<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte en général aux explosifs et plus particulièrement à un produit propulsif.
La présente invention concerne un produit propulsif ayant des caractéristiques balistiques améliorées, et composé essentiellement par des grains sensiblement non poreux ayant une surface totale d'environ 10 centimètres carrés par gramme à environ 74 centimètres carrés par gramme et une épaisseur comprise entre environ 0,38 et environ 1,75 millimètre; ces grains contiennent en dispersion dans toute la région du grain, qui s'étend depuis chacune de ses surfaces, sur une distance ne dépassant pas environ le sixième de l'épaisseur du grain de produit propulsif, un inhibiteur pré- sentant une chaleur d'explosion inférieure à environ -200 calories par gramme.
La présente invention concerne également un procédé de fabrica- tion de produits propulsifs ayant des caractéristiques balistiques amélio-' rées, procédé qui consiste à transformer une nitrocellulose servant de poudre de base en des grains sensiblement non poreux ayant une surface totale d'environ 10 à environ 74 centimètres carrés par gramme, une épais- seur comprise entre environ 0,38 et environ 1,75 millimètre, et à la trai- ter ensuite avec un inhibiteur non-migrateur présentant une chaleur d'explosion inférieure à environ -200 calories par gramme, uniquement dans la région du grain s'étendant depuis sa surface sur environ un sixième de son épaisseuro
Jusqu'à présent,
la charge propulsive utilisée dans des armes à tir rapide était composée par des grains propulsifs tubulaires de nitrocellulose colloïdale contenant un stabilisant et du dinitrotoluène comme inhibiteur. Bien que l'on ait proposé d'autres types de grains propulsifs de différentes formes et compositions, aucun de ces produits propulsifs ne s'est révélé aussi approprié dans la pratique, pour des cartouches plus grandes que le calibre de 7,65 millimètres, que les grains propulsifs perforés à un seul composant du genre précité, obtenus grâce aux procédés d'extrudage habituels dans l'éther-alcool.
De tels grains perforés sont hautement appropriés au but proposé, sauf le fait que la précision et l'efficacité du projectile des cartouches les contenant deviennent insuffisantes après le tir d'un nombre relativement faible de cartouches dans le type le plus rapide des armes à tir rapide. On a constaté que cet abaissement de la précision provient de ce que la paroi interne du canon, 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 canon ou tube, ce qui est un inconvénient pour le tireur et ce qui n'a pas diminué le désavantage que présente la durée abrégée des canons ou tubes.
La présente invention a, par conséquent, pour objet une charge propulsive nouvelle pour des armes d'un calibre supérieur à 7,65 millimètres.
Un autre objet de l'invention est une cartouche ayant des propriétés perfectionnées en ce qui concerne l'usure du canon. Un autre objet encore de l'invention est une cartouche supérieure au calibre de 7,65 mm, qui est appropriée pour être utilisée dans des mitrailleuses ou autres armes à tir rapide. Un autre objet enfin est une charge propulsive nouvelle présentant des caractéristiques balistiques perfectionnées.
D'une manière générale, on peut réaliser les objets précités et d'autres encore qui apparaîtront au cours de la description qui va suivre en préparant des grains de poudre propulsive dont la surface totale et l'épaisseur sont en rapport avec leur composition chimique, d'une manière telle que les cartouches qui les contiennent présentent des caractéristiques améliorées quant à l'usure des canons.
La présente invention concerne tout spécialement des cartouches d'un calibre supérieur à 7,65 millimètres contenant une charge propulsive composée essentiellement par des grains propulsifs ayant une surface totale comprise entre environ 10 et environ 74 centimètres carrés par gramme, ayart
<Desc/Clms Page number 2>
une épaisseur comprise entre environ 0,38 et environ 1,75 millimètre et comportant un inhibiteur se trouvant au voisinage de la surface du grain dans la région s'étendant à partir de chaque surface sur une distance ne dépassant pas environ un sixième de son épaisseur. Il est nécessaire d'utiliser une quantité non inférieure à 3% d'inhibiteur par rapport au poids du grain de produit propulsif et cet inhibiteur doit présenter une chaleur d'explosion inférieure à -200 calories par gramme .
Cependant, pour la plupart des appLications pratiques, on préfère des inhibiteurs ayant une chaleur d'explosion aussi faible qu'environ - 1000 à environ -2500 calories, 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 calories par gramme. Habituellement, il n'est pas nécessaire d'utiliser une quantité supérieure à environ 15% de la catégorie préférée d'inhibiteurs pour la plupart des produits propulsifs destinés à des cartouches supérieures au calibre de 7,65 millimètres.
On peut former les grains de produit propulsif en extrudant à travers une filière de la nitrocellulose partiellement ou complètement transformée en colloide et en découpant la tige qui en résulte à la longueur désirée, ou bien on peut donner aux grains de produit propulsif une forme globu- laire en utilisant n'importe quel procédé approprié comme, par exemple, le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique, no. 2.160.626.
Les grains de poudre extrudés peuvent comporter ou non une ou plusieurs perforations, pourvu que la surface spécifique entre dans la gamme des surfaces déjà mentionnées et que l'inhibiteur se trouve dans la région déjà spécifiée.
On a trouvé que le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique, no. 1.955.927, au nom de McBride est particulièrement avantageux pour localiser l'inhibiteur, de manière appropriée dans le grain. Cependant il n'est pas suffisant de localiser l'inhibiteur de manière appropriée sans le grain lors de son application. On doit aussi utiliser un inhibiteur qui restera emprisonné dans la région du grain de produit propulsif à laquelle on l'applique, lorsque le produit propulsif est exposé à n'importe quelle condition de conservation ou d'intempéries dans lesquelles les autres composants d'une cartouche sont stables.
On peut utiliser tout inhibiteur nonmigrateur ayant une chaleur d'explosion inférieure à - 200 calories par gramme, par exemple les dialkyl phtalates tels que le dibutyl phtalate et le diamyl phtalate; les diaryl phtalates tels que le diphényl phtalate; le triphényl phosphate, le butyl stéarate; les diaryl dialkylurées telles que le diéthyl diphényl urée, la méthyléthyl diphényl urée et la diméthyl diphényl urée, le butyl ricinoléate; le glycérol sébacate; le tricrésyl phosphate etc....
On utilise ici le mot "épaisseur" dans son sens habituel. Par exemple, l'épaisseur est la distance minimum entre deux surfaces parallèles quand il s'agit de grains pleins ou perforés; l'épaisseur peut encore représenter le diamètre d'une sphére, ou encore la distance minimum passant par le centre d'un ellipsoïde ou d'un grain d'une forme analogue comme, ,par exemple, le type de grain obtenu habituellement lorsqu'on comprime des grains sphériques entre des cylindres.
@
La uchaleur 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 des 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 qui se dégage lors de mise à feu des con stituants 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
<Desc/Clms Page number 3>
par des procédés habituels. Un autre échantillon séché de poudre propul- sive 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 la bombe, et on détermine à nouveau la chaleur de com- bustion. La différence entre la chaleur de combustion du produit propul- sif non traité et du produit propulsif traité, divisée par le poids de l'in- hibiteur, représente la valeur de la chaleur d'explosion de l'inhibiteur.
La constante de chaleur d'explosion d'un inhibiteur mesure par conséquent l'influence de l'inhibiteur sur la température d'explosion d'un produit de base pour matière propulsive. Par exemple, pour déterminer la chaleur d'ex- plosion du dibutyl phtalate, on fait brûler dans une bombe calorimétrique à atmosphère d'azote, un échantillon séché d'un produit propulsif composé essentiellement par environ 90% de nitrocellulose et environ la$ de nitro- glycérine.
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 calo- ries par gramme de produit propulsif brûlée tandis que la chaleur d'explo- sion du produit propulsif contenant un inhibiteur est de 840 calories par gramme de produit propulsif brûlé. Etant donné que 93% du grain sont con- stitués par de la nitrocellulose et de la nitroglycérine servant de produit de base, la chaleur due à la combustion de cette partie explosive de la char- ge propulsive contenant un inhibiteur sera égale à 93 x 1070 ou 994 calo-
100 ries.
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 dü à la présence de l'inhibiteur, car celui-ci représente la seule variable. Le produit propulsif ne contient que 0,07 gramme de dibutyl phtalate par gramme de produit; il faut, 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'explosion d'un produit propulsif d'environ 2200 calories. Pour indiquer que l'inhibiteur réduit la chaleur d'explosion du produit propulsif, on dote ce nombre d'un signe négatif.
De ce fait, on dit que le chaleur d'explosion du dibutyl phtalate est d'environ -2200 calories par gramme.
Conformément aux procédés bien connus d'utilisation des inhibiteurs et d'agents activants ou de produits modifiant l'activité pour obtenir les effets balistiques désirés avec des produits propulsifs à base de nitrocellulose, on peut régler la quantité d'inhibiteur entre les limites déjà indiquées de 3% à 15% pour obtenir des qualités balistiques essentielles pour le calibre particulier considéré et, s'il est nécessaire ou désirable d'obtenir des effets balistiques particuliers, on peut aussi incorporer au grain de produit propulsif un agent activant tel que la nitroglycérine.
Habituellement, une quantité comprise entre environ 10 et environ 20% d'un alcool polyhydrique comme, par exemple, la nitroglycérine ou le nitroglycol, est suffisante pour la plupart des poudres à deux composants.
Les grains de produit propulsif conformes à la présente invention ont approximativement deux fois la surface totale des grains perforés classiques utilisés jusqu'à présent. Par exemple, on utilisait jusqu'à présent des grains de produit propulsif, contenant du dinitrotoluène, ayant une surface totale d'environ 29 centimètres carrés par gramme de produit propul- sif et une épaisseur d'environ 0,533 millimètre dans des cartouches de calibre 12,5 millimètres, La surface totale des produits conformes à l'invention pour le calibre 12,5 mm, d'autre part, est comprise dans la gamme allant d'environ 55 à environ 72 centimètres carrés par gramme l'épaisseur étant comprise entre environ 0,40 et environ 0,
58 millimètre et les grains conformes à l'invention contiennent environ 6 à 10% d'un inhibiteur nonmigrateur présentant une chaleur d'explosion négative inférieure à environ - 200, dans la région s'étendant vers l'intérieur sur environ un sixième de
<Desc/Clms Page number 4>
l'épaisseur à partir de chaque surface du grain.
Les grains de produit propulsif habituels contenant du dinitrotoluène, utilisés jusqu'à présent pour le calibre de 15 millimètres présentaient une dimension d'environ 0,7 millimètre et une surface d'environ 23 centimètres carrés par gramme, tandis que les produits conformes à la présente invention appropriés pour le calibre 15,2 millimètres ont une épaisseur d'environ 0,56 à environ 0,71 millimètre, une surface totale d'environ 45 à environ 60 centimètres carrés par gramme et contiennent dans la région du grain déjà définie, environ 6 à environ 10% en poids de l'un des inhibiteurs appartenant à la catégorie précitée.
La poudre propulsive de 20 millimètres, telle qu'on la trouve dans la commerce, présente une surface totale d'environ 25 centimètres carrés par gramme et une épaisseur d'environ 0,68 millimètre, tandis que les produits conforme à l'invention ont une surface totale d'environ 35 à environ 55 centimètres carrés par gramme, une dimension d'environ 0,63 à environ 0,81 millimètre et contiennent, dans la région du grain précitée, environ 6 à environ 10% de l'un des inhibiteurs appartenant à la catégorie conforme à l'invention et ils sont les mieux appropriés pour des cartouches de 20 millimètres.
Jusqu'à présent, des poudres propulsives de 90 millimètres présentaient une épaisseur d'environ 0,86 millimètre et une surface totale d'environ 16 centimètres carrés par gramme, tandis que le produit préféré de l'invention, approprié au calibre de 90 millimètres, présente une surface totale d'environ 32 centimètres carrées par gramme et une épaisseur d'environ 0,86 millimètre, tout en contenant environ 9 % de l'un des inhibiteurs précités retenu dans la région du grain s'étendant vers l'inté- rieur, à partir de chaque surface, sur environ un sixième de l'épaisseur du grain.
Pour la mise en oeuvre de la présente invention, la nitrocellulose servant de poudre de base, après la formation du grain, doit avoir un poids spécifique non inférieur à environ 1,5, étant donné que des poids spécifiques inférieurs résultent de la présence de cavités nuisibles qui ne permettent pas d'obtenir les propriétés balistiques désirées. Lorsqu'on prépare une poudre à deux composants, conformément à l'invention, la poudre de base sans fumée doit également être fabriquée de manière à présenter un poids spécifique d'environ 1,5 ou plus.
Il est évident que l'addition d'un agent modifiant l'activité comme la nitroglycérine ou un produit analogue, ou bien la compression, peuvent entraîner un accroissement du poids spécifique du grain de poudre jusqu'à un certain point, mais cela ne permet généralement pas de compenser l'insuffisance des propriétés balistiques résultant d'un poids spécifique initial inférieur à 1,5. Par conséquent, le terme "non poreux" désigne des grains qui présentent un poids spécifique d'environ 1,5 ou plus, en l'absence d'agents modifiant l'activité ou de pression provoquant des déformations.
On ne connaît pas exactement la raison pour laquelle les cartouches contenant la poudre propulsive conforme à l'invention usent moins la paroi et les rayures du tube que des cartouches analogues contenant d'autres produits propulsifs. Cependant, les résultats obtenus au cours d'essais réels dans des conditions similaires et avec des tubes et des cartouches analogues, sauf en ce qui concerne leurs produits propulsifs, montrent un accroissement considérable de la durée du tube, lorsqu'on utilise la poudre propulsive conforme à l'invention. Par exemple, en utilisant le produit propulsif de l'invention, la durée d'un tube était, dans un cas déterminé pour un calibre de 12,5 millimètres, 30 fois supérieure à la durée d'un tube d'une arme analogue, dans laquelle on tirait des cartouches contenant des produits propulsifs utilisés auparavant.
Ainsi, la charge propulsive conforme à 1' invention prolonge de façon importante la durée des tubes. Dans cet essai, on considère que le tube ne convient plus lorsque l'écart de la trajectoire du projectile atteint au moins la , ou lorsque la vitesse initiale du projectile a diminué de plus de 60 mètres par seconde.
<Desc/Clms Page number 5>
L'économie générale de la présente invention sera mieux compri- se encore grâce à la description détaillée, non limitative, d'un de ses modes de mise en oeuvre;
On met en suspension environ 100 parties en poids de nitrocel- lulose contenant environ 13,2 % d'azote dans, environ, 800 parties d'eau.
On ajoute à cette suspension environ 330 parties d'acétate d'éthyle conte- nant environ une partie de diphénylamine et on agite la suspension à environ
70 C jusqu'à ce que la nitrocellulose soit dissoute dans l'acétate d'éthyle.
On ajoute à cette suspension environ 8 parties de gomme arabique que l'on a dispersée dans environ 50 parties d'eau, et environ une demi-heure après, on ajoute environ 33 parties de sulfate de sodium dissous dans environ 100 par- ties d'eau. On continue l'agitation pendant environ 4 heures, temps après lequel on chasse le solvant des globules en élevant graduellement la tempé- rature de la suspension jusqu'à environ 99 C. Après le refroidissement, on sépare de la phase liquide les grains de poudre durcis de forme globulaire.
On sépare les grains passant à travers un tamis ayant des ou- vertures de 0,86 mm, et ceux qui restent sur un tamis ayant des ouvertures de 0,63 mm d'avec des grains ayant d'autres dimensions, puis on met en sus- pension environ 100 parties de ces grains dans environ 330 parties d'eau.
On ajoute environ 22 parties d'une émulsion contenant environ 11 parties de nitroglycérine, environ 4 parties d'acétate d'éthyle et environ 7 par- ties d'eau et on porte la température de la suspension à environ 65 C, puis à environ 70 C en l'espace d'environ 4 heures. On chasse ensuite l'acétate d'éthyle et le toluène en faisant passer de l'air à travers la suspension, tout en continuant à l'agiter. Il faut environ 13 heures pour éliminer presque complètement le solvant, temps après lequel on élève la température à environ 72 C et on ajoute environ 1,25 partie de gomme arabique.
On ajoute une émulsion contenant environ 9 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, puis on sépare les grains de produit propulsif du liquide. On comprime les sphérules humectées d'eau entre des cylindres à une pression suffisante pour obtenir une épaisseur d'environ 0,48 millimètre, puis on les sèche à l'air. On enrobe environ 1000 parties des grains obtenus avec 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, après quoi, on ajoute environ 0,4 partie de graphite, puis on continue le roulage pendant 30 minutes supplémentaires.
On tamise ensuite la poudre et on sépare les grains qui traversent un tamis ayant des ouvertures d'environ 1,38 mm et ceux qui restent sur un tamis ayant des ouvertures de 0,43 mm, pour les utiliser dans des cartouches de 12,5 millimètres.
Dans un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on obtient une nitrocellulose d'une teneur moyenne de 13,2 %, en azote, en mélangeant environ 3 parties 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% pour former une poudre de base appropriée. On déshydrate environ 100 parties en poids de la poudre de base obtenue avec environ 125 parties d'alcool éthylique dans une presse de déshydratation courante. 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 col- loide sous forme d'un bloc, puis on le fait passer à travers un filière d' extrudage et on le transforme à nouveau en un bloc dans une installation @ courante et, finalement, on transforme le produit en grains en l'extrudant à travers une filière d'environ 2,66 mm de diamètre conçue pour donner une tige pleine. On découpe ensuite des grains dont la longueur est sensiblement égale au diamètre. Le grain qui en résulte n'est pas perforé.
On chasse
<Desc/Clms Page number 6>
le mélange éther-alcool et les autres matières volatiles par séchage à 1' air sur des claies placées dans une pièce dont la température moyenne est d'environ 30 C pendant les premières 24 heures, d'environ 40 C pendant les 24 heures suivantes et d'environ 45 C pendant une semaine.
On imprègne les grains de produit propulsif ainsi obtenus avec environ 10% de nitroglycérine puis on les enduit avec environ 9% de dié- thyl-diphényl urée en utilisant des procédés analogues à ceux qui sont décrits dans l'exemple précédent concernant le calibre 12,5 millimètres. On traite également les grains dans un tonneau de lissage avec du nitrate de potassium, du dinitrotoluène et du graphite, conformément au procédé décrit pour le calibre 12,5 millimètres, mais généralement, le tamisage n' est pas nécessaire quand les grains sont formés par un procédé d'extrudage.
Les grains obtenus constituent un produit préféré pour être utilisés dans des cartouches de 90 millimètres.
Bien que l'on ait donné ci-dessus une description détaillée de la mise en oeuvre de l'invention, il est bien entendu que de nombreuses variantes et modifications des différentes phases opératoires sont possibles sans que l'on modifie d'une manière nuisible les propriétés des grains de poudre. Par exemple, on peut utiliser n'importe quel autre procédé qui permet d'appliquer l'inhibiteur à la surface des grains de poudre et qui garantit la pénétration de l'inhibiteur dans la surface du grain sans que cet inhibiteur pénètre jusqu'au coeur du grain. Le procédé de formation des grains de poudre est susceptible de modifications, pourvu que les grains obtenus présentent une composition et une forme géométrique telles qu'ils répondent aux limites de tolérance indiquées ci-dessus pour la surface totale et l'épaisseur.
On peut utiliser tout procédé susceptible de provoquer la dispersion sensiblement uniforme de la nitroglycérine ou d'un autre produit modifiant l'activité dans l'ensemble des grains et on peut aussi incorporer aux grains de poudre des agents modificateurs bien connus comme, par exemple, le noir de carbonne.
Il est bien évident que l'invention ne se trouve aucunement limitée à la description détaillée que l'on vient de donner et que l'on peut y apporter diverses modifications qui apparaîtront aux spécialistes.
REVENDICATIONS
1. Charge propulsive possédant des caractéristiques balistiques perfectionnées caractérisée par le fait qu'elle est composée essentiellement par des grains sensiblement non poreux, ayant une surface totale comprise entre environ 10 et environ 74 centimètres carrés par gramme, une épaisseur comprise entre environ 0,38 et environ 1,75 millimètre, grains comportant, à l'état de dispersion, dans l'ensemble de la région qui s'étend, à partir de chacune des surfaces du grain, jusqu'à une distance ne dépassant pas un sixième de son épaisseur, un inhibiteur ayant une chaleur d'explosion inférieure à environ-200 calories par gramme.
2. Charge propulsive possédant des caractéristiques balistiques perfectionnées caractérisée par le fait qu'elle est composée essentiellement par des grains sensiblement non poreux ayant une chaleur d'explosion inférieure à environ 900 calories par gramme, une surface totale comprise entre environ 10 et environ 74 centimètres carrés par gramme et une épaisseur comprise entre environ 0,38 et environ 1,75 millimètre et qu'un inhibiteur se trouve dans la région du grain s'étendant à partir de chaque surface du grain sur une distance ne dépassant pas environ un sixième de l'épaisseur du grain de produit propulsif.
3. Charge propulsive suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les grains contiennent au moins environ 3% d'inhibiteur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates in general to explosives and more particularly to a propellant.
The present invention relates to a propellant having improved ballistic characteristics, and composed essentially of substantially non-porous grains having a total area of from about 10 square centimeters per gram to about 74 square centimeters per gram and a thickness of between about 0.38. and about 1.75 millimeters; these grains contain, dispersed throughout the region of the grain, which extends from each of its surfaces, for a distance not exceeding about one-sixth of the thickness of the grain of propellant, an inhibitor exhibiting a heat of. explosion less than about -200 calories per gram.
The present invention also relates to a method of making propellants having improved ballistic characteristics, which method comprises converting a nitrocellulose as a base powder into substantially non-porous grains having a total surface area of about 10 to. about 74 square centimeters per gram, a thickness of between about 0.38 and about 1.75 millimeters, and then treating it with a non-migrating inhibitor exhibiting a heat of explosion of less than about -200 calories per gram, only in the region of the grain extending from its surface for about one sixth of its thickness o
Until now,
the propellant charge used in rapid-fire weapons was composed of tubular propellant grains of colloidal nitrocellulose containing a stabilizer and dinitrotoluene as an inhibitor. Although other types of propellants of different shapes and compositions have been proposed, none of these propellants has been found to be so suitable in practice, for cartridges larger than the 7.65 millimeter caliber, as the single-component perforated propellant grains of the aforementioned type, obtained by means of the usual extrusion processes in ether-alcohol.
Such perforated grains are highly suitable for the proposed purpose, except that the accuracy and projectile efficiency of the cartridges containing them becomes insufficient after firing a relatively small number of cartridges in the faster type of shooting weapons. fast. It has been found that this lowering of the precision comes from the fact that the internal wall of the barrel, in the vicinity of the breech, is worn or damaged in another way by the gases generated by the explosion of the propellant. Until now, the only remedy was to stop firing and change the barrel or tube, which is a disadvantage for the shooter and which has not diminished the disadvantage of the shortened duration of the barrels or tubes.
The present invention therefore relates to a new propellant charge for weapons with a caliber greater than 7.65 millimeters.
Another object of the invention is a cartridge having improved properties with regard to barrel wear. Yet another object of the invention is a cartridge larger than the 7.65mm caliber, which is suitable for use in machine guns or other rapid fire weapons. Finally, another object is a new propellant charge exhibiting improved ballistic characteristics.
In general, the aforementioned objects and others which will appear during the following description can be achieved by preparing grains of propellant powder, the total surface area and thickness of which are related to their chemical composition, in such a way that the cartridges which contain them exhibit improved characteristics with regard to the wear of the barrels.
The present invention relates very especially to cartridges with a caliber greater than 7.65 millimeters containing a propellant charge composed essentially of propellant grains having a total surface area of between approximately 10 and approximately 74 square centimeters per gram, ayart
<Desc / Clms Page number 2>
a thickness of between about 0.38 and about 1.75 millimeters and having an inhibitor in the vicinity of the surface of the grain in the region extending from each surface for a distance not exceeding about one sixth of its thickness . It is necessary to use an amount of not less than 3% of inhibitor based on the grain weight of propellant and this inhibitor must have a heat of explosion of less than -200 calories per gram.
However, for most practical applications, inhibitors having a heat of explosion as low as about -1000 to about -2500 calories are preferred, although one can also use, as already stated, inhibitors having a heat of explosion as high as about -200 calories per gram. Usually, it is not necessary to use more than about 15% of the preferred class of inhibitors for most propellants intended for cartridges larger than the 7.65 millimeter caliber.
The propellant grains can be formed by extruding partially or completely colloidal nitrocellulose through a die and cutting the resulting rod to the desired length, or the propellant grains can be formed into a globular shape. Lair using any suitable method such as, for example, the method described in United States patent no. 2,160,626.
The extruded powder grains may or may not have one or more perforations, provided that the specific surface area falls within the range of the surfaces already mentioned and that the inhibitor is in the region already specified.
It has been found that the process described in US Pat. No. no. 1,955,927, on behalf of McBride is particularly advantageous for localizing the inhibitor, suitably in grain. However, it is not sufficient to locate the inhibitor appropriately without the seed when applying it. An inhibitor should also be used which will remain trapped in the region of the propellant grain to which it is applied, when the propellant is exposed to any storage or weather conditions in which the other components of a propellant. cartridge are stable.
Any nonmigratory inhibitor having a heat of explosion of less than - 200 calories per gram can be used, 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 diphenyl urea, butyl ricinoleate; glycerol sebacate; tricresyl phosphate etc ....
The word "thickness" is used here in its usual sense. For example, the thickness is the minimum distance between two parallel surfaces when it comes to solid or perforated grains; the thickness can also represent the diameter of a sphere, or even the minimum distance passing through the center of an ellipsoid or of a grain of a similar shape such as, for example, the type of grain usually obtained when spherical grains are compressed between cylinders.
@
The "explosion heat" 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 published articles. in the periodical "Zeitschrift für das gesamte Schiess-und Sprengstoffwesen", volume 32, pages 11, 36 and 60 (1937). In reality, the value attributed as corresponding to the heat of explosion of the inhibitors is a constant which represents the 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 one such process, a dried sample of propellant powder containing no inhibitor is burned; in an adiabatic bomb containing an atmosphere of nitrogen and the heat of combustion is measured
<Desc / Clms Page number 3>
by usual methods. Another dried sample of propellant powder substantially identical to that used in the previous test, except that a known quantity of inhibitor is incorporated into the grain, is then burned in the bomb, and the heat of the gas is again determined. combustion. 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 explosion heat constant 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, a dried sample of a propellant consisting essentially of about 90% nitrocellulose and about 1% of nitrocellulose is burnt in a nitrogen atmosphere bomb. 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 an inhibitor is 840 calories per gram of propellant burned. . Since 93% of the grain is made up of nitrocellulose and nitroglycerin as the feedstock, the heat due to combustion of this explosive part of the propellant containing an inhibitor will be 93 x 1070 or 994 calo-
100 ries.
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 therefore must be divided by 0.07 to determine the effect of 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 explosion of a propellant by approximately 2,200 calories. To indicate that 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 -2200 calories per gram.
In accordance with well-known methods of using inhibitors and activating agents or activity modifiers to obtain the desired ballistic effects with nitrocellulose-based propellants, the amount of inhibitor can be adjusted between the limits already indicated. from 3% to 15% to obtain ballistic qualities essential for the particular caliber considered and, if it is necessary or desirable to obtain particular ballistic effects, an activating agent such as nitroglycerin can also be incorporated into the grain of the propellant .
Usually an amount of between about 10 and about 20% of a polyhydric alcohol, such as, for example, nitroglycerin or nitroglycol, is sufficient for most bicomponent powders.
The propellant grains in accordance with the present invention have approximately twice the total surface area of conventional perforated grains used heretofore. For example, propellant grains containing dinitrotoluene, having a total surface area of about 29 square centimeters per gram of propellant and a thickness of about 0.533 millimeters in 12 gauge cartridges, have been used hitherto. , 5 millimeters, The total surface area of the products according to the invention for the 12.5 mm caliber, on the other hand, is in the range from about 55 to about 72 square centimeters per gram, the thickness being between about 0.40 and about 0,
58 millimeter and the grains according to the invention contain about 6 to 10% of a nonmigratory inhibitor having a negative heat of explosion of less than about - 200, in the region extending inwardly for about one sixth of
<Desc / Clms Page number 4>
the thickness from each surface of the grain.
The usual propellant grains containing dinitrotoluene, used heretofore for the 15 millimeter caliber, had a size of about 0.7 millimeter and an area of about 23 square centimeters per gram, while products conforming to the present invention suitable for the size 15.2 millimeters have a thickness of about 0.56 to about 0.71 millimeter, a total area of about 45 to about 60 square centimeters per gram and contain in the grain region already defined, about 6 to about 10% by weight of one of the inhibitors belonging to the above class.
The 20 millimeter propellant powder, as found in commerce, has a total surface area of about 25 square centimeters per gram and a thickness of about 0.68 millimeter, while the products according to the invention have a total area of about 35 to about 55 square centimeters per gram, a size of about 0.63 to about 0.81 millimeter and contains, in the aforementioned grain region, about 6 to about 10% of one of the inhibitors belonging to the category according to the invention and they are best suited for 20 millimeter cartridges.
Hitherto, 90 millimeter propellant powders have had a thickness of about 0.86 millimeters and a total surface area of about 16 square centimeters per gram, while the preferred product of the invention, suitable for the 90 millimeter caliber. , has a total surface area of about 32 square centimeters per gram and a thickness of about 0.86 millimeter, while containing about 9% of one of the above inhibitors retained in the region of the grain extending inward. - laughing, from each surface, about one sixth of the thickness of the grain.
For the practice of the present invention, the nitrocellulose serving as base powder, after formation of the grain, should have a specific gravity of not less than about 1.5, since lower specific weights result from the presence of cavities. pests that do not achieve the desired ballistic properties. When preparing a two-component powder according to the invention, the smokeless base powder should also be manufactured so as to have a specific gravity of about 1.5 or more.
It is obvious that the addition of an activity modifying agent such as nitroglycerin or the like, or the compression, can lead to an increase in the specific weight of the grain of powder to a certain point, but this does not allow generally not to compensate for the insufficient ballistic properties resulting from an initial specific weight of less than 1.5. Therefore, the term "non-porous" refers to grains which exhibit a specific gravity of about 1.5 or more, in the absence of activity modifiers or strain causing pressure.
It is not known exactly why the cartridges containing the propellant powder according to the invention wear less the wall and the scratches of the tube than similar cartridges containing other propellants. However, the results obtained during real tests under similar conditions and with similar tubes and cartridges, except for their propellants, show a considerable increase in the life of the tube, when the propellant powder is used. according to the invention. For example, using the propellant of the invention, the duration of a tube was, in a given case for a caliber of 12.5 millimeters, 30 times greater than the duration of a tube of a similar weapon, in which cartridges containing propellants used previously were fired.
Thus, the propellant charge according to the invention significantly prolongs the life of the tubes. In this test, it is considered that the tube is no longer suitable when the deviation of the trajectory of the projectile reaches at least 1, or when the initial speed of the projectile has decreased by more than 60 meters per second.
<Desc / Clms Page number 5>
The general economy of the present invention will be better understood by virtue of the detailed, non-limiting description of one of its embodiments;
About 100 parts by weight of nitrocellulose containing about 13.2% nitrogen is suspended in about 800 parts of water.
To this suspension are added about 330 parts of ethyl acetate containing about one part of diphenylamine and the suspension is stirred at about
70 C until the nitrocellulose is dissolved in ethyl acetate.
To this suspension is added about 8 parts of gum arabic which has been dispersed in about 50 parts of water, and about half an hour later about 33 parts of sodium sulfate dissolved in about 100 parts of gum are added. 'water. Stirring is continued for about 4 hours, after which time the solvent is removed from the globules by gradually raising the temperature of the suspension to about 99 C. After cooling, the grains of powder are separated from the liquid phase. hardened globular shape.
Grains passing through a sieve with 0.86 mm openings are separated from those which remain on a sieve with 0.63 mm openings from grains of other sizes, followed by setting. Suspend about 100 parts of these grains in about 330 parts of water.
About 22 parts of an emulsion containing about 11 parts of nitroglycerin, about 4 parts of ethyl acetate and about 7 parts of water are added and the temperature of the suspension is brought to about 65 ° C, then to about 70 C in about 4 hours. Ethyl acetate and toluene are then removed by passing air through the suspension while continuing to stir. It takes about 13 hours to almost completely remove the solvent, after which time the temperature is raised to about 72 ° C and about 1.25 part of gum arabic is added.
An emulsion containing about 9 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, then the grains are separated. of liquid propellant. The water-moistened spherules are compressed between rolls at a pressure sufficient to obtain a thickness of about 0.48 millimeters, then they are air-dried. About 1000 parts of the grains obtained are coated with 5.0 parts of potassium nitrate, about 2.5 parts of diphenyl phthalate and about 0.5 part of dinitrotoluene by rolling the grains with this mixture in a smoothing barrel for about 30 minutes at 55 ° C., after which approximately 0.4 part of graphite is added, followed by rolling for a further 30 minutes.
The powder is then sieved and the grains which pass through a sieve having apertures of about 1.38 mm and those which remain on a sieve having apertures of 0.43 mm, are separated for use in 12.5 cartridges. millimeters.
In another embodiment of the invention, a nitrocellulose with an average nitrogen content of 13.2% is obtained by mixing approximately 3 parts of nitrocellulose having a nitrogen content of approximately 13.4% with about a part of nitrocellulose having a nitrogen content of about 12.6% to form a suitable base powder. About 100 parts by weight of the obtained base powder are dehydrated with about 125 parts of ethyl alcohol in a standard 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 form, then passed through an extrusion die and again made into a block in a running plant and, finally, the product is made into grains. by extruding it through a die of about 2.66 mm in diameter designed to give a solid rod. Grains are then cut whose length is substantially equal to the diameter. The resulting grain is not perforated.
We hunt
<Desc / Clms Page number 6>
the ether-alcohol mixture and other volatiles by air drying on racks placed in a room with an average temperature of about 30 C for the first 24 hours, about 40 C for the next 24 hours and of about 45 C for a week.
The grains of propellant thus obtained are impregnated with approximately 10% nitroglycerin and then coated with approximately 9% diethyl-diphenyl urea using processes analogous to those described in the previous example relating to size 12, 5 millimeters. The grains are also treated in a smoothing barrel with potassium nitrate, dinitrotoluene and graphite, according to the process described for the 12.5 millimeter size, but generally sieving is not necessary when the grains are formed by. an extrusion process.
The grains obtained constitute a preferred product for use in 90 millimeter cartridges.
Although a detailed description of the implementation of the invention has been given above, it is understood that numerous variations and modifications of the various operating phases are possible without modifying in a detrimental manner. the properties of the powder grains. For example, any other method can be used which makes it possible to apply the inhibitor to the surface of the powder grains and which guarantees the penetration of the inhibitor into the surface of the grain without this inhibitor penetrating to the core. grain. The process for forming the powder grains is subject to modifications, provided that the grains obtained have a composition and a geometric shape such that they meet the tolerance limits indicated above for the total surface and the thickness.
Any method capable of causing the substantially uniform dispersion of the nitroglycerin or other activity modifying product throughout the grains can be used and it is also possible to incorporate into the powder grains well known modifying agents such as, for example, carbon black.
It is obvious that the invention is in no way limited to the detailed description which has just been given and that various modifications can be made thereto which will appear to specialists.
CLAIMS
1. Propellant charge having improved ballistic characteristics characterized in that it is composed essentially of substantially non-porous grains, having a total surface area of between about 10 and about 74 square centimeters per gram, a thickness of between about 0.38 and about 1.75 millimeters, grains comprising, in a state of dispersion, throughout the region which extends from each of the surfaces of the grain to a distance not exceeding one sixth of its thickness, an inhibitor having a heat of explosion less than about -200 calories per gram.
2. Propellant charge having improved ballistic characteristics characterized by the fact that it is composed essentially of substantially non-porous grains having an explosion heat of less than about 900 calories per gram, a total surface area of between about 10 and about 74 centimeters squares per gram and a thickness of between about 0.38 and about 1.75 millimeters and that an inhibitor is in the region of the grain extending from each surface of the grain for a distance not exceeding about one sixth of the thickness of the propellant grain.
3. Propellant charge according to claims 1 or 2, characterized in that the grains contain at least about 3% of inhibitor.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.