<Desc/Clms Page number 1>
Composition explosive.
La présente invention se rapporte à une composition explo- sive auto-portante, c'est-à-dire n'ayant pas besoin d'enveloppe.
Elle se rapporte plus spécialement à une composition explosive auto-portante déformable comprenant un composé à haut pouvoir ex- plosif cristallisé sensible à l'amorçage par capsule, mélangé à un agent liant, et un procédé de fabrication de cette composition.
Pour de nombreuses applications où l'on utilise des explo- sifs, il serait très désirable de pouvoir employer des composés à haut pouvoir explosif cristallisés tels que le PETN ou le RDX,sous forme de corps sans enveloppe plutôt que sous forme de cristaux ou de granules placés dans une enveloppe. Par exemple, pour le procé- dé d'assemblage d'éléments métalliques décrit dans le brevet améri-
<Desc/Clms Page number 2>
cain n02.367.206, on forme des manchons d'explosif en introduisant le charge d'explosif granulé puissant dans une enveloppe annulaire rigide en papier ou matière analogue. Ces cartouches doivent être enfilées sur l'élément métallique et sur un ranchon en métal et sont donc soumises à des efforts considérables qui entraînent sou- vent la rupture de l'enveloppe, nécessairement rigide.
En outre, du fait de leur rigidité, nombre de ces cartouches explosives se rompent au cours du stockage et du transport. Il serait évidemment très avantageux de pouvoir se passer d'enveloppe et utiliser un corps auto-portant déformable. En outre, ce brevet mentionne qu'il serait désirable d'utiliser des feuilles flexibles d'explosifs sur- fisamment solides pour être découpées, moulées ou autrement défor- mées pour épouser un métal, comme dans le procédé de cémentation décrit en détail dans le brevet américain n02.703.297. Dans les perforateurs à charge façonnée, le remplacement des charges explo- sives actuellement utilisées, qui sont comprimées dans une envelop- pe, par des corps auto-portants d'explosifs façonnés faciliterait la préparation de ces perforateurs. Mais ces corps explosifs auto- portants n'existent pas encore.
Jusqu'à présent, on a tenté à plusieurs reprises de prépa- rer des compositions explosives puissantes auto-portantes pour les applications précitées. Mais les résultats de ces tentatives n'ont pas été satisfaisantes. Par exemple on a proposé la nitrocellulose comme agent liant pour des explosifs puissants cristallisés, afin de façonner l'explosif en corps auto-portants, comme les manchons d'explosif mentionnés plus haut. Toutefois, la nitrocellulose ne convient pas pour cet usage parce que les corps obtenus manquent de cohésion. De plus, la nature dangereuse de cette matière compli- que les manipulations et, par conséquent, son emploi dans de telles applications. On a également ajouté de la cire à des explosifs puis- sants pour préparer des corps explosifs auto-portants.
Toutefois, la quantité de cire requise pour obtenir la cohésion nécessaire dans
<Desc/Clms Page number 3>
ces charges les désensibilise au point qu'elles ne peuvent être mi- ses à fen.
Dans d'autres tentatives de préparer des compositions ex- plosives auto-portantes, on a incorporé du caoutchouc à des explo- sifs puissants cristallisés. Toutefois, il est difficile de prépa- rer un mélange homogène de caoutchouc pur et d'explosif, même lors- qu'on utilise un agent dispersant volatil, à cause de la tendance des ingrédients du mélange à se séparer et, de plus, la masse obte- nue est difficile à travailler. Par exemple, si l'agent dispersant est éliminé du mélange avant le façonnage, on ne peut donner au mé- lange caoutchouc-explosif les formes désirées, par exemple des feuilles par laminage qu'au prix de grandes difficultés, du fait de l'élasticité du mélange et cette opération est parfois tout à fait impossible.
D'autre part, lorsque le mélange contenant l'agent de dispersion est façonné pour lui donner les formes voulues, par exemple, par coulée ou extrusion, l'évaporation subséquente de l'a- gent des corps façonnés y laisse des espaces vides indésirables qui provoquent la désensibilisation et une densité non uniforme. Le problème de la densité non uniforme est encore compliqué par le fait que la consistance du mélange avant extrusion ou coulée ne peut être maintenue uniforme. D'autre part, l'élasticité des feuil- les caoutchouc-explosif quand il y a moyen de les obtenir, est si grande que la feuille ne conserve pas la déformation qu'on lui im-- pose mais reprend élastiquement sa forme initiale. L'emploi de ces feuilles est donc difficile sinon impossible dans de nombreuses applications d'explosif en feuilles.
Un but de l'invention est donc de procurer une composition explosive auto-portante déformable préparée d'une façon simple et sûre. Un autre but de l'invention est de procurer une composition explosive auto-portante pouvant être facilement façonnée en corps explosifs de la forme désirée, présentant une densité uniforme.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé permettant de façonner facilement et en toute sécurité des feuilles
<Desc/Clms Page number 4>
de haute densité d'une composition explosive auto-portante déforma- ble. Un autre but encore est de procurer des corps explosifs auto- portants susceptibles d'être déformés et de conserver l'état déformé désiré.
On a découvert que ces buts peuvent être atteints au moyen d'une composition explosive comprenant un composé puissant cristal- lisé sensible à l'amorçage par capsule tel que le tétranitrate de pentaérythritol ("PETN") ou la cyclotriméthylènetrinitramine ("RDX") et un liant constitué d'un caoutchouc organique et d'une résine d'hydrocarbure terpénique thermoplastique.
Suivant la présente invention, on mélangs 92,5 à 70 par- ties en poids d'un composé explosif puissant, cristallisé, sensible à l'amorçage par une capsule à 7,5 à 30 parties en poids d'un agent liant comprenant 25 à 75% d'un caoutchouc organique et 75 à 25% d'une résine d'hydrocarbure terpénique thermoplastique, l'agent liant étant en solution, puis on élimine le solvant du mélange par évaporation. La composition sèche exempte de solvant ainsi obtenue est cohérente et façonnable et peut donc être travaillée facilement et sans danger par pressage ou laminage pour obtenir des feuilles explosives ou d'autres formes ayant une densité élevée et une vites- se de détonation élevées.
Les exemples qui suivent illustrent des formes particuliè- res de la composition explosive de la présente invention. Toutefois, ils ne sont donnés qu'à titre d'illustration et ne limitent l'in- vention d'aucune manière. Sauf indication contraire, les parties ci- tées dans les exemples sont des parties en poids. La résine thermo- plastique à base d'hydrocarbure terpénique utilisée dans tous les exemples est la "Piccolyte",un composé du commerce, essentiellement constituée de polymères de p-pinène. Bien entendu, d'autres résines thermoplastiques à basa d'hydrocarbure terpénique peuvent remplacer la "Piccolyte".
<Desc/Clms Page number 5>
EXEMPLE 1. -
On mélange du PETN mouillé d'eau à raison de 283 parties (base sèche) à 125 parties d'une solution dans l'hexane contenant 50 parties d'un mélange 50/50, en poids, de caoutchouc butyle et de la résine terpénique ("Piccolyte" S-10 et S-70) en l'espace de 10 minutes et avec agitation énergique. On décante ensuite l'eau présente à la surface de la masse et on retire du mélangeur la masse collante qu'on étale sur un plateau pour la faire sécher à l'air jusqu'au lendemain. Après que l'eau et l'hexane sont évapo- rés, on lamine en feuilles entre des cylindres de cuivre le mélange PETN/liant (85115e en poids) qui n'est plus collant.
Les feuilles ont une densité de 1,45 g par cm3 et une sen- sibilité au choc, déterminée par l'essai de chute normalisé (poids de 5 kgs) de 12 pouces (30 cm) (50% du point de détonation). Les feuilles peuvent être amorcées par des capsules n 6, et la vitesse de la détonation est 7200 mètres par seconde. D'aspect, les feuil- les restent en forme après avoir été pliées ou cintrées. Après un ' mois de stockage (à température normale et basse température), aucun/ changement ne s'est produit dans les feuilles. Le séjour des feuil- les dans l'eau (10 livres/pouce carré) (0,700 kg/cm2) n'a aucun effet sur elles.
EXEMPLE 2.-
On prépare deux mélanges suivant le procédé de Pexemple 1, mais en faisant varier les proportions d'élastomère et de résine terpénique dans le liant. Les propriétés des feuilles formées à par- tir de ces mélanges sont indiquées dans le tableau suivant.
TABLEAU
EMI5.1
<tb> Rappurt <SEP> élasto- <SEP> Sensibilité <SEP> Vitesse <SEP> de
<tb> mère/résine <SEP> dans <SEP> Densité <SEP> au <SEP> choc <SEP> (Essai <SEP> détonation
<tb> le <SEP> liant <SEP> grammes/ <SEP> de <SEP> chute <SEP> en <SEP> (m/seconde)
<tb> Mélange <SEP> cm3 <SEP> pouces) <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
<tb> A(1) <SEP> 75/25 <SEP> 1,43 <SEP> 11 <SEP> 6800
<tb>
<tb> B(2) <SEP> 25/75 <SEP> 1,45 <SEP> 17 <SEP> 7200
<tb>
1: feuilles résistantes d'une bonne flexibilité,, légèrement rigides
<Desc/Clms Page number 6>
et légèrement résilientes.
2 : Feuilles résistantes d'une bonne flexibilité, molles et légère- ment collantes, sans résilience.
Les feuilles forcées des deux mélanges peuvent être amor- cées par des capsules n 6.
EXEMPLE 3.-
On prépare un certain nombre de mélanges par le procédé décrit ci-dessus à partir de PETN et d'un mélange 50/50 de caout- chouc butyle et de résine terpénique. Dans ces mélanges, ces pro- portions PETN/liant varient comme l'indique le tableau suivant qui résume les propriétés des feuilles préparées à partir de ces mélan- ges.
TABLEAU 2
EMI6.1
<tb> Mélange <SEP> PETN/liant <SEP> Densité <SEP> Sensibilité <SEP> au <SEP> choc <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> détona-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (parties) <SEP> (g/cm3) <SEP> (Essai <SEP> de <SEP> chute <SEP> en <SEP> tion <SEP> (m/seconde)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pouces)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 77,5/22,5 <SEP> 1,45 <SEP> 21 <SEP> 6600
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> II <SEP> 80/20 <SEP> 1,41 <SEP> 19 <SEP> 7000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> III <SEP> 82,5/17,5 <SEP> 1,50 <SEP> 15 <SEP> 6900
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> IV <SEP> 87,5/12,5 <SEP> 1,41 <SEP> 21 <SEP> 6800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> v <SEP> 90/10 <SEP> 1,49 <SEP> 13 <SEP> 6900
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> VI <SEP> 92,5/7,5 <SEP> 1,35 <SEP> 18 <SEP> 6900
<tb>
Toutes les feuilles sont résistantes et flexibles,
avec une faible résilience, et peuvent être amorcées par des capsules n 6.
EXEMPLE à.-
On lamine des feuilles à partir d'un mélange préparé com- me décrit dans l'exemple 1 mais en remplaçant le caoutchouc butyle
EMI6.2
par du pülyiqobutylsne (nVistanextt). Le =l=g3 est laminé en feuil- les qui sont résistantes et flexibles et ont une densité de 1,,41 g/cm3. Dans l'essai de chute normalise (poids de 5 kgs), le point de 50% de détonation de la feuille est 11 pouces (27,5 cm). La vi- tesse de détonation de la feuille est 6700 mètres par seconde et
<Desc/Clms Page number 7>
la feuille peut é : amorcée par des capsules n 6.
EXEMPLE 5.-
On prépare suivant le procédé de l'exemple 1 un mélange 85/15 de RDX et d'un agent liant (mélange 50/50 de caoutchouc bu- tyle et de résine terpénique). Le mélange est laminé en feuilles pesant 4 g par pouce carré et ayant une densité de 1,48 g par cm3.
Ces feuilles sont résistantes et flexibles et détonent à une vites- se de 7100 mètres par seconde. Dans l'essai de chute (poids de 5 kgs) appliqué à ces feuilles, le point de 50% de détonation est 26 pouces (65 cm). Les feuilles sont amorcées par des capsules n 6.
EXEMPLE 6. -
On prépare une composition explosive flexible en feuille comme dans l'exemple 1, avec 70% en poids de PETN (base sèche) et 30% du liant 50/50 caoutchouc butyle-résine terpénique. Dans cet exemple la granulométrie du PETN est comprise entre 0,1 et 10 microns, avec une dimension moyenne de particules de 0,1 à 2,0 microns.
La feuille a une densité de 1,21 g par cm3 et une sensibilité au choc, déterminée par l'essai de chute normal (poids de 5 kg) de 56 pouces (point de 50% de détonation).
La feuille peut être amorcée par une capsule n 6 et la vitesse de détonation atteint 6500 m/sec. La feuille est solide, flexible, garde la forme qu'on lui donne et se conserve bien.
Comme on peut le voir en se référant à ces exemples, l'ad- dition d'un élastomère et d'une résine thermoplastique à base d'hy- drocarbure terpénique à un composé explosif puissant cristallisé, sensible à l'amorçage par capsule, fournit une masse cohérente,fle- xible, n'ayant qu'une légère résilience. Grâce à ces propriétés, la masse peut être travaillée pour lui donner la forme désirée, par exemple celle de feuilles, de façon simple et sans difficulté.
Les formes obtenues présentent la cohésion, la flexibilité et l'ab- sence de résilience requises pour de nombreuses applications des explosifs, par exemple, le procédé d'assemblage précité; en outre,
<Desc/Clms Page number 8>
elles résistent à l'eau, ne sont pas affectées par le stockage dans des conditions normales ou à basse température et ont une densité élevée.
Bien que le laminage de la masse pour obtenir des feuil- les ait été cité dans les exemples et sera revendiquée la masse peut également être travaillée pour lui donner d'autres formes, par exemple, les formes requises pour les perforateurs à charge façon- née par d'autres procédés, tels que le moulage. En outre, la nature de la masse explosive est telle qu'elle peut être transformée en feuilles par d'autres procédés que le laminage, par exemple en fendant ou en coupant la masse.
L'explosif puissant constitue de 92,5 à 70% de la compo- sition explosive. L'emploi de quantités plus élevées de cet ingré- dient donne des formes ne présentant pas la cohésion désirée et ayant une certaine tendance à se fissurer, tandis que l'emploi des quantités moins importantes de l'explosif puissant donne des for- mes qui ne détonent pas. Les compositions suivant la présente inven- tion contenant des proportions d'explosif relativement faibles con- tiennent généralement l'explosif sous forme finement divisée pour qu'elles puissent détoner.
Lorsque les proportions voulues d'explo- sif puissant et de liant sont utilisées, les feuilles ou d'autres formes peuvent être amorcées par des capsules du commerce et dé- tonent à des vitesses de l'ordre de 7000 mètres par seconde. L'em- ploi de PETN, un nitrate organique, et de RDX, une nitramine qui sont typiques de la classe des composés explosifs puissants cris- tallisés sensibles aux capsules, a été cité dans les exemples. Tou- tefois, d'autrt's explosifs puissants cristallisés sensibles aux capsules peuvent être également employés. Par exemple, d'autres nitrates organiques comme la "nitromannite" et d'autres nitramines comme le HMX (cyclotétraméthylènetétranitramine) et l'éthylènedi- nitramine, peuvent être également employés.
En outre, un mélange de ces composés ou d'un composé explosif puissant tel que PETN et d'une matière moins sensi. le telle que le nitrate d'ammonium peut convenir.
<Desc/Clms Page number 9>
Logent liant constitue de 7,5 à 30% de la composition explosive et comprend un mélange de 25 à 75% d'un caoutchouc organique et 75 à 25% d'une résine d'hydrocarbure terpénique thermoplastique. Comme le montre l'exemple 2, l'élasticité de la composition explosive est augmentée si la proportion de caout- chouc augmente, et lorsque le caoutchouc constitue plus de 75% de l'agent liant d'élasticité de la composition n'est pas satis- faisante. D'autre part, moins de 25% de caoutchouc dans le liant donne une composition difficile à façonner, dont la résistance et la cohésion laissent à désirer.
Le caoutchouc butyle et le polyisobutylène ont été utilisés pour préparer les mélanges décrits dans les exemples parce qu'ils sont typiques et facilement obtenables. Toutefois n'importe quel caoutchouc organique peut être utilisé pour pré- parer les compositions explosives de l'invention. Il peut s'agir par exemple de caoutchouchaturel et de caoutchouc synthétique comme le GR-S, le néoprène, le caoutchouc de polysulfure ("Thiokol" du commerce), le Buna N, le polyéthylène chlorosulfoné ("Hypalon" S-2 du commerce) etc.
Les résines terpéniques thermoplastiques s'obtiennent facilement dans le commerce sous forme solide ou en solution. Ces résines sont préparées de façon connue par polymérisation de ss-pi- nène contenant de petites quantités d'ac-pinbne et de dipentène en présence d'un catalyseur de Friedel- Crafts comme le chlorure d'aluminium anhydre, suivant les procédés décrits en détail par Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", Interscience Publishers, Inc. (1954), Vol. 13 pages 702-3. Les résines corres- pondent à la formule empirique (C10H16)n où "n" représente le de- gré de polymérisation . Ce dernier peut varier largement et les polymères peuvent avoir des poids moléculaires moyens bas ou rela- tivement élevés.
On connaît des résines ayant des poids moléculai- res moyens pouvant atteindre 1200 à 1250; ces résines ont un point
<Desc/Clms Page number 10>
de ramollissement de 125 à 133 C. Le point de ramollissement est, bien entendu, fonction du poids moléculaire moyen et caractérise donc une lésine donnée à ce point de vue. Les différentes qualités des résines "Piccolyte" connues sont désignées de cette manière, et les points de ramollissement de "Piccolyte" S-10 et "Piccolyte" S-70 sont donc de 10 à 70 C respectivement. Ces résines "Piccolyte" particulières sont d'usage très pratique et donnent une composition explosive du type décrit, facile à travailler et possédant d'autres propriété3 physiques favorables pour l'invention.
L'emploi de ces résines particulières n'est toutefois pas critique, et les nouvelles compositions de la présente invention peuvent être préparées avec une qualité quelconque de "Piccolyte" ou une autre résine d'hydrocar bure terpénique.
Bien que divers procédés puissent être suivis pour prépa rer les feuilles de la composition explosive, le procédé décrit dans l'exemple 1, c'est-à-dire le mélange de l'explosif puissant à une solution de caoutchouc et de la résine, le séchage du mé- lange pour éliminer le solvant, puis le laminage de la masse séchée est simple et donne de très bons résultats, particulièrement en ce qui concerne la densité uniformément élevée obtenue dans les feuil- les et il est préféré pour cette raison.
De nombreux solvants hydro- carbonés peuvent être utilisés pour mélanger la composition, et le mélange peut être séché de plusieurs façons différentes, par exem- ple séchage à l'air à la température ordinaire ou séchage à l'air chaud sur des plateaux ou en chauffant directement le mélangeur ' pour évaporer le solvant.
Un avantage auxiliaire de la composition explosive de la présente invention est que l'eau est incompatible au mélange de ca- outchouc et de résine et se sépare donc du mélange et peut être éli-, minée par décantation ou aspiration, les quantités d'eau restantes étant éliminées par évaporation au cours du séchage du mélange.
L'explosif puissant peut donc être ajouté à l'état mouillé d'eau,
<Desc/Clms Page number 11>
état dans lequel il est moins dangereux qu'à l'état sec. Bien en- tendu, lorsque des ingrédients hygroscopiques sont utilisés dans la composition, la présence d'eau doit être évitée.
Une autre caractéristioue de la composition explosive de la présente invention est le fait que par application d'une couche mince d'un adhésif sensible à la pression à la surface de l'objet façonné, par exemple la feuille, cet objet adhère à la surface d'un autre objet. Cette caractéristique rend l'emploi de la compo- sition particulièrement avantageux dans une application telle que le procédé de cémentationdes métaux précité. Par exemple, des feuilles peuvent être façonna*: à partir de la composition, une couche d'adhésif peut être placée sur une face des feuilles, puis une couche de papier crêpé peut être placée sur l'adhésif.
Lorsqu' une de ces feuilles est utilisée pour cémenter un métal, on enlè- ve le papier et on presse la face adhésive de la feuille contre la surface du métal à cémenter de façon à obtenir une liaison étroite entre la feuille et le métal=
Bien que l'invention ait été décrite en détail dans les pages qui précèdent, il apparaîtra aux spécialistes en la matière que de nombreuses variations sont possibles sans s'écarter de l'es- prit de l'invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.