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Matières énergétiques
La présente invention concerne des matières énergétiques, en particulier des substances explosives et poudres pour armes contenant un liant polymère, outre des compositions convenant à cet effet.
Les poudres pour armes ont été produites depuis de nombreuses années à partir de compositions contenant des mélanges de nitrocellulose et de nitroglycérine et sont dès lors appelées poudres à double base. Dans certains cas, des constituants énergétiques supplémentaires tels que la picrite sont ajoutés et les poudres sont appelées compositions à triple base. Pour des applications à haute énergie, par exemple la propulsion de projectiles à énergie cinétique par un canon de véhicule blindé, des constituants hautement énergétiques tels que les nitramines ont été incorporés dans des compositions à double et triple base.
Les compositions à double et triple base, en particulier pour les applications à haute énergie, ont l'inconvénient d'être hautement vulnérables à une inflammation non souhaitée lorsqu'elles sont exposées en milieu hostile à l'attaque par un projectile énergétique, par exemple un projectile contenant une charge explosive façonnée.
Les approches récentes du problème de la vulnérabilité ont conduit au développement de compositions qui sont essentiellement des systèmes non-double base ou non-triple base. Bien que ces systèmes puissent offrir une vulnérabilité réduite, celle-ci n'est en règle générale obtenue qu'aux dépens de l'énergie propulsive.
Un but de la présente invention est de procurer des matières énergétiques insensibles améliorées, spécialement des substances explosives et poudres propulsives pour armes contenant un liant plastique pour des applications nécessitant une faible vulnérabilité.
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La présente invention a pour objet une composition énergétique comprenant les composants suivants dans les proportions relatives ci-après : composant A : 5 à 25% en poids d'un liant polymère ; composant B : 65 à 90% en poids d'un explosif particulaire hautement énergétique comprenant au moins une nitramine hétéroalicyclique, et composant C : 1 à 15% en poids d'un plastifiant qui comprend au moins un composé nitroaromatique ; les pourcentages pondéraux des composants A, B et C s'additionnant à 100%.
Dans les compositions conformes à la présente invention, le composant B procure essentiellement le haut pouvoir énergétique de la composition (bien que le composant C apporte et que le composant A puisse apporter facultativement une contribution mineure), le composant A confère les propriétés de liant de structure requises et le composant C confère de l'aptitude à la mise en oeuvre permettant de former avec les composants A et B des mélanges qui peuvent être convertis en une matière pâteuse appropriée qui peut être pressée ou extrudée pour former des produits appropriés, par exemple des poudres propulsives. La combinaison mutuelle de ces composants est spécialement choisie dans les compositions conformes à la présente invention en raison des avantages inattendus que procure une telle combinaison, comme indiqué ciaprès.
La Demanderesse a découvert que les compositions conformes à la présente invention peuvent être mises en oeuvre avantageusement pour donner des matières énergétiques, par exemple à utiliser comme poudres propulsives pouvant manifester de façon inattendue et favorable une amélioration dans le domaine
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de la vulnérabilité, mais sans une baisse correspondante d'énergie qui est normalement associée à une telle amélioration.
Par exemple, les compositions propulsives conformes à la présente invention ont en général une température d'inflammation élevée et ont aussi les propriétés favorables tenant aux températures de flamme relativement basses pour le degré d'énergie atteint, ce qui offre la possibilité de réduire l'érosion du tube, de même qu'à une vitesse de combustion relativement basse, cette dernière propriété permettant avantageusement de préparer des poudres propulsives d'épaisseur caractéristique (web) faible. Les compositions conformes à la présente invention peuvent donc avoir une combinaison de propriétés spécialement propres à la confection de poudres propulsives pour applications nécessitant une basse vulnérabilité.
De préférence, le composant A forme 10 à 25% en poids, le composant B forme 70 à 90% en poids et le composant C forme 3 à 12% en poids de la composition.
Le composant C comprend de préférence un ou plusieurs composés qui fondent à une température inférieure à 1000C et il est avantageusement un liquide à la température ambiante (20 C). De préférence, le ou chaque composé nitré du composant C est un composé nitroaromatique monocyclique et il peut être un composé mononitré, mais de préférence, il est un composé dinitré ou trinitré, ou bien un mélange de ceux-ci.
Des composés se prêtant spécialement à l'utilisation dans ou comme composant C sont les di-et trinitrobenzènes ou-alcoyl-ou-alcoxybenzènes portant facultativement des radicaux substituants sur le cycle aromatique ou dans le ou les radicaux alcoyle ou alcoxy. Par exemple, le composé peut être
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un dérivé di-ou trinitré d'un alcoyl-ou alcoxybenzène éventuellement substitué contenant 1 à 3 radicaux alcoyle et/ou alcoxy facultativement substitués dont chacun compte 1 à 4 atomes de carbone. Le composé peut, par exemple, être un dérivé di-ou trinitré d'un toluène, éthylbenzène, propylbenzène, butylbenzène, xylène, méthyléthylbenzène, diéthylbenzène ou mésitylène facultativement substitué ou d'une des autres familles auxquelles les composés énumérés ciaprès appartiennent.
Comme substituants facultatifs sur le cycle aromatique en plus du ou des radicaux nitro et du ou des radicaux alcoyle ou alcoxy, lorsqu'ils sont présents dans ce ou ces composés nitroaromatiques du composant C, la préférence va à des radicaux autres
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que les halogènes et choisis parmi OH, SH, N-, NR-R-, CO. OR- et O. OCR., où R-, R-, R-et R. représentent chacun indépendamment H ou un radical alcoyle ou alcoxy simple (comptant 1 à 4 atomes de carbone) ou phényle.
Le composant C peut, par exemple, comprendre un ou plusieurs des composés connus ci-après (où P. F/ C
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est le point de fusion en degrés Celsius) : Composé N o n-P. F./ C n 1 l-amino-2, 4-diméthyl-3-nitrobenzène 81-82 2 l-amino-3, 4-diméthyl-2-nitrobenzène 65-66 3 1-amino-3, 5-diméthyl-2-nitrobenzène 56 4 2-amino-1, 3-diméthyl-4-nitrobenzène 81-82 5 2-amino-1, 5-diméthyl-3-nitrobenzène 76 6 5-amino-l, 2-diméthyl-3-nitrobenzène 74-75 7 l-amino-2-méthoxy-3-nitrobenzène 67
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8 1, 3-dihydroxy-2-nitrobenzène 87-88 9 1, 2-diméthoxy-3-nitrobenzène 64-65 10 1, 2-diméthoxy-4-nitrobenzène 98
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11 1, 3-diméthoxy-2-nitrobenzène 89 12 1, 4-diméthoxy-2-nitrobenzène 72-73 13 2,
4-diméthoxy-l-nitrobenzène 76-77 14 1, 2-diméthyl-3, 4-dinitrobenzène 82 15 1, 2-diméthyl-3, 5-dinitrobenzène 77 16 1, 3-diméthyl-2, 5-dinitrobenzène 101 17 1, 4-diméthyl-2, 3-dinitrobenzène 93 18 2, 3-dimethyl-1, 4-dinitrobenzène 89-90 19 1, 2-diméthyl-4-hydroxy-5-nitrobenzène 87 20 1, 3-diméthyl-2-hydroxy-4-nitrobenzène 99-100 21 1, 4-diméthyl-2-hydroxy-3-nitrobenzène 34-35 22 1, 5-diméthyl-2-hydroxy-3-nitrobenzène 73 23 1, 5-diméthyl-3-hydroxy-2-nitrobenzène 66-66, 5 24 2, 5-diméthyl-1-hydroxy-3-nitrobenzène 91 25 1, 2-diméthyl-3-nitrobenzène 15 26 1, 2-diméthyl-4-nitrobenzène 30-31 27 1, 3-diméthyl-2-nitrobenzène 13 28 1, 3-diméthyl-5-nitrobenzène 75 29 1, 4-diméthyl-2-nitrobenzène-- 30 2, 4-diméthyl-l-nitrobenzène 9 31 1, 3-dinitrobenzène 90 32 1, 3-dinitro-2-éthoxybenzène 59, 5-60, 5 33 1, 3-dinitro-5-éthoxybenzène 97, 5 34 1,
4-dinitro-2-éthoxybenzène 96-98 35 2, 4-dinitro-1-éthoxybenzène 86-87 36 1, 3-dinitro-5-isopropyl-4-hydroxy-, 55, 5 6-méthylbenzène 37 1, 2-dinitro-4-méthoxybenzène 71 38 1, 3-dinitro-5-méthoxybenzène 205, 5 39 1, 4-dinitro-2-méthoxybenzène 97 40 2, 4-dinitro-l-méthoxybenzène 94, 5-95, 5 41 2, 4-dinitro-l, 3, 5-triméthylbenzène 86 42 1-éthoxy-2-nitrobenzène 2 43 l-éthoxy-4-nitrobenzène 60 44 1-éthyl-2-nitrobenzène-23
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45 l-éthyl-3-nitrobenzène -- 46 1-éthyl-4-nitrobenzène-12 47 1-isobutoxy-2-nitrobenzène (huile) 48 4-isopropyl-l-méthyl-2-nitrobenzène--
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49 1-isopropyl-2-nitrobenzène -- 50 1-isopropyl-4-nitrobenzène-- 51 1-mercapto-2-nitrobenzène 58,
5 52 1-mercapto-4-nitrobenzène 79 53 1-méthoxy-2-nitrobenzène 10 54 1-méthoxy-3-nitrobenzène 38-39 55 1-méthoxy-4-nitrobenzène 54 56 2-méthoxy-1, 3,5-trinitrobenzène 69 57 nitrobenzène 5,7 58 1-nitro-2-triazobenzène 53-55 59 1-nitro-3-triazobenzène 56 60 1-nitro-4-triazobenzène 75 61 l-nitro-2, 3,5-triméthylbenzène 20 62 l-nitro-2, 4,5-triméthylbenzène 71 63 2-nitro-1, 3, 5-triméthylbenzène 44 64 1,2, 4-trinitrobenzène 61-62 65 1,3, 5-trinitrobenzène-- 66 N- (2-nitrophényl) benzamide 98 67 benzoate de 2-nitrophényle 85
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68 benzoate de 3-nitrophényle 71-72 69 benzoate de 4-nitrophényle 94-95 70 2,4-dinitrotoluène 71 71 2, 5-dinitrotoluène 53 72 2,
6-dinitrotoluène 66 73 3,4-dinitrotoluène 58 74 2,4-dinitro-6-hydroxytoluène 86 75 3,5-dinitro-4-hydroxytoluène 85 76 2-hydroxy-3,4, 5-trinitrotoluène 102 77 3-hydroxy-2,4, 6-trinitrotoluène 109-110 78 2,4, 6-trinitrotoluène 82
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De préférence, au moins 50% en poids du composant C sont formés par un ou plusieurs dinitrobenzènes monocycliques alcoyl-substitués, par exemple choisis parmi les dinitrotoluènes, les dinitroéthylbenzènes et les dinitropropylbenzènes.
Les composés nitroaromatiques tels que décrits ci-dessus se sont révélés constituer des plastifiants énergétiques qui sont compatibles avec les nitramines énergétiques ou explosifs particulaires et se prêtent éminemment à l'utilisation dans la préparation de mélanges de ces explosifs particulaires avec des liants polymères. De préférence, le plastifiant nitroaromatique a une température de mise à feu supérieure à 200 C.
Les composés nitroaromatiques tels que décrits ci-dessus sont connus ou bien peuvent être obtenus suivant des procédés connus.
Par exemple, pour la préparation des dérivés nitrés des alcoylbenzènes, l'alcoylbenzène approprié est mis à réagir avec de l'acide nitrique et de l'acide sulfurique concentrés à une température inférieure à 40 C. Lorsque le produit obtenu est un mélange de composés nitrés, par exemple contenant des dérivés dinitrés et trinitrés, le mélange peut lui-même convenir comme composant C ou dans celui-ci.
Bien qu'il soit souhaitable que le composant C comprenne un ou plusieurs composés nitroaromatiques monocycliques, par exemple de façon que le ou les composés nitrés monocycliques forment au moins 50% en poids du composant C, celui-ci peut également comprendre un. ou plusieurs composés nitroaromatiques contenant plus d'un cycle aromatique, par exemple un ou plusieurs des esters à 2 cycles énumérés ci-dessus ou un ou plusieurs dérivés nitrés du biphényle, du naphtalène, du diphénylméthane, du bibenzyle ou du
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stilbène comptant de préférence deux ou trois radicaux nitro dans chaque cycle. Un exemple est le 2, 2', 4, 4', 6, 6'-hexanitrostilbène.
Quoique le composant C soit de préférence constitué uniquement par des composés nitroaromatiques comme décrit ci-dessus, il pourrait aussi comprendre d'autres plastifiants énergétiques et non énergétiques comme additifs facultatifs. Par exemple, le composant C peut comprendre en outre une certaine quantité d'un ou plusieurs plastifiants énergétiques connus tels que le GAP (glycidyl azide polymère), le BDNPA/F (bis-2,2-dinitropropylacétal/formal), la diméthylméthylène dinitramine, le bis- (2, 2-dinitropropyl)- formal, le bis- (2, 2,2-trinitroéthyl) formal, le bis- (2-fluoro-2,2-dinitroéthyl) formal, le dinitrate de diéthylène glycol, le trinitrate de glycérol, le trinitrate de glycol, le dinitrate de triéthylène glycol, le dinitrate de tétraéthylène glycol, le trinitrate de triméthyloléthane,
le trinitrate de butanetriol ou le trinitrate de 1,2, 4-butanetriol.
En outre ou en variante, le composant C peut comprendre un ou plusieurs plastifiants non énergétiques connus comme des esters dialcoyliques de l'acide adipique ou phtalique, par exemple le phtalate de dibutyle ou le phtalate de diéthyle, la triacétine, le phosphate de tricrésyle, des polyalcoylène glycols et leurs éthers alcoyliques, par exemple le polyéthylène glycol, le polypropylène glycol et l'éther buty- lique de diéthylène glycol. Toutefois, de préférence au moins 50% et avantageusement au moins 75% en poids du composé C sont formés par un ou plusieurs composés nitroaromatiques.
Dans la composition conforme à la présente invention, le composant A peut être tout liant polymère approprié. Il peut comprendre une matière liante
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inerte, une matière liante énergétique ou un mélange de matière liante inerte et énergétique. Toutefois, en termes généraux, l'augmentation du caractère énergétique du liant augmente la sensibilité et la propension à l'explosion de la matière énergétique qui en est formée. Par conséquent, il est souhaitable que les liants utilisés qui sont énergétiques ne soient pas hautement énergétiques. Par exemple, lorsque le liant comprend un mélange de matières inerte et énergétique, la matière inerte forme de préférence au moins 50% du poids du liant.
Des exemples de matières liantes inertes ou non énergétiques appropriées sont les matières cellulosiques comme les esters, par exemple l'acétate de cellulose, l'acétobutyrate de cellulose, les polyuréthannes, les polyesters, les polybutadiènes, les polyéthylènes, le poly (acétate de vinyle) et les mélanges et/ou copolymères de ceux-ci.
Des exemples de matières liantes énergétiques appropriées sont la nitrocellulose, le poly (nitrate de vinyle), le nitroéthylène, l'acétate de nitroallyle, l'acrylate de nitroéthyle, le méthacrylate de nitroéthyle, l'acrylate de trinitroéthyle, l'acrylate de dinitropropyle, le C-nitrosopolystyrène et ses dérivés, les polyuréthannes à radicaux N-nitro et C-nitro aliphatiques, les polyesters issus d'acides dinitrocarboxyliques et de dinitrodiols.
La Demanderesse préfère que les matières cellulosiques pour le composant A comprennent 0 à 60% en poids de nitrocellulose, par exemple contenant 12 à 14% en poids de N, et 100 à 40% en poids d'un ester cellulosique inerte, par exemple l'acétate de cellulose ou l'acétobutyrate de cellulose.
De préférence, le composant B comprend une matière pulvérulente ou granulaire solide qui peut
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être incorporée uniformément au composant A.
De préférence, au moins 75% et avantageusement au moins 90% en poids du composant B sont constitués par une ou plusieurs nitramines hétéroalicycliques.. Les nitramines sont celles contenant au moins un radical N-NO. Les nitramines hétéroalicycliques com- portent un cycle contenant des radicaux N-NO2. Ce ou ces cycles peuvent contenir, par exemple, deux à dix atomes de carbone et deux à dix atomes d'azote de cycle. Des exemples des nitramines hétéroalicycliques préférées sont le RDX (cyclo-l, 3,5-triméthylène-2, 4,6-trinitramine, cyclonite ou hexogène), le
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HMX (cyclo-l, 3, 5, 7-tétraméthylene-2, 4, 6, 8-tétranitramine, octogène) et le TATND (tétranitro-tétramino- décaline), outre leurs mélanges.
De préférence, le composant B comprend 50% à 100% en poids de RDX. Avantageusement, pour les poudres propulsives, la composition comprend 70 à 80% en poids de RDX.
D'autres explosifs particulaires hautement énergétiques peuvent être ajoutées à la ou aux nitramines du composant B, le ou les composants autres que la nitramine apportant jusqu'à 25% en poids du composant A. Des exemples de matières hautement énergétiques connues sont la picrite (nitroguanidine), le TAGN, les nitramines aromatiques telles que le tétryl, l'éthylène-dinitramine et les esters nitriques comme la nitroglycérine (trinitrate du glycérol), le trinitrate du butanetriol ou le tétranitrate du pentaérythritol.
Différents additifs connus peuvent être ajoutés aux compositions conformes à la présente invention comprenant les composants A, B et C tels que spécifiés ci-dessus. De préférence, la teneur en additif ne forme pas plus de 10% en poids et forme avantageusement
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moins de 5% en poids du mélange combiné lorsqu'il est façonné en une poudre propulsive.
L'additif peut, par exemple, comprendre un ou plusieurs stabilisants, par exemple de la carbamite ou du PNMA (para-nitrométhylméthoxyaniline), et/ou un ou plusieurs modificateurs balistiques, par exemple du noir de carbone ou des sels de plomb, et/ou un ou plusieurs suppresseurs de lueurs, par exemple un ou plusieurs sels de sodium ou de potassium, par exemple du sulfate ou du bicarbonate de sodium ou de potassium.
Des compositions préférées conformes à l'invention à utiliser comme poudres propulsives pour armes comprennent : nitrocellulose 8 à 10% en poids acétobutyrate de cellulose 6 à 12% en poids RDX 70 à 80% en poids plastifiant nitroaromatique 5 à 10% en poids carbamite stabilisant 1% en poids
Dans cette composition, le plastifiant nitroaromatique est de préférence choisi parmi les suivants : (a) un mélange de dinitroéthylbenzène et de trinitroéthylbenzène contenant : dinitroéthylbenzène 50-64% en poids trinitroéthylbenzène 36-50% en poids ; (b) 2,4-dinitrotoluène ; (c) 4,6-dinitro-o-crésol ; (d) 2,4-dinitro-m-xylène.
Les compositions conformes à la présente invention peuvent être converties en produits tels que des poudres propulsives suivant des techniques qui sont connues du spécialiste en la matière. Le plastifiant consistant en le composant C est ajouté au polymère du composant A et absorbé par celui-ci
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pour que le polymère gonfle et se ramollisse. Si le composant C comprend un solide, il peut être fondu, puis ajouté au composant A ou bien ajouté dans un solvant approprié, par exemple l'acétone ou l'acétate d'éthyle. Le composant B, de préférence à l'état de pâte avec un solvant organique, est mélangé avec un mélange des composants A et C dans un malaxeur approprié pour la formation de composition homogène.
Finalement, la composition obtenue est pressée ou extrudée sous la forme d'une matière d'aspect pâteux à travers des filières d'extrusion convenablement profilées.
L'extrusion peut être exécutée au moyen d'une extrudeuse à vis jumelées contrarotatives.
Le produit fabriqué par extrusion des compositions conformes à la présente invention peut être obtenu sous toute forme appropriée. Par exemple, lorsque le produit est une poudre propulsive pour armes, il peut être obtenu sous la forme de bâtons ou de granules d'une forme connue. Les bâtons sont habituellement formés par découpage à une longueur convenable de joncs ou brins extrudés à travers des filières convenables conférant une forme qui comprend une fente longitudinale. Les granules sont habituellement formés de manière semblable par découpage en longueurs beaucoup plus petites de joncs ou de bâtons obtenus par extrusion. Normalement, les granules comportent de petits trous, par exemple sept trous, s'étendant de part en part sur la longueur pour offrir des surfaces de combustion appropriées.
Une particularité importante de certaines poudres propulsives est la valeur de l'épaisseur caractéristique ou web de la forme ou configuration du produit. Ce paramètre, bien connu des spécialistes dans le domaine des poudres propulsives, est l'épaisseur minimale de poudre propulsive qu'il faut brûler
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d'une surface jusqu'à une autre. Par exemple, pour une poudre propulsive ayant la configuration d'un tube simple, l'épaisseur caractéristique est l'épaisseur entre la paroi intérieure et la paroi extérieure sur la section transversale annulaire du tube.
Les épaisseurs caractéristiques des poudres propulsives des compositions conformes à l'invention peuvent varier dans un certain intervalle suivant l'application spécifique, par exemple de 0,5 mm à 4,0 mm, bien que les épaisseurs caractéristiques souhaitables dans la partie inférieure de cet intervalle, par exemple de 0,5 mm à 2,0 mm, soient généralement appropriées pour la plupart des applications parce que les compositions ont en général une faible vitesse de combustion.
Des exemples de compositions conformes à l'invention et de leur utilisation dans la production de poudres propulsives sont décrits ci-après.
Dans les exemples ci-après, les composants A, B et C appropriés (tels que définis ci-dessus) sont
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r par s suivant des proc'd' préparés suivant des procédés connus. Ces composants p sont alors façonnés en poudres propulsives de la façon générale ci-après, qui est en elle-même classique.
Les constituants solides formant les composants A et B les additifs mineurs éventuels, par exemple le stabilisant et/ou le suppresseur de lueurs, sont introduits à l'état pulvérulent dans un malaxeur (mélangeur) dont les pales ont au préalable été humectées d'un solvant organique. Le liquide visqueux formant le composant C est ajouté à un solvant et le mélange est versé dans le malaxeur dans lequel un supplément de solvant est ensuite ajouté. Le mélange est ensuite malaxé pendant 30 minutes, après quoi un supplément de solvant est ajouté et le mélange est malaxé à nouveau ensuite pendant 4 heures. De l'eau circule sans interruption
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dans le malaxeur pendant l'incorporation.
Après avoir été travaillé dans le malaxeur, le mélange formé est séché à l'étuve à une température qui est typiquement de 50-90oye pendant une durée de quelques heures et est ensuite pressé ou extrudé en brins ayant la forme et l'épaisseur caractéristiques souhaitées qui sont découpés en longueurs appropriées ainsi qu'il est évident pour le spécialiste en la matière.
Des produits conformes à la présente invention comprenant des compositions des constituants ciaprès peuvent être préparés de la façon décrite cidessus. Dans les compositions ci-après,"nitrocellu- lose"désigne de la nitrocellulose contenant 12,6% en poids de N.
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<tb>
<tb>
Constituant <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Composition <SEP> 1
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 20
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 8
<tb> carbamite <SEP> 1
<tb> Compositions <SEP> 2 <SEP> à <SEP> 75
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 20
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 4
<tb> composé <SEP> X* <SEP> 4
<tb> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 76
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RD <SEP> X <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> Cl <SEP> 9
<tb>
où le composant Cl comprend :
* où X représente successivement 1 à 68 et 70 à 75 comme énuméré ci-dessus
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<tb>
<tb> 2,6-dinitrotoluène <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitrotoluène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> (où <SEP> pp <SEP> = <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids)
<tb> Composition <SEP> 77
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C2 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C2 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2,6-dinitrotoluène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitrotoluène <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 78
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C3 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C3 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2,6-dinitrotoluène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitrotoluène <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 79
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C4 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C4 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitro-l-éthylbenzène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 80
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb>
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<tb>
<tb> Composant <SEP> C5 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C5 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitro-l-éthylbenzène <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 81
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C6 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C6 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitro-1-éthylbenzène <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 82
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C7 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C7 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzène <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 1-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4,6-trinitrobenzène <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 83
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C8 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C8 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzène <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4, <SEP> 6-trinitrobenzène <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 84
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb>
<Desc/Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb>
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Composant <SEP> C9 <SEP> 9
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C9 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzène <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4, <SEP> 6-trinitrobenzène <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 85
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8,2
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73,8
<tb> Composant <SEP> C6 <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C6 <SEP> est <SEP> tel <SEP> que <SEP> défini <SEP> ci-dessus.
<tb>
Composition <SEP> 86
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8,2
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73,8
<tb> Composant <SEP> C10 <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C10 <SEP> comprend <SEP> :
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-1-éthylbenzène <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-éthylbenzène <SEP> 48 <SEP> pp
<tb> 2,4, <SEP> 6-trinitro-1-éthylbenzène <SEP> 50 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 87
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 8
<tb> nitrocellulose <SEP> 10
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 72
<tb> Composant <SEP> C10 <SEP> 9
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C10 <SEP> est <SEP> tel <SEP> que <SEP> défini <SEP> ci-dessus.
<tb>
Composition <SEP> 88
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 6
<tb> nitrocellulose <SEP> 8
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 77
<tb> Composant <SEP> C10 <SEP> 8,5
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
EMI18.1
<tb>
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 0,5
<tb> où <SEP> le <SEP> composant <SEP> C10 <SEP> est <SEP> tel <SEP> que <SEP> défini <SEP> ci-dessus.
<tb>
Composition <SEP> 89
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8,2
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73,8
<tb> Composant <SEP> C <SEP> 4, <SEP> 6-dinitro-o-crésol <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 90
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8,2
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73,8
<tb> Composant <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluène <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 91
<tb> Composant <SEP> A <SEP> acétobutyrate <SEP> de <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8,2
<tb> Composant <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73,8
<tb> Composant <SEP> C <SEP> 2,
4-dinitro-m-xylène <SEP> 5
<tb> Composant <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb>
Les compositions 1 à 91 ont des potentiels qui se situent dans l'intervalle d'environ 1100-1300 Joules par g. Comme indiqué ci-dessus, les compositions à double base ont généralement une température d'inflammation plus basse et une plus faible vulnérabilité aux mêmes potentiels respectifs.
Des exemples des propriétés de certaines des compositions ci-dessus sont donnés au tableau 1 ci-après, dans lequel
E = potentiel de la poudre propulsive en
KJ par kg,
T = température de flamme de la poudre propulsive en Kelvin, 3 d = masse volumique en grammes par cm.
<Desc/Clms Page number 19>
TABLEAU 1 Propriétés des exemples de compositions
EMI19.1
<tb>
<tb> Composition <SEP> E <SEP> T <SEP> d
<tb> n
<tb> 85 <SEP> 1178 <SEP> 3088 <SEP> 1,689
<tb> 86 <SEP> 1182 <SEP> 3143 <SEP> 1, <SEP> 689
<tb> 87 <SEP> 1216 <SEP> 3241 <SEP> 1,691
<tb> 88 <SEP> 1279 <SEP> 3453 <SEP> 1,706
<tb> 89 <SEP> 1170 <SEP> 3092 <SEP> 1,686
<tb> 90 <SEP> 1174 <SEP> 3123 <SEP> 1,671
<tb> 91 <SEP> 1168 <SEP> 3054 <SEP> 1,671
<tb>
Les compositions 1 à 91 où des températures d'inflammation qui sont de 20 à 30 degrés Celsius ou davantage supérieures à celles des compositions à double base et triple base connues ayant le même potentiel.
Par exemple, une composition comprenant :
EMI19.2
<tb>
<tb> nitroglycérine <SEP> 32% <SEP> en <SEP> poids
<tb> nitrocellulose <SEP> 32% <SEP> en <SEP> poids
<tb> picrite <SEP> 35% <SEP> en <SEP> poids
<tb> carbamite <SEP> 1% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
a un potentiel semblable à celui de la composition 85, mais sa température d'inflammation, 161 C, est significativement inférieure à la température d'inflammation, 226OC, de la composition 85.
<Desc / Clms Page number 1>
Energetic materials
The present invention relates to energetic materials, in particular explosive substances and powders for weapons containing a polymeric binder, in addition to compositions suitable for this purpose.
Gun powders have been produced for many years from compositions containing mixtures of nitrocellulose and nitroglycerin and are therefore called double base powders. In some cases, additional energy constituents such as picrite are added and the powders are called triple base compositions. For high energy applications, for example the propulsion of kinetic energy projectiles by an armored vehicle cannon, highly energetic components such as nitramines have been incorporated in double and triple base compositions.
Double and triple base compositions, in particular for high energy applications, have the disadvantage of being highly vulnerable to unwanted ignition when exposed to an environment hostile to attack by an energy projectile, for example a projectile containing a shaped explosive charge.
Recent approaches to the problem of vulnerability have led to the development of compositions which are essentially non-double base or non-triple base systems. Although these systems may offer reduced vulnerability, it is generally only obtained at the expense of propellant energy.
An object of the present invention is to provide improved insensitive energetic materials, especially explosive substances and propellants for weapons containing a plastic binder for applications requiring low vulnerability.
<Desc / Clms Page number 2>
The subject of the present invention is an energy composition comprising the following components in the relative proportions below: component A: 5 to 25% by weight of a polymeric binder; component B: 65 to 90% by weight of a highly energetic particulate explosive comprising at least one heteroalicyclic nitramine, and component C: 1 to 15% by weight of a plasticizer which comprises at least one nitroaromatic compound; the weight percentages of components A, B and C add up to 100%.
In the compositions according to the present invention, component B essentially provides the high energy power of the composition (although component C provides and component A can optionally make a minor contribution), component A confers the binder properties of required structure and component C provides workability allowing to form with components A and B mixtures which can be converted into a suitable pasty material which can be pressed or extruded to form suitable products, for example propellant powders. The mutual combination of these components is especially chosen in the compositions according to the present invention because of the unexpected advantages which such a combination provides, as indicated below.
The Applicant has discovered that the compositions in accordance with the present invention can be advantageously used to give energetic materials, for example to be used as propellant powders which can unexpectedly and favorably manifest an improvement in the field
<Desc / Clms Page number 3>
vulnerability, but without a corresponding drop in energy that is normally associated with such improvement.
For example, the propellant compositions according to the present invention generally have a high ignition temperature and also have the favorable properties due to the relatively low flame temperatures for the degree of energy reached, which offers the possibility of reducing the tube erosion, as well as at a relatively low combustion speed, this latter property advantageously making it possible to prepare propellant powders of low characteristic (web) thickness. The compositions in accordance with the present invention may therefore have a combination of properties specially suitable for making propellant powders for applications requiring low vulnerability.
Preferably, component A forms 10 to 25% by weight, component B forms 70 to 90% by weight and component C forms 3 to 12% by weight of the composition.
Component C preferably comprises one or more compounds which melt at a temperature below 1000C and it is advantageously a liquid at room temperature (20 C). Preferably, the or each nitro compound of component C is a monocyclic nitroaromatic compound and it may be a mononitro compound, but preferably it is a dinitro or trinitro compound, or a mixture thereof.
Compounds especially suitable for use in or as component C are the di- and trinitrobenzenes or -alkyl-or-alkoxybenzenes optionally carrying substituent radicals on the aromatic ring or in the alkyl or alkoxy radical (s). For example, the compound can be
<Desc / Clms Page number 4>
a di- or trinitrated derivative of an optionally substituted alkyl- or alkoxybenzene containing 1 to 3 optionally substituted alkyl and / or alkoxy radicals, each of which contains 1 to 4 carbon atoms. The compound may, for example, be a di- or trinitrated derivative of an optionally substituted toluene, ethylbenzene, propylbenzene, butylbenzene, xylene, methylethylbenzene, diethylbenzene or mesitylene or one of the other families to which the compounds listed below belong.
As optional substituents on the aromatic ring in addition to the nitro radical (s) and the alkyl or alkoxy radical (s), when they are present in this or these nitroaromatic compounds of component C, preference is given to other radicals
EMI4.1
as the halogens and chosen from OH, SH, N-, NR-R-, CO. OR- and O. OCR., Where R-, R-, R- and R. each independently represent H or a simple alkyl or alkoxy radical (having 1 to 4 carbon atoms) or phenyl.
Component C can, for example, comprise one or more of the compounds known below (where P. F / C
EMI4.2
is the melting point in degrees Celsius): Compound N o n-P. F. / C n 1 l-amino-2, 4-dimethyl-3-nitrobenzene 81-82 2 l-amino-3, 4-dimethyl-2-nitrobenzene 65-66 3 1-amino-3, 5-dimethyl- 2-nitrobenzene 56 4 2-amino-1,3-dimethyl-4-nitrobenzene 81-82 5 2-amino-1,5,5-dimethyl-3-nitrobenzene 76 6 5-amino-1,2-dimethyl-3-nitrobenzene 74-75 7 l-amino-2-methoxy-3-nitrobenzene 67
EMI4.3
8 1, 3-dihydroxy-2-nitrobenzene 87-88 9 1, 2-dimethoxy-3-nitrobenzene 64-65 10 1, 2-dimethoxy-4-nitrobenzene 98
<Desc / Clms Page number 5>
EMI5.1
11 1, 3-dimethoxy-2-nitrobenzene 89 12 1, 4-dimethoxy-2-nitrobenzene 72-73 13 2,
4-dimethoxy-1-nitrobenzene 76-77 14 1, 2-dimethyl-3, 4-dinitrobenzene 82 15 1, 2-dimethyl-3, 5-dinitrobenzene 77 16 1, 3-dimethyl-2, 5-dinitrobenzene 101 17 1,4-dimethyl-2,3-dinitrobenzene 93 18 2,3-dimethyl-1,4-dinitrobenzene 89-90 19 1,2-dimethyl-4-hydroxy-5-nitrobenzene 87 20 1,3-dimethyl-2 -hydroxy-4-nitrobenzene 99-100 21 1,4-dimethyl-2-hydroxy-3-nitrobenzene 34-35 22 1,5-dimethyl-2-hydroxy-3-nitrobenzene 73 23 1,5-dimethyl-3- hydroxy-2-nitrobenzene 66-66, 5 24 2, 5-dimethyl-1-hydroxy-3-nitrobenzene 91 25 1, 2-dimethyl-3-nitrobenzene 15 26 1, 2-dimethyl-4-nitrobenzene 30-31 27 1, 3-dimethyl-2-nitrobenzene 13 28 1, 3-dimethyl-5-nitrobenzene 75 29 1, 4-dimethyl-2-nitrobenzene-- 30 2, 4-dimethyl-1-nitrobenzene 9 31 1, 3-dinitrobenzene 90 32 1, 3-dinitro-2-ethoxybenzene 59, 5-60, 5 33 1, 3-dinitro-5-ethoxybenzene 97, 5 34 1,
4-dinitro-2-ethoxybenzene 96-98 35 2,4-dinitro-1-ethoxybenzene 86-87 36 1, 3-dinitro-5-isopropyl-4-hydroxy-, 55, 5 6-methylbenzene 37 1, 2- dinitro-4-methoxybenzene 71 38 1, 3-dinitro-5-methoxybenzene 205, 5 39 1, 4-dinitro-2-methoxybenzene 97 40 2, 4-dinitro-1-methoxybenzene 94, 5-95, 5 41 2, 4-dinitro-1,3,5-trimethylbenzene 86 42 1-ethoxy-2-nitrobenzene 2 43 l-ethoxy-4-nitrobenzene 60 44 1-ethyl-2-nitrobenzene-23
<Desc / Clms Page number 6>
45 l-ethyl-3-nitrobenzene - 46 1-ethyl-4-nitrobenzene-12 47 1-isobutoxy-2-nitrobenzene (oil) 48 4-isopropyl-l-methyl-2-nitrobenzene--
EMI6.1
49 1-isopropyl-2-nitrobenzene - 50 1-isopropyl-4-nitrobenzene-- 51 1-mercapto-2-nitrobenzene 58,
5 52 1-mercapto-4-nitrobenzene 79 53 1-methoxy-2-nitrobenzene 10 54 1-methoxy-3-nitrobenzene 38-39 55 1-methoxy-4-nitrobenzene 54 56 2-methoxy-1, 3,5- trinitrobenzene 69 57 nitrobenzene 5.7 58 1-nitro-2-triazobenzene 53-55 59 1-nitro-3-triazobenzene 56 60 1-nitro-4-triazobenzene 75 61 l-nitro-2, 3,5-trimethylbenzene 20 62 l-nitro-2,4,5-trimethylbenzene 71 63 2-nitro-1,3,5-trimethylbenzene 44 64 1,2,4-trinitrobenzene 61-62 65 1,3,5-trinitrobenzene-- 66 N- ( 2-nitrophenyl) benzamide 98 67 2-nitrophenyl benzoate 85
EMI6.2
68 3-nitrophenyl benzoate 71-72 69 4-nitrophenyl benzoate 94-95 70 2,4-dinitrotoluene 71 71 2.5, dinitrotoluene 53 72 2,
6-dinitrotoluene 66 73 3,4-dinitrotoluene 58 74 2,4-dinitro-6-hydroxytoluene 86 75 3,5-dinitro-4-hydroxytoluene 85 76 2-hydroxy-3,4,5-trinitrotoluene 102 77 3-hydroxy -2.4, 6-trinitrotoluene 109-110 78 2.4, 6-trinitrotoluene 82
<Desc / Clms Page number 7>
Preferably, at least 50% by weight of component C is formed by one or more alkyl-substituted monocyclic dinitrobenzenes, for example chosen from dinitrotoluenes, dinitroethylbenzenes and dinitropropylbenzenes.
The nitroaromatic compounds as described above have been found to constitute energetic plasticizers which are compatible with energetic nitramines or particulate explosives and are eminently suitable for use in the preparation of mixtures of these particulate explosives with polymeric binders. Preferably, the nitroaromatic plasticizer has a firing temperature above 200 C.
The nitroaromatic compounds as described above are known or can be obtained according to known methods.
For example, for the preparation of nitro derivatives of alkylbenzenes, the appropriate alkylbenzene is reacted with concentrated nitric acid and sulfuric acid at a temperature below 40 C. When the product obtained is a mixture of compounds nitrated, for example containing dinitrated and trinitrated derivatives, the mixture may itself be suitable as component C or therein.
Although it is desirable that the component C comprises one or more monocyclic nitroaromatic compounds, for example so that the monocyclic nitro compound or compounds form at least 50% by weight of the component C, the latter can also comprise one. or more nitroaromatic compounds containing more than one aromatic ring, for example one or more of the 2-ring esters listed above or one or more nitro derivatives of biphenyl, naphthalene, diphenylmethane, bibenzyl or
<Desc / Clms Page number 8>
stilbene preferably having two or three nitro radicals in each cycle. An example is 2, 2 ', 4, 4', 6, 6'-hexanitrostilbene.
Although component C is preferably made up solely of nitroaromatic compounds as described above, it could also include other energetic and non-energetic plasticizers as optional additives. For example, component C can also comprise a certain quantity of one or more known energy plasticizers such as GAP (glycidyl azide polymer), BDNPA / F (bis-2,2-dinitropropylacetal / formal), dimethylmethylene dinitramine , bis- (2,2-dinitropropyl) - formal, bis- (2,2,2-trinitroethyl) formal, bis- (2-fluoro-2,2-dinitroethyl) formal, diethylene glycol dinitrate, glycerol trinitrate, glycol trinitrate, triethylene glycol dinitrate, tetraethylene glycol dinitrate, trimethylolethane trinitrate,
butanetriol trinitrate or 1,2,4-butanetriol trinitrate.
In addition or as a variant, component C may comprise one or more non-energetic plasticizers known as dialkyl esters of adipic or phthalic acid, for example dibutyl phthalate or diethyl phthalate, triacetin, tricresyl phosphate, polyalkylene glycols and their alkyl ethers, for example polyethylene glycol, polypropylene glycol and diethylene glycol butyl ether. However, preferably at least 50% and advantageously at least 75% by weight of compound C are formed by one or more nitroaromatic compounds.
In the composition according to the present invention, component A can be any suitable polymeric binder. It can include a binding material
<Desc / Clms Page number 9>
inert, an energetic binder or a mixture of inert and energetic binder. However, in general terms, the increase in the energetic character of the binder increases the sensitivity and the propensity to explosion of the energetic material which is formed therefrom. Therefore, it is desirable that the binders used which are energetic are not highly energetic. For example, when the binder comprises a mixture of inert and energetic materials, the inert material preferably forms at least 50% of the weight of the binder.
Examples of suitable inert or non-energy binding materials are cellulosic materials such as esters, for example cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, polyurethanes, polyesters, polybutadienes, polyethylenes, polyvinyl acetate ) and the mixtures and / or copolymers thereof.
Examples of suitable energy binding materials are nitrocellulose, polyvinyl nitrate, nitroethylene, nitroallyl acetate, nitroethyl acrylate, nitroethyl methacrylate, trinitroethyl acrylate, dinitropropyl acrylate , C-nitrosopolystyrene and its derivatives, polyurethanes with N-nitro and C-nitro aliphatic radicals, polyesters derived from dinitrocarboxylic acids and dinitrodiols.
The Applicant prefers that the cellulosic materials for component A comprise 0 to 60% by weight of nitrocellulose, for example containing 12 to 14% by weight of N, and 100 to 40% by weight of an inert cellulose ester, for example 1 cellulose acetate or cellulose acetate butyrate.
Preferably, component B comprises a solid powder or granular material which can
<Desc / Clms Page number 10>
be incorporated uniformly into component A.
Preferably, at least 75% and advantageously at least 90% by weight of component B consist of one or more heteroalicyclic nitramines. The nitramines are those containing at least one N-NO radical. Heteroalicyclic nitramines have a ring containing N-NO2 radicals. This or these rings can contain, for example, two to ten carbon atoms and two to ten ring nitrogen atoms. Examples of the preferred heteroalicyclic nitramines are RDX (cyclo-1,3,5-trimethylene-2, 4,6-trinitramine, cyclonite or hexogen),
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HMX (cyclo-1,3,5,7-tetramethylene-2,4,6,8-tetranitramine, octogen) and TATND (tetranitro-tetramino-decaline), in addition to their mixtures.
Preferably, component B comprises 50% to 100% by weight of RDX. Advantageously, for propellant powders, the composition comprises 70 to 80% by weight of RDX.
Other highly energetic particulate explosives can be added to the nitramine (s) of component B, the component (s) other than nitramine providing up to 25% by weight of component A. Examples of known highly energy materials are picrite ( nitroguanidine), TAGN, aromatic nitramines such as tetryl, ethylene dinitramine and nitric esters such as nitroglycerin (glycerol trinitrate), butanetriol trinitrate or pentaerythritol tetranitrate.
Various known additives can be added to the compositions in accordance with the present invention comprising components A, B and C as specified above. Preferably, the additive content does not form more than 10% by weight and advantageously forms
<Desc / Clms Page number 11>
less than 5% by weight of the combined mixture when it is shaped into a propellant powder.
The additive may, for example, comprise one or more stabilizers, for example carbamite or PNMA (para-nitromethylmethoxyaniline), and / or one or more ballistic modifiers, for example carbon black or lead salts, and / or one or more light suppressors, for example one or more sodium or potassium salts, for example sodium or potassium sulphate or bicarbonate.
Preferred compositions in accordance with the invention to be used as propellant powders for weapons comprise: nitrocellulose 8 to 10% by weight cellulose acetobutyrate 6 to 12% by weight RDX 70 to 80% by weight nitroaromatic plasticizer 5 to 10% by weight stabilizing carbamite 1% by weight
In this composition, the nitroaromatic plasticizer is preferably chosen from the following: (a) a mixture of dinitroethylbenzene and trinitroethylbenzene containing: dinitroethylbenzene 50-64% by weight trinitroethylbenzene 36-50% by weight; (b) 2,4-dinitrotoluene; (c) 4,6-dinitro-o-cresol; (d) 2,4-dinitro-m-xylene.
The compositions according to the present invention can be converted into products such as propellants in accordance with techniques which are known to those skilled in the art. The plasticizer consisting of component C is added to and absorbed by the polymer of component A
<Desc / Clms Page number 12>
so that the polymer swells and softens. If component C comprises a solid, it can be melted and then added to component A or else added in an appropriate solvent, for example acetone or ethyl acetate. Component B, preferably in the form of a paste with an organic solvent, is mixed with a mixture of components A and C in a mixer suitable for the formation of a homogeneous composition.
Finally, the composition obtained is pressed or extruded in the form of a pasty-looking material through suitably profiled extrusion dies.
The extrusion can be carried out using a twin counter-rotating screw extruder.
The product produced by extrusion of the compositions according to the present invention can be obtained in any suitable form. For example, when the product is a propellant powder for weapons, it can be obtained in the form of sticks or granules of a known form. The sticks are usually formed by cutting to a suitable length of rods or strands extruded through suitable dies giving a shape which includes a longitudinal slot. The granules are usually formed in a similar manner by cutting into much smaller lengths of rods or sticks obtained by extrusion. Normally, the pellets have small holes, for example seven holes, extending right through the length to provide suitable combustion surfaces.
An important characteristic of certain propellants is the value of the characteristic thickness or web of the shape or configuration of the product. This parameter, well known to specialists in the field of propellant powders, is the minimum thickness of propellant powder which must be burned.
<Desc / Clms Page number 13>
from one surface to another. For example, for a propellant powder having the configuration of a simple tube, the characteristic thickness is the thickness between the inner wall and the outer wall on the annular cross section of the tube.
The characteristic thicknesses of the propellant powders of the compositions in accordance with the invention can vary within a certain interval according to the specific application, for example from 0.5 mm to 4.0 mm, although the characteristic thicknesses desirable in the lower part of this intervals, for example 0.5 mm to 2.0 mm, are generally suitable for most applications because the compositions generally have a low burning rate.
Examples of compositions in accordance with the invention and their use in the production of propellant powders are described below.
In the examples below, the appropriate components A, B and C (as defined above) are
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r by s according to methods prepared according to known methods. These components p are then shaped into propellant powders in the general manner below, which is in itself conventional.
The solid constituents forming the components A and B, any minor additives, for example the stabilizer and / or the glow suppressor, are introduced in the pulverulent state into a kneader (mixer) whose blades have been previously moistened with a organic solvent. The viscous liquid forming component C is added to a solvent and the mixture is poured into the mixer, in which additional solvent is then added. The mixture is then kneaded for 30 minutes, after which additional solvent is added and the mixture is then kneaded again for 4 hours. Water flows continuously
<Desc / Clms Page number 14>
in the mixer during incorporation.
After having been worked in the kneader, the mixture formed is dried in an oven at a temperature which is typically 50-90 ° C. for a period of a few hours and is then pressed or extruded into strands having the desired characteristic shape and thickness. which are cut into suitable lengths as is obvious to the specialist in the field.
Products according to the present invention comprising compositions of the following constituents can be prepared as described above. In the compositions below, "nitrocellulose" denotes nitrocellulose containing 12.6% by weight of N.
EMI14.1
<tb>
<tb>
Component <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb> Composition <SEP> 1
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 20
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 8
<tb> carbamite <SEP> 1
<tb> Compositions <SEP> 2 <SEP> to <SEP> 75
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 20
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 4
<tb> compound <SEP> X * <SEP> 4
<tb> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 76
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RD <SEP> X <SEP> 71
<tb> Component <SEP> Cl <SEP> 9
<tb>
where the C1 component includes:
* where X successively represents 1 to 68 and 70 to 75 as listed above
<Desc / Clms Page number 15>
EMI15.1
<tb>
<tb> 2,6-dinitrotoluene <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitrotoluene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> (where <SEP> pp <SEP> = <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight)
<tb> Composition <SEP> 77
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C2 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C2 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2,6-dinitrotoluene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitrotoluene <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 78
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C3 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C3 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2,6-dinitrotoluene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitrotoluene <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 79
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C4 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C4 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitro-l-ethylbenzene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 80
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb>
<Desc / Clms Page number 16>
EMI16.1
<tb>
<tb> Component <SEP> C5 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C5 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitro-l-ethylbenzene <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 81
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C6 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C6 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitro-1-ethylbenzene <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 82
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C7 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C7 <SEP> includes <SEP>:
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzene <SEP> 10 <SEP> pp
<tb> 1-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4,6-trinitrobenzene <SEP> 45 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 83
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C8 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C8 <SEP> includes <SEP>:
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzene <SEP> 54 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4, <SEP> 6-trinitrobenzene <SEP> 44 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 84
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 15
<tb> nitrocellulose <SEP> 5
<tb>
<Desc / Clms Page number 17>
EMI17.1
<tb>
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 71
<tb> Component <SEP> C9 <SEP> 9
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C9 <SEP> includes <SEP>:
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 6-dinitrobenzene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-2, <SEP> 4-dinitrobenzene <SEP> 64 <SEP> pp
<tb> l-isopropyl-3, <SEP> 4, <SEP> 6-trinitrobenzene <SEP> 34 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 85
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8.2
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73.8
<tb> Component <SEP> C6 <SEP> 5
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C6 <SEP> is <SEP> such <SEP> that <SEP> defined <SEP> above.
<tb>
Composition <SEP> 86
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8.2
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73.8
<tb> Component <SEP> C10 <SEP> 5
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C10 <SEP> includes <SEP>:
<tb> 2, <SEP> 6-dinitro-1-ethylbenzene <SEP> 2 <SEP> pp
<tb> 2, <SEP> 4-dinitro-l-ethylbenzene <SEP> 48 <SEP> pp
<tb> 2.4, <SEP> 6-trinitro-1-ethylbenzene <SEP> 50 <SEP> pp
<tb> Composition <SEP> 87
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 8
<tb> nitrocellulose <SEP> 10
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 72
<tb> Component <SEP> C10 <SEP> 9
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C10 <SEP> is <SEP> such <SEP> that <SEP> defined <SEP> above.
<tb>
Composition <SEP> 88
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 6
<tb> nitrocellulose <SEP> 8
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 77
<tb> Component <SEP> C10 <SEP> 8.5
<tb>
<Desc / Clms Page number 18>
EMI18.1
<tb>
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 0.5
<tb> where <SEP> on <SEP> component <SEP> C10 <SEP> is <SEP> such <SEP> that <SEP> defined <SEP> above.
<tb>
Composition <SEP> 89
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8.2
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73.8
<tb> Component <SEP> C <SEP> 4, <SEP> 6-dinitro-o-cresol <SEP> 5
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 90
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8.2
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73.8
<tb> Component <SEP> C <SEP> 2,4-dinitrotoluene <SEP> 5
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb> Composition <SEP> 91
<tb> Component <SEP> A <SEP> acetobutyrate <SEP> from <SEP> cellulose <SEP> 12
<tb> nitrocellulose <SEP> 8.2
<tb> Component <SEP> B <SEP> RDX <SEP> 73.8
<tb> Component <SEP> C <SEP> 2,
4-dinitro-m-xylene <SEP> 5
<tb> Component <SEP> D <SEP> carbamite <SEP> 1
<tb>
Compositions 1 to 91 have potentials which are in the range of about 1100-1300 Joules per g. As noted above, dual base compositions generally have a lower ignition temperature and lower vulnerability to the same respective potentials.
Examples of the properties of some of the above compositions are given in Table 1 below, in which
E = potential of the propellant powder in
KJ per kg,
T = flame temperature of the propellant powder in Kelvin, 3 d = density in grams per cm.
<Desc / Clms Page number 19>
TABLE 1 Properties of the example compositions
EMI19.1
<tb>
<tb> Composition <SEP> E <SEP> T <SEP> d
<tb> n
<tb> 85 <SEP> 1178 <SEP> 3088 <SEP> 1.689
<tb> 86 <SEP> 1182 <SEP> 3143 <SEP> 1, <SEP> 689
<tb> 87 <SEP> 1216 <SEP> 3241 <SEP> 1.691
<tb> 88 <SEP> 1279 <SEP> 3453 <SEP> 1.706
<tb> 89 <SEP> 1170 <SEP> 3092 <SEP> 1.686
<tb> 90 <SEP> 1174 <SEP> 3123 <SEP> 1.671
<tb> 91 <SEP> 1168 <SEP> 3054 <SEP> 1.671
<tb>
Compositions 1 to 91 where ignition temperatures which are 20 to 30 degrees Celsius or more higher than those of known double base and triple base compositions having the same potential.
For example, a composition comprising:
EMI19.2
<tb>
<tb> nitroglycerin <SEP> 32% <SEP> in <SEP> weight
<tb> nitrocellulose <SEP> 32% <SEP> in <SEP> weight
<tb> picrite <SEP> 35% <SEP> in <SEP> weight
<tb> carbamite <SEP> 1% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
has a potential similar to that of composition 85, but its ignition temperature, 161 C, is significantly lower than the ignition temperature, 226OC, of composition 85.