <SEP> 61,8 <SEP> : <SEP> 6,0 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 070,5 <SEP> 32,2 <SEP> : <SEP> 33,9 <tb> : <SEP> IV <SEP> : <SEP> 59,2 <SEP> : <SEP> 23,0 <SEP> : <SEP> 258,9 <SEP> : <SEP> 118,5 <SEP> : <SEP> 121,6 <tb> : <SEP> V <SEP> : <SEP> 52,5 <SEP> : <SEP> 14,8 <SEP> : <SEP> 361,3 <SEP> : <SEP> 132,6 <SEP> : <SEP> 136,7 <tb> Sm traction maximum ±% allongement élastique E module d'young em allongement maximum er allongement à la rupture. Ces matériaux sont compatibles avec les blocs de propergol entre - 400C et + 600C et sont utilisables pour tous les propulseurs à poudre munis de propergols composites ou de propergols homogènes. Afin de renforcer l'adhésion du bloc de propergol à la protection thermique, il est necessaire d'utiliser un inhibiteur ou un caoutchouc de liaison. Ces adhésifs sont bien connus de l'homme de métier. On peut citer par exemple les élastomères de polyuréthanne. La résistance à l'ablation des protections thermiques dont les formulations sont decrites ci-dessus a été testé dans un convergent de tuyère à section hexagonale variable, par passage des gaz de combustion générés par un bloc de propergol, placé en amont du convergent, après qu'elles aient eté collees sur les parois métalliques intérieures du convergent de la tuyère. Les conditions de tir sont les suivantes Pressions en bars 70 Temperature des gaz 32000C Débit des gaz 6 kg/s Durée du tir 7,0 s Les résultats obtenus au cours des tirs sont exprimés en épaisseur ablate par seconde (vitesse d'ablation). On appelle épaisseur ablatée la difference entre l'épaisseur initiale du matériau et l'épaisseur du materiau sain après tir (dans le cas où il a formation d'une croute charbonneuse, on l'enlève jusqu'à obtenir le materiau sain). EMI8.1 <tb> <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> : <tb> <SEP> 0,035 <SEP> 0,055 <SEP> 0,075 <SEP> 0,1 <tb> :For- <SEP> es <SEP> gaz <SEP> 0,035 <SEP> : <SEP> 0,055 <SEP> : <SEP> 0,075 <SEP> 0,1 <tb> mula- <SEP> (Mach): <SEP> . <tb> :tion <SEP> . <SEP> . <SEP> . <tb> : <SEP> I <SEP> : <SEP> 0,24 <SEP> : <SEP> 0,32 <SEP> : <SEP> 0,48 <SEP> : <SEP> 0,52 <tb> : <SEP> II <SEP> : <SEP> 0,25 <SEP> : <SEP> 0,33 <SEP> : <SEP> 0,48 <SEP> : <SEP> 0,54 <tb> : <SEP> III <SEP> : <SEP> 0,23 <SEP> : <SEP> 0,34 <SEP> : <SEP> 0,50 <SEP> : <SEP> 0,55 <tb> : <SEP> IV <SEP> : <SEP> 0,23 <SEP> : <SEP> 0,31 <SEP> : <SEP> 0,44 <SEP> : <SEP> 0,49 <tb> : <SEP> V <SEP> : <SEP> 0,26 <SEP> : <SEP> 0,55 <SEP> : <SEP> 0,85 <SEP> : <SEP> 1,1 <tb> VI <SEP> : <SEP> 0,35 <SEP> : <SEP> 1,2 <SEP> : <SEP> 1,6 <SEP> : <SEP> 1,85 <tb>

Claims: Revendications de brevet 1. Protection thermique exempte d'amiante utilise dans les propulseurs à poudre constituee essentiellement de 100 parties en poids de caoutchouc synthétique et de 50 à 150 parties en poids d'un matériau de charge et caractérisée en ce que le matériau de charge est à base de silice et de fibres de polyamide aromatique et en ce qu'elle contient au moins 15 parties en poids desdites fibres. 2. Protection thermique exempte d'amiante selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle contient au plus 35 parties en poids de fibres de polyamide aromatique. 3. Protection thermique exempte d'amiante selon la revendication 2 caractérisée en ce qu'elle contient 18 à 22 parties de fibres de polyamide aromatique. 4. Protection thermique exempte d'amiante selon l'une quelconque des revendications précédentes caracterisee en ce qu'elle contient une quantité de silice inférieure ou égale à 90 parties en poids. 5. Protection thermique exempte d'amiante selon la revendication 4 caractérisée en ce qu'elle contient 45 à 55 parties de silice 6. Protection thermique exempte d'amiante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle contient en outre jusqu'à 100 parties en poids d'un composé chimique à decomposition endothermique.

Inventors: MAUCOURT, JACQUES, TAUZIA, JEAN-MICHEL
Applicants: SOCIETE NATIONALE DES POUDRES ET EXPLOSIFS
Application year: 1980
Main classification: C08L21
IPC codes: F42B5, C08L21, F02K9