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La présente invention se rapporte d'une manière générale aux explosifs et plus particulièrement à un produit propulsif.
La présente invention concerne une charge propulsive consti- tuée essentiellement par des grains de produit propulsif, dont les sur- faces frontières découpées sont disposées de manière que la surface to- tale des grains soit d'environ 75 à environ 84 centimètres carrés par gramme, l'épaisseur étant d'environ 0,38 à environ 0,63 millimètre ; ces grains comportent en dispersion dans l'ensemble de la région qui va, de chacune de leurs surfaces, jusqu'à environ le sixième de l'épaisseur du grain, un inhibiteur dont la chaleur d'explo3ion est inférieure à environ -200 calories par gramme.
La présente invention concerne également un procédé d'obtention de produits propulsifs qui consiste à extruder la nitro-cellulose servant de poudre de base à travers une filière, à subdiviser cette poudre de base en des grains de produit propulsif, ayant une surface totale d'environ 75 à environ 84 centimètres carrés par gramme et une épaisseur d'environ
0,38 à 0,63 mm, puis à traiter ces grains avec un inhibiteur ayant une chaleur d'explosion inférieure à environ -200 calories par gramme, uniquement dans la région du grain allant de sa surface jusqu'à environ un sixième de l'épaisseur.
On a déjà proposé des grains de produit propulsif ayant différentes formes et différentes compositions chimiques pour des cartouches de eu.Libre 7,65 mm (7,62 mm exactement) et de calibres analogues, mais aucun ne s'est révélé entièrement approprié dans la pratique. Parmi ces différents types de produit propulsif, les grains de produit propulsif tubulaires comportant un revêtement de dinitrotoluène présentent le nombre le plus faible d'inconvénients et, en conséquence, on a utilisé des grains de ce type, presque exclusivement des grains dans de telles cartouches.Ces grains sont éminemment appropriés au but proposé, sauf que la précision et l'efficacitédu projectile ne sont plus suf@@santes après le tir d'un nombre relativement restreint de cartouches dans une mitrailleuse ou dans d'autres armes à tir rapide.
On a trouvé que cette perte de précision provient de ce que la paroi interne du tube du canon, sensiblement au voisinage de la culasse, se trouve usé ou endommagé d'une autre manière par les gaz engendrés par l'explosion du produit propulsif. Jusqu'à présent , le seul remède consistait à cesser le tir et à changer le tube, ce qui est un inconvénient pour le tireur et ce qui n'a pas diminué le désavantage que présente la durée abrégée des tubes.
La présente invention a par conséquent pour objet une charge propulsive nouvelle pour des armes à tir rapide. Un autre objet de l'invention est une charge propulsive présentant des propriétés balistiques perfectionnées. Un autre objet encore est une charge propulsive pour des cartouches de calibre 7,65 mm et des cartouches de dimensions analogues, présm- tant des caractéristiques améliorées en ce qui concerne l'usure des tubes.
Un autre objet enfin est un procédé d'obtention d'une poudre propulsive extrudée se prêtant à l'utilisation dans des mitrailleuses et d'autres armes à tir rapide de calibre 7,65 mm.
Conformément à la présente invention , on atteint les objets précités aussi bien que d'autres qui apparaîtront au cours de la description qui va suivre, en réalisant une charge propulsive composée essentiellement de grains de produit propulsif obtenus par extrudage et dont la surface totale est comprise entre environ 75 et environ 84 centimètres carrés par gramme de produit ; en outre, ces grains comportent, à proximité de la surface de chaque grain, une quantité non inférieure à envrion 3% d'un inhibiteur (par rapport au poids du grain de poudre) ayant une chaleur d'explosion d'environ -200 calories ou moins par gramme. Habituellement, il n'est pas nécessaire d'utiliser une quantité d'inhibiteur dépassant 12%.
L'épaisseur des grains de produit propulsif doit être comprise dans la
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gamme allant d'environ 0,38 à environ 0,63 millimètre et l'inhibiteur doit être dispersé uniquement dans la région du grain s'étendant à partir de la surface du grain sur environ un sixième de l'épaisseur du grain.
D'invention envisage également : la mise en forme d'une poudre de base de nitrocellulose grâce à un procédé d'extrudage ; la subdivision de la poudre de base extrudée en des grains de produit propulsif ayant une surface totale d'environ 75 à environ 84 centimètres carrés par gramme de poudre et une épaisseur comprise entre environ 0,38 et environ 0,63 millimètre; enfin, la dispersion d'un inhibiteur dont la chaleur d'explosion est inférieure à -200 dans l'ensemble de la région du grain s'étendant vers l'intérieur à partir de chacune de ces surfaces sur une distance ne dépassant pas un sixième de l'épaisseur du grain.
On extrude ce grain, de préférence à travers une filière adaptée pour donner l'épaisseur désirée à la nitrocellulose, mais on peut aussi former ce grain par un procédé d'extrudage, le découper à la longueur voulue et le laminer ensuite pour lui donner l'épaisseur voulue. Pour la plupart des utilisations pratiques, on peut se servir d'inhibiteur ayant de préférence une chaleur d'explo3ion aussi basse que -1000 à -2500, bien que l'on puisse aussi utiliser, comme on l'a déjà dit, des inhibiteurs ayant une chaleur d'explosion aussi élevée qu'environ -200, mais qui sont évidemment moins efficaces.
L'inhibiteur ne doit pas migrer à toutes les températures auxquelles les produits propulsifs sont habituellement exposés, de manière à rester presque uniformément dispersé dans la région spécifiée du grain et qu'aucune quantité importante d'inhibiteur ne pénètre au coeur du grain.
On peut utiliser n'importe quel inhibiteur non-migrateur qui possède une constante de chaleur d'explosion inférieure à -200 calories par gramme comme, par exemple : les dialkyl phtalates tels,que le dibutyl phtalate et le diamyl phtalate ; diaryl phtalates tels que le diphényl phtalate le triphényl phosphate ; le butyl stéarate ; les diaryl dialkylurées telles que la diéthyl diphényl urée, la méthyl éthyl diphényl urée et la diméthyl urée ; le glycérol sébaçate ; le tricrésyl phosphate , et des produits analogues. On a constaté que le procédé faisant l'objet du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 1.955.927, au nom de McBride, est particulièrement avantageux pour localiser l'inhibiteur de manière appropriée dans la région convenable du grain de produit propulsif.
La "chaleur d'explosion" des constituants des grains de poudre est un terme bien connu dans l'industrie , et on la détermine à partir de la chaleur de combustion du produit en utilisant un calcul basé sur les formules publiées par dePauw dans ses articles parus dans le périodique "Zeitschrift für das gesamte Schiess-und Sprengstoffwesen", volume 32, pages 11, 36 et 60 (1937). En réalité, la valeur attribuée comme correspondant à la chaleur d'explosion des inhibiteurs est une constante qui représente l'effet qu'exerce le produit sur la chaleur dégagée lors de la mise à feu des constituants explosifs du grain.
On peut aussi déterminer expérimentalement cette constante. Dans un procédé de ce genre, on fait brûler un échantillon séché de poudre propulsive ne contenant aucun inhibiteur, dans une bombe calorimétrique adiabatique contenant une atmosphère d'azote et on mesure la chaleur de combustion par des procédés habituels. Un autre échantillon séché de poudre propulsive, sensiblement identique à celle utilisée dans l'épreuve précédente, sauf que l'on incorpore au grain une quantité connue d'inhibiteur, est ensuite brûlé dans ia bombe , et on détermine à nouveau la chaleur de combustion. La différence entre la chaleur de combustion du produit propulsif non traité et du produit propulsif traité, divisée par le poids de l'inhibiteur, représente la valeur de la chaleur d'explo3ion de l'inhibiteur.
La chaleur d;explösion d'un inhibiteur mesure par conséquent l'influence de linhibi- teur sur la température d'explosion.d'un produit de base pour matière propulsive. Par exemple, pour déterminer la chaleur d'explo3ion du dibutyl phtalate, on fait brûler dans un bombe calorimétrique à atmosphère d'azote
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un échantillon séché d'un produit propulsif composé essentiellement par environ 90% de nitrocellulose et envi-on 10% de nitroglycérine. On fait brûler ensuite, dans des conditions identiques, un autre échantillon du même produit propulsif traité conformément à la présente invention et contenant environ 7% de dibutyl phtalate.
On constate que la chaleur d' explosion du produit propulsif sans inhibiteur est de 1070 calories par gramme de produit propulsif brûlé, tandis que la chaleur d'explosion du produit propulsif contenant de l'inhibiteur est de 840 calories par gram- me de produit propulsif brûlé, Etant donné que 93% du grain sont constitués par de la nitrocellulose et de la nitroglycérine comme produits de base, la chaleur due à la combustion de cette partie explosive de la charge pro- pulsive contenant de l'inhibiteur sera égale à 93 x 1070 ou 994 calories.
En déduisant de 994 calories les 840 calories que l'on obtient réellement dans l'épreuve, il reste une différence de 154 calories par gramme entre les chaleurs d'explosion des deux produits propulsifs. Cet abaissement est dû à la présence de l'inhibiteur, car celui-ci représente la seule va- riable. Le produit propulsif ne contient que 0,0 7 gramme de dibutyl phtala- te par gramme de produit ; ilfaut par conséquent diviser 154 par 0,07 pour déterminer l'effet qu'exerce l'inhibiteur sur les produits propulsifs, cet effet étant rapporté au gramme d'inhibiteur. En d'autres termes, chaque gramme de dibutyl phtalate réduit la chaleur d'explo3ion d'un produit propulsif d'environ 2200 calories.
Pour indiquer que 1,'inhibiteur réduit la chaleur d'explosion du produit propulsif, on dote ce nombre d'un signe négatif. De ce fait, on dit que la chaleur d'explosion du dibutyl phtalate est d'environ-2200 calories par gramme.
On donne aux grains de produit propulsif la forme d'un tube ou d'une tige en extrudant de la nitrocellulose transformée partiellement ou complètement en colloïde, à travers une filière, puis en subdivisant la tige ou le tube en grains ayant la longueur désirée. Ces grains peuvent comporter ou non une ou plusieurs perforations, pourvu que la surface spécifique se trouve comprise entre environ 75 et environ 84 centimètres carrés par gramme de produit propulsif. Si le grain est perforé, il faut traiter les parois de la perforation avec l'inhibiteur en même temps que les autres surfaces du grain, et, pour cette raison, on préfère des grains pleins, ou bien des grains perforés dans lesquels les dimensions de la perforation sont telles qu'elles facilitent le revêtement des parois de la perforation.
On obtient les meilleurs résultats quand la longueur du grain est sensiblement égale à son épaisseur.
Conformément aux procédés bien connus d'utilisation d'inhibiteurs et d'agents activants ou de produits modifiant l'activité, pour obtenir les effets balistiques désirés avec des propulsifs à base de nitrocellulose, on peut régler la quantité d'inhibiteur entre les limites déjà indiquées de 3% à 12% pour obtenir les qualités talistiques essentielles pour le calibre particulier de 7,65 mm et, s'il est nécessaire ou désirable d'obtenir des effets balistiques particuliers, on peut aussi incorporer au grain de produit propulsif un agent modifiant l'activité, comme, par exemple, un alcool polyhydrique tel que la nitroglycérine. Habituellement, on utilise des grains de poudre ayant un poids spécifique d'environ 1,5, mais les grains de poudre conformes à l'invention ayant un poids spécifique inférieur usent également moins de tube de l'arme.
La quantité d'agent modifiant l'activité pour une charge propulsive à deux composants est généralement comprise entre environ 10% et 20 en poids par rapport au poids du grain de produit propulsif.
L'expression "épaisseur" utilisée au cours de la présente description désigne la distance minimum existant entre deux surfaces quel@onques des grains pleins ou perforés. Ainsi, 15 épaisseur d'un grain tubulaire peut être la distance minimum entre la paroi entourant une perforation et une autre surface du grain, ou la distance entre deux surfaces extérieures du grain, suivant que l'une ou l'autre distance est la plus faible, et le terme "épais-
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seur" est utilisé ici dans son acception courante dans la technique.
On n'a pas encore trouvé d'explication précise au fait que le propulsif @onforme à la présente invention use moins l'extrémité côté culasse d'un tube d'arme à feu que les charges propulsives habituelles utilisées auparavant qui présentent une chaleur d'explosion supérieure à -200 calories par gramme et qui ont une surface totale se montant à la moitié seulement ou moins de celle du produit propulsif conforme à l' invention.
Cependant, on a pu constater que des cartouches chargées du produit propulsif conforme à l'invention montrent une amélioration très accentuée en comparaison avec des cartouches contenant une charge de poudre composée de grains perforés obtenus comme il est mentionné dans la manuel technique n 9-2900 intitulée ''Explosifs Militaires" et publié le 29 août 1940 par le Département de la Guerre du Gouvernement des EtatsUnis d'Amérique. Dans cette épreuve, on considère que le tube ne convient plus lorsque l'écart de la trajectoire du projectile est d'au moins 10 ou lorsque la vitesse initiale du projectile a diminué de plus de 60 mètres par seconde.
L'économie générale de la présente invention sera mieux comprise encore grâce à la description détaillée non limitative d'une variante préférée de mise en oeuvre de l'invention :
On prépare une poudre de base ayant une teneur moyenne en azote d'environ 13,2% en mélangeant environ 3 parties en poids de nitrocellulose ayant une teneur en azote d'environ 13,4% avec environ une partie de nitrocellulose ayant une teneur en azote d'environ 12,6%. On déshydrate environ 100 parties en poids de la nitrocellulose obtenue avec environ 125 parties d'alcool éthylique dans une presse de déshydratation habituelle. On émiette le bloc obtenu, constitué par environ 100 parties de nitrocellulose et environ 33 parties d'alcool, et on ajoute 66 parties d'éther éthylique pour transformer partiellement la masse en une matière colloïdale.
Pendant 1' agitation servant à mélanger complètement le solvant avec la nitrocellulose, on ajoute environ une partie de diphénylamine. On comprime ensuite le colloïde en un bloc, puis on le force à travers une filière d'extrudage, puis on le transforme à nouveau en bloc dans une installation habituelle, et on transforme finalement le produit en grains en l'extrudant à'travers une filière susceptible de produire une barre pleine, cette filière ayant un diamètre intérieur d'environ 1,05 mm. On découpe cette barre pleine en des tronçons de longueur sensiblement égale au diamètre pour former les grains de produit propulsif.
On chasse le mélange éther-alcool et les autres matières volatiles par séchage à l'air sur des claies placées dans une pièce dont la température moyenne est d'environ 30 pendant les premières 24 heures, d'environ 40 C pendant les 24 heures suivantes et d'environ 45 C pendant une semaine.
On met environ 100 parties des grains de produit propulsif obtenu en suspension dans environ 330 parties d'eau. On ajoute environ 22 parties d'une émulsion d'environ 11 parties de nitroglycérine, d'environ 4 parties d'acétate d'éthyle et d'environ 7 parties de toluène et environ 0,1 partie de gomme arabique dans environ 75 parties d'eau, et on élève la température de la suspension à environ 65 C, puis on la fait monter à nouveau à 70 C en l'espace d'environ 4 heures. On chasse ensuite l'acétate d'éthyle et le toluène en faisant passer un courant d'air à travers la suspension, tout en continuant à l'agiter. Environ 13 heures sont nécessaires pour éliminer presque complètement le solvant, puis on élève la température jusqu'à environ 72 C et on ajoute environ 1, 25 partie de gomme arabique.
On ajoute une émulsion d'environ 72 parties de dibutyl phtalate et environ 0,05 partie d'un agent émulsionnant tel que la gomme arabique dans environ 20 parties d'eau, et on agite la suspension obtenue pendant environ 5 heures, temps après lequel on sépare les grains de produit propulsif du liquide.
On enrobe environ 1000 parties des grains obtenus avec en-
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viron 5,0 parties de nitrate de potassium, environ 2,5 parties de diphényl- phtalate et environ 0,5 partie de dinitrotoluène, en faisant rouler les grains avec ce mélange dans un tonneau de lissage pendant environ 30 minutes à 55 C, puis on ajoute environ 0,4 partie de graphite et on continue le roulage pen- dant 30 minutes supplémentaires., Les grains obtenus présentent une surface d'environ 77 centimètres carrés par gramme de poudre propulsive, ont une épais- seur d'environ 0,4 mm et contiennent environ 6,5% en poids de dibutyl phtala- te dispersé dans la région du grain qui s'étend depuis sa surface jusqu'à une profondeur d'environ 0,075 mm.
Bien que l'exemple de mise en oeuvre que l'on vient de décrire en détail se rapporte à des poudres propulsives pour calibre de 7,65 mm, des charges propulsives pour d'autres armes appartenant à une gamme de calibres tels que le calibre 7,69 mm, 7,92 mm, 7 mm et des calibres analogues entrent également dans le cadre de l'invention.
Il est bien entendu que la description ci-dessus n'est donnée qu'à titre illustratif et que l'on peut y apporter de nombreuses variantes et modifications s'imposant d'elles-mêmes aux spécialistes, sans s'écarter pour cela de son esprit. Par exemple, on peut utiliser d'autres procédés appropriés pour traiter les grains de produits propulsifs avec l'inhibiteur.
De même, si l'on désire préparer une poudre propulsive à deux composants de base, on peut utiliser n'importe quel procédé convenable pour incorporer au grain le produit activant. Cependant, comme on le montre ci-dessus, des poudres propulsives nitrocellulosiques à un seul composant se prêtent à la mise en oeuvre de l'invention. En outre, il peut être désirable, pour certaines utilisations, d'incorporer certains produits de modification balistique, tels que le noir de carbone ou des produits analogues.
REVENDICATIONS
1) Une charge propulsive, constituée essentiellement par des grains de produit propulsif dont les surfaces frontières découpées sont disposées de manièreque la surface totale des grains soit d'environ 75 à 84cm2 par gramme, l'épaisseur étant d'environ 0,38 à environ 0,63 millimètre, grains qui comportent en dispersion, dans toute la région s'étendant depuis leur surface sur environ un sixième de l'épaisseur, un inhibiteur présentant une chaleur d'explosion inférieure à environ-200 calories par gramme.
2) Une charge propulsive, composée essentiellement par des grains de produit propulsif extrudés ayant une surface totale comprise entre environ 75 et environ 84 centimètres carrés par gramme, une épaisseur d'environ 0,38 à environ 0,63 millimètre et comportant un inhibiteur dispersé presque uniformément dans toute la région du grain qui s'étend vers l'intérieur, à partir de chaque surface du grain, sur une distance égale à environ un sixième de l'épaisseur du grain, ladite charge présentant une chaleur d'explosion ne dépassant pas environ 900 calories par gramme.
3) Une charge propulsive suivant les revendications 1 ou 2, dans laquelle les grains présentent une surface totale d'environ 77 centimètres carrés par gramme, et une épaisseur d'environ 0,40 millimètre.
4) Une charge propulsive suivant les revendications 1,2 ou 3, dans laquelle les grains contiennent chacun environ 6,5 % d'un inhibiteur non migrateur.
5) Une charge propulsive suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'inhibiteur présente une chaleur d'explosion inférieure à environ -1020 calories par gramme.
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The present invention relates generally to explosives and more particularly to a propellant.
The present invention relates to a propellant charge consisting essentially of grains of propellant, the cut boundary surfaces of which are arranged so that the total surface of the grains is from about 75 to about 84 square centimeters per gram, the thickness being from about 0.38 to about 0.63 millimeters; these grains comprise dispersed throughout the region which goes, from each of their surfaces, up to about one-sixth of the thickness of the grain, an inhibitor whose heat of exploitation is less than about -200 calories per gram.
The present invention also relates to a process for obtaining propellants which consists in extruding the nitro-cellulose serving as base powder through a die, in subdividing this base powder into grains of propellant, having a total surface area of about 75 to about 84 square centimeters per gram and a thickness of about
0.38-0.63 mm, then treating these grains with an inhibitor having a heat of explosion of less than about -200 calories per gram, only in the region of the grain from its surface down to about one-sixth of l 'thickness.
Propellant grains having different shapes and chemical compositions have already been proposed for cartridges of 7.65 mm (exactly 7.62 mm) free and similar sizes, but none have been found to be entirely suitable in the field. convenient. Among these different types of propellant, tubular propellant grains with a coating of dinitrotoluene have the lowest number of disadvantages and therefore grains of this type have been used, almost exclusively grains in such cartridges. These grains are eminently suitable for the proposed purpose, except that the accuracy and effectiveness of the projectile are no longer sufficient after firing a relatively small number of cartridges in a machine gun or other rapid fire weapons.
It has been found that this loss of precision arises from the fact that the internal wall of the barrel tube, substantially in the vicinity of the breech, is worn or otherwise damaged by the gases generated by the explosion of the propellant. Until now, the only remedy was to stop firing and change the tube, which is a disadvantage for the shooter and which has not diminished the disadvantage of the short duration of the tubes.
The present invention therefore relates to a novel propellant charge for rapid-fire weapons. Another object of the invention is a propellant charge exhibiting improved ballistic properties. Still another object is a propellant charge for 7.65 mm caliber cartridges and cartridges of like dimensions, exhibiting improved characteristics with respect to tube wear.
Finally, another object is a process for obtaining an extruded propellant powder suitable for use in machine guns and other 7.65 mm caliber rapid-fire weapons.
In accordance with the present invention, the aforementioned objects are achieved as well as others which will appear during the description which follows, by producing a propellant charge composed essentially of grains of propellant obtained by extrusion and the total surface of which is included between about 75 and about 84 square centimeters per gram of product; in addition, these grains include, near the surface of each grain, an amount of not less than about 3% of an inhibitor (based on the weight of the powder grain) having a heat of explosion of about -200 calories or less per gram. Usually, it is not necessary to use an amount of inhibitor exceeding 12%.
The thickness of the propellant grains must be included in the
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range from about 0.38 to about 0.63 millimeters and the inhibitor should be dispersed only in the region of the grain extending from the surface of the grain to about one sixth of the thickness of the grain.
The invention also envisages: shaping a nitrocellulose base powder by means of an extrusion process; subdividing the extruded base powder into grains of propellant having a total area of from about 75 to about 84 square centimeters per gram of powder and a thickness of from about 0.38 to about 0.63 millimeters; finally, the dispersion of an inhibitor with a heat of explosion less than -200 throughout the region of the grain extending inward from each of these surfaces for a distance not exceeding one sixth grain thickness.
This grain is extruded, preferably through a die adapted to give the desired thickness to the nitrocellulose, but it is also possible to form this grain by an extrusion process, cut it to the desired length and then roll it to give it l desired thickness. For most practical uses, an inhibitor can preferably be used having a heat of explosion as low as -1000 to -2500, although inhibitors can also be used, as already mentioned. having a heat of explosion as high as about -200, but which are obviously less efficient.
The inhibitor should not migrate at all temperatures to which propellants are typically exposed, so as to remain almost uniformly dispersed in the specified region of the grain and no significant amount of inhibitor penetrates into the core of the grain.
Any non-migrating inhibitor which has a heat of explosion constant of less than -200 calories per gram can be used, such as, for example: dialkyl phthalates such as dibutyl phthalate and diamyl phthalate; diaryl phthalates such as diphenyl phthalate triphenyl phosphate; butyl stearate; diaryl dialkylureas such as diethyl diphenyl urea, methyl ethyl diphenyl urea and dimethyl urea; glycerol sebacate; tricresyl phosphate, and the like. The method disclosed in US Pat. No. 1,955,927, to McBride, has been found to be particularly advantageous for locating the inhibitor appropriately in the proper region of the propellant grain.
The "heat of explosion" of the constituents of the powder grains is a term well known in the industry, and is determined from the heat of combustion of the product using a calculation based on the formulas published by dePauw in his articles. published in the periodical "Zeitschrift für das gesamte Schiess-und Sprengstoffwesen", volume 32, pages 11, 36 and 60 (1937). In fact, the value assigned as corresponding to the heat of explosion of the inhibitors is a constant which represents the effect of the product on the heat given off when the explosive constituents of the grain are ignited.
This constant can also be determined experimentally. In such a method, a dried sample of propellant powder containing no inhibitor is burned in an adiabatic bomb containing a nitrogen atmosphere and the heat of combustion is measured by customary methods. Another dried sample of propellant powder, substantially identical to that used in the preceding test, except that a known quantity of inhibitor is incorporated into the grain, is then burned in the bomb, and the heat of combustion is again determined. . The difference between the heat of combustion of the untreated propellant and the treated propellant divided by the weight of the inhibitor represents the value of the heat of explosion of the inhibitor.
The heat of explosion of an inhibitor therefore measures the influence of the inhibitor on the explosion temperature of a propellant base. For example, to determine the heat of explosion of dibutyl phthalate, one burns in a calorimetric bomb in a nitrogen atmosphere.
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a dried sample of a propellant consisting essentially of about 90% nitrocellulose and about 10% nitroglycerin. Another sample of the same propellant treated in accordance with the present invention and containing about 7% dibutyl phthalate is then burned under identical conditions.
It is found that the heat of explosion of the propellant without inhibitor is 1070 calories per gram of propellant burned, while the heat of explosion of the propellant containing inhibitor is 840 calories per gram of propellant. burnt, Since 93% of the grain consists of nitrocellulose and nitroglycerin as base products, the heat due to combustion of this explosive part of the propellant charge containing inhibitor will be equal to 93 x 1070 or 994 calories.
By deducting from 994 calories the 840 calories which is actually obtained in the test, there remains a difference of 154 calories per gram between the explosion heats of the two propellants. This reduction is due to the presence of the inhibitor, since this represents the only variable. The propellant contains only 0.07 grams of dibutyl phthalate per gram of product; 154 must therefore be divided by 0.07 to determine the effect exerted by the inhibitor on the propellants, this effect being related to the gram of inhibitor. In other words, each gram of dibutyl phthalate reduces the heat of operation of a propellant by about 2200 calories.
To indicate that 1, the inhibitor reduces the heat of explosion of the propellant, this number is given a negative sign. Because of this, the heat of explosion of dibutyl phthalate is said to be about -2,200 calories per gram.
The propellant grains are formed into a tube or rod shape by extruding nitrocellulose, partially or completely converted into a colloid, through a die, then subdividing the rod or tube into grains of the desired length. These grains may or may not have one or more perforations, provided that the specific surface is between about 75 and about 84 square centimeters per gram of propellant. If the grain is perforated, the walls of the perforation should be treated with the inhibitor along with the other surfaces of the grain, and for this reason solid grains are preferred, or alternatively perforated grains in which the dimensions of the perforation are such that they facilitate the coating of the walls of the perforation.
The best results are obtained when the length of the grain is substantially equal to its thickness.
In accordance with well-known methods of using inhibitors and activating agents or activity modifiers, in order to obtain the desired ballistic effects with nitrocellulose-based propellants, the amount of inhibitor can be regulated between the limits already indicated from 3% to 12% to obtain the essential talistic qualities for the particular 7.65 mm caliber and, if it is necessary or desirable to obtain particular ballistic effects, an agent can also be incorporated into the grain of the propellant. modifying activity, such as, for example, a polyhydric alcohol such as nitroglycerin. Usually, grains of powder having a specific gravity of about 1.5 are used, but grains of powder according to the invention having a lower specific weight also wear less of the barrel of the gun.
The amount of activity modifier for a two component propellant charge is generally between about 10% and 20 by weight based on the weight of the propellant grain.
The expression “thickness” used during the present description denotes the minimum distance existing between two surfaces, whatever the solid or perforated grains. Thus, the thickness of a tubular grain may be the minimum distance between the wall surrounding a perforation and another surface of the grain, or the distance between two exterior surfaces of the grain, depending on whether one or the other distance is greater. weak, and the term "thick-
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seur "is used herein in its current sense in the art.
A precise explanation has not yet been found for the fact that the propellant according to the present invention wears less on the breech end of a firearm barrel than the usual propellant charges used previously which exhibit a thermal heat. 'explosion greater than -200 calories per gram and which have a total surface area amounting to only half or less that of the propellant according to the invention.
However, it has been observed that cartridges loaded with the propellant according to the invention show a very marked improvement in comparison with cartridges containing a powder charge composed of perforated grains obtained as mentioned in technical manual No. 9-2900. titled "Military Explosives" and issued August 29, 1940 by the War Department of the Government of the United States of America. In this test, the tube is considered unsuitable when the deviation of the projectile trajectory is at least 10 or when the initial velocity of the projectile has decreased by more than 60 meters per second.
The general economy of the present invention will be better understood thanks to the non-limiting detailed description of a preferred variant of implementation of the invention:
A base powder having an average nitrogen content of about 13.2% is prepared by mixing about 3 parts by weight of nitrocellulose having a nitrogen content of about 13.4% with about one part of nitrocellulose having a nitrogen content. nitrogen of about 12.6%. About 100 parts by weight of the resulting nitrocellulose are dehydrated with about 125 parts of ethyl alcohol in a usual dehydrating press. The resulting block, consisting of about 100 parts of nitrocellulose and about 33 parts of alcohol, is crumbled, and 66 parts of ethyl ether are added to partially convert the mass into a colloidal material.
During the stirring to completely mix the solvent with the nitrocellulose, about one part of diphenylamine is added. The colloid is then compressed into a block, then forced through an extrusion die, then transformed into a block again in a usual plant, and the product is finally transformed into grains by extruding it through a. die capable of producing a solid bar, this die having an internal diameter of about 1.05 mm. This solid bar is cut into sections of length substantially equal to the diameter to form the grains of propellant.
The ether-alcohol mixture and other volatiles are removed by air drying on racks placed in a room with an average temperature of about 30 for the first 24 hours, about 40 C for the next 24 hours. and about 45 C for a week.
About 100 parts of the grains of propellant obtained are suspended in about 330 parts of water. About 22 parts of an emulsion of about 11 parts of nitroglycerin, about 4 parts of ethyl acetate and about 7 parts of toluene and about 0.1 part of gum arabic in about 75 parts of toluene are added. water, and the temperature of the suspension is raised to about 65 ° C., then raised to 70 ° C. again over the course of about 4 hours. Ethyl acetate and toluene are then removed by passing a stream of air through the suspension while continuing to stir. About 13 hours are needed to almost completely remove the solvent, then the temperature is raised to about 72 ° C and about 1.25 part of gum arabic is added.
An emulsion of about 72 parts of dibutyl phthalate and about 0.05 part of an emulsifying agent such as gum arabic in about 20 parts of water is added, and the resulting suspension is stirred for about 5 hours, after which time the grains of propellant are separated from the liquid.
About 1000 parts of the grains obtained are coated with en-
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about 5.0 parts of potassium nitrate, about 2.5 parts of diphenylphthalate and about 0.5 part of dinitrotoluene, rolling the grains with this mixture in a smoothing barrel for about 30 minutes at 55 C, then about 0.4 part of graphite is added and rolling is continued for a further 30 minutes., The grains obtained have a surface area of about 77 square centimeters per gram of propellant powder, have a thickness of about 0, 4 mm and contains about 6.5% by weight of dibutyl phthalate dispersed in the region of the grain which extends from its surface to a depth of about 0.075 mm.
Although the example of implementation which has just been described in detail relates to propellant powders for 7.65 mm caliber, propellant charges for other weapons belonging to a range of calibers such as the caliber. 7.69mm, 7.92mm, 7mm and the like are also within the scope of the invention.
It is understood that the above description is given only by way of illustration and that it is possible to make numerous variations and modifications to it which are themselves essential to specialists, without departing for this from his mind. For example, other suitable methods can be used to treat the propellant grains with the inhibitor.
Likewise, if it is desired to prepare a basic two component propellant powder, any suitable method can be used to incorporate the activator into the grain. However, as shown above, one component nitrocellulose propellant powders lend themselves to the practice of the invention. In addition, it may be desirable for certain uses to incorporate certain ballistic modification products, such as carbon black or the like.
CLAIMS
1) A propellant charge, consisting essentially of grains of propellant whose cut border surfaces are arranged so that the total surface of the grains is approximately 75 to 84cm2 per gram, the thickness being approximately 0.38 to approximately 0.63 millimeter, which grains comprise dispersed throughout the region extending from their surface to about one-sixth of the thickness, an inhibitor having a heat of explosion of less than about -200 calories per gram.
2) A propellant charge, composed essentially of grains of extruded propellant having a total surface area of between about 75 and about 84 square centimeters per gram, a thickness of about 0.38 to about 0.63 millimeter and comprising a dispersed inhibitor almost uniformly throughout the region of the grain extending inward from each surface of the grain a distance equal to about one-sixth of the thickness of the grain, said charge exhibiting a heat of explosion not exceeding not about 900 calories per gram.
3) A propellant charge according to claims 1 or 2, wherein the grains have a total surface area of about 77 square centimeters per gram, and a thickness of about 0.40 millimeter.
4) A propellant charge according to claims 1, 2 or 3, wherein the grains each contain about 6.5% of a non-migrating inhibitor.
5) A propellant charge according to any preceding claim, wherein the inhibitor has a heat of explosion of less than about -1020 calories per gram.
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