BR112014003585B1 - Composição propelente incluindo fósforo vermelho estabilizado, método para formar o mesmo e um elemento de material bélico incluindo o mesmo - Google Patents
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Abstract
COMPOSIÇÕES PROPELENTES INCLUINDO FÓSFORO VERMELHO ESTABILIZADO, MÉTODO PARA FORMAR O MESMO E UM ELEMENTO DE MATERIAL BÉLICO INCLUINDO O MESMO. A presente invenção refere-se a composições propelentes que incluem um aglutinante energético, como nitrocelulose, e um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado como um modificador balístico. A composição propelente pode incluir ainda um plastificante energético, como nitroglicerina. Por exemplo, a composição propelente pode ser formada por misturar um propelente base dupla ou multibase que inclui nitrocelulose plasticizada com nitroglicerina com o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. As composições propelentes podem ser substancialmente isentas de chumbo e podem mostrar propriedades balísticas aprimoradas. Os métodos para formar tais composições propelentes e um dispositivo bélico incluindo tais composições propelentes também são apresentados.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício da data de depósito dopedido de patente dos Estados Unidos de número de série13/222.751, depositado em 31 de agosto de 2011, para"PROPELLANT COMPOSITIONS INCLUDING STABILIZED RED PHOSPHORUS, A METHOD OF FORMING SAME, AND AN ORDNANCE ELEMENT INCLUDING THE SAME."
[002] A presente descrição está relacionada a composiçõespropelentes que incluem fósforo vermelho encapsulado e estabilizado. Mais especificamente, a presente descrição está relacionada a composições propelentes que incluem o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e pelo menos um aglutinante energético, um método para formar tais composições propelentes e um elemento de material bélico incluindo tais composições propelentes.
[003] Propelentes incluindo dois componentes-base, como umanitrocelulose (NC) e um plastificante energético, são comumente denominados de propelentes "dupla base" e são amplamente usados em munições, como rifles e pistolas, motores de foguete de cartuchos, granadas de morteiro, cápsulas de espingardas e mísseis. Exemplos de plastificantes energéticos que podem ser combinados com a nitrocelulose para formar o propelente dupla base incluem, mas não se limitam a, nitroglicerina, trinitrato de butanotriol e dinitrato de diglicol. A nitrocelulose dessensibiliza o plastificante energético altamente instável, impedindo que o propelente dupla base detone como um alto explosivo. O plastificante energético gelatiniza a nitrocelulose, aumentando a densidade energética do propelente dupla base. Por exemplo, propelentes dupla base convencionais podem incluir como ingredientes principais, entre cerca de 10% em peso (p%) e cerca de 90 % em peso, de nitrocelulose e entre cerca de 10 % em peso, e cerca de 90 % em peso, de nitroglicerina. Tais propelentes dupla base podem ser carregados dentro de um cartucho ou revestimento de projétil usado em um elemento de material bélico, junto com uma composição iniciadora usada para iniciar ou incendiar o propelente dupla base. Os propelentes dupla base podem, também, ser usados em motores de foguete e mísseis, onde eles são dispostos dentro de um estojo para fornecer impulso mediante queima.
[004] Para aplicações balísticas, é desejável que os propelentesqueimem a uma taxa controlada e previsível sem perda de desempenho. O controle das propriedades balísticas do propelente, como taxa de queima, permite a função adequada do elemento de material bélico ou motor de foguete. Quando a taxa de queima do propelente é alta demais, pressões dentro do cartucho, revestimento de projétil ou carcaça do motor de foguete podem superar a capacidade do projeto, resultando em dano ou destruição do cartucho, revestimento de projétil ou carcaça do motor de foguete. Por outro lado, se a taxa de queima do propelente for baixa demais, o propelente pode não fornecer velocidade suficiente para propelir um projétil do elemento bélico ou o motor de foguete ao longo de um curso desejado.
[005] Para adaptar as propriedades balísticas do propelente,como a taxa de queima e a velocidade, materiais que controlam as propriedades balísticas, os denominados "modificadores balísticos," podem estar incluídos no propelente. Vários sais organometálicos e vários óxidos foram usados para modificar as propriedades balísticas dos propelentes, como propelentes dupla base. Exemplos de tais modificadores balísticos incluem compostos à base de chumbo, como, sais de chumbo e óxidos de chumbo (por exemplo, salicilato de chumbo, β-ressorcilato de chumbo e estearato de chumbo). O uso de compostos à base de chumbo como modificadores balísticos impõe uma preocupação para o meio ambiente e para segurança pessoal devido à natureza tóxica do chumbo quando introduzido na atmosfera pela fabricação de propelente, disparo do motor do foguete e descarte. A presença destes modificadores balísticos à base de chumbo é, portanto, prejudicial para o meio ambiente quando o propelente está queimando.
[006] Os propelentes convencionais podem conter, também,perclorato de amônio (AP), o qual, mediante combustão, produz a substância tóxica ácido clorídrico (HCl). Os íons cloreto liberados do ácido clorídrico na atmosfera superior podem reagir com o ozônio e destruí-lo.
[007] Outros compostos não tóxicos foram investigados comopotenciais substituições para os modificadores balísticos à base de chumbo em propelentes. Por exemplo, foi mostrado que compostos à base de cobre e bário modificam as propriedades balísticas de propelentes. Entretanto, as características de desempenho dos propelentes são prejudicadas pelo uso destes compostos à base de cobre e bário. Propelentes sólidos contendo sais de cobre como o modificador balístico podem mostrar um envelhecimento ruim. Sais de bário que são altamente solúveis em água são problemáticos em processos de fabricação convencionais usados para formar os propelentes.
[008] O fósforo vermelho foi investigado como um componenteem composições iniciadoras para aplicações militares. O fósforo vermelho é um alótropo de fósforo que tem uma rede de grupos dispostos tetraedricamente de quatro átomos de fósforo ligados em cadeias. O fosforoso branco é outro alótropo que é muito mais reativo e tóxico do que o fósforo vermelho. Os dois alótropos têm características físicas únicas tais que eles têm diferentes números CAS, conforme registrado pelo Chemical Abstract Service ("CAS"). O fósforo vermelho é relativamente estável em ar e é mais fácil de manusear do que os outros alótropos de fósforo. Entretanto, se o fósforo vermelho for exposto ao oxigênio (O2), água (H2O), ou misturas dos mesmos em temperaturas elevadas, como durante o armazenamento, o fósforo vermelho reage com o oxigênio e a água, liberando gás fosfina (PH3) e ácidos fosfóricos (H3PO2, H3PO3, ou H3PO4). Tal como é bem conhecido, a fosfina é tóxica e os ácidos fosfóricos são corrosivos. Para otimizar a estabilidade do fósforo vermelho em ambientes ricos em oxigênio ou água, agentes supressores de poeira, estabilizadores, ou resinas de microencapsulação têm sido usadas. Os agentes supressores de poeira são compostos orgânicos líquidos. Os estabilizantes são tipicamente sais inorgânicos, como óxidos metálicos. As resinas de microencapsulação são resinas termofixas, como resinas epóxi ou resinas fenólicas. Atualmente, as resinas de microencapsulação não são usadas em aplicações militares. A especificação militar para o fósforo foi desativada e não se espera que inclua encapsulação.
[009] A patente US n° 7.857.921 para Busky et al. apresenta umacomposição iniciadora que inclui fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e combinações de ao menos um oxidante, pelo menos uma composição explosiva secundária, pelo menos um metal leve, ou ao menos um aglutinante resistente a ácido. O fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode incluir partículas de fósforo vermelho, um revestimento de óxido metálico, e uma camada de polímero.
[0010] Descrição da invenção
[0011] Em algumas modalidades, a presente descrição inclui composições propelentes.
[0012] Por exemplo, tal composição propelente pode incluirnitrocelulose e um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado.
[0013] Em uma outra modalidade, as composições propelentes dapresente descrição podem incluir um propelente que compreende um aglutinante energético e um plastificante energético e um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado.
[0014] Em ainda outra modalidade, a presente descrição inclui umelemento bélico. O elemento bélico pode incluir uma composição propelente que compreende um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e um aglutinante energético que compreende nitrocelulose e pelo menos um de outro explosivo e um iniciador.
[0015] Em uma modalidade adicional, a presente descrição incluium método para formar uma composição propelente. Tal um método pode incluir combinar um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente que compreende nitrocelulose e um plastificante energético.
[0016] A Figura 1 uma vista em seção transversal de um cartuchobélico que inclui uma modalidade da composição propelente da presente descrição;
[0017] As Figuras 2 A a 4D são gráficos de barra mostrando umacomparação das propriedades balísticas determinadas para uma composição propelente convencional e uma modalidade de uma composição propelente da presente descrição; e
[0018] A Figura 5 é um gráfico de barras mostrando umacomparação da velocidade determinada para uma composição propelente convencional e uma modalidade da composição propelente da presente descrição.
[0019] Composições propelentes que incluem pelo menos umaglutinante energético combinado com fósforo vermelho estabilizado e encapsulado são apresentadas. As composições propelentes podem ser usadas em um elemento bélico ou um sistema de armamento, como um cartucho, uma cápsula de espingarda, uma bomba de artilharia, um motor de foguete, ou um míssil, por exemplo. Mediante combustão, as composições propelentes da presente descrição podem exibir uma pressão de pico reduzida em comparação aos propelentes convencionais enquanto uma pressão média das composições propelentes da presente descrição é mantida ou aprimorada. Dessa forma, as composições propelentes podem proporcionar uma redução desejável no esforço mecânico sobre o elemento bélico ou sistema de armamento, porém mantendo a velocidade. A adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode modificar as propriedades balísticas das composições propelentes, reduzindo ou eliminado a necessidade de modificadores balísticos convencionais (por exemplo, à base de chumbo). As composições propelentes podem, assim, ser substancialmente isentas de chumbo, reduzindo ou eliminando os problemas ambientais associados com as composições à base de chumbo. As composições propelentes podem incluir ingredientes que tem baixa toxicidade (por exemplo, verdes), são isentos de metais pesados, estáveis ao envelhecimento e não corrosivos. Estes ingredientes podem incluir elementos que são biologicamente disponíveis, têm tolerância a uma alta concentração, e são ativos em ciclos conhecidos no ambiente ou biosfera. Quando submetidos à combustão, as composições propelentes podem gerar produtos e subprodutos de combustão não tóxicos e não corrosivos. Pelo uso de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado nas composições propelentes, uma quantidade reduzida da composição propelente da presente descrição pode ser usada no elemento bélico em relação à quantidade de propelente convencional usada no elemento bélico para se obter uma velocidade desejada do elemento bélico. Ou, um aumento no desempenho de velocidade do elemento bélico pode ser obtido usando-se a mesma quantidade da composição propelente da presente descrição em relação à quantidade de propelente convencional.
[0020] Como usado aqui, o termo "taxa de queima" significa einclui uma taxa na qual uma composição propelente libera energia durante a combustão.
[0021] Como usado aqui, o termo "pressão de pico" significa einclui a força exercida por um propelente em queima dentro de uma câmara, tal como no interior de uma carcaça do motor de foguete.
[0022] Como usado aqui, o termo "propelente de base única"significa e inclui uma composição que inclui um aglutinante energético, como nitrocelulose (NC), e pelo menos um aditivo, como um plastificante, um modificador balístico, um estabilizante, um supressor de queima, etc.
[0023] Como usado aqui, o termo "propelente dupla base" significae inclui uma composição que inclui pelo menos um aglutinante energético, como nitrocelulose, e pelo menos um plastificante energético, como um éster de nitrato. Por exemplo, o propelente dupla base pode incluir nitrocelulose plasticizada com a nitroglicerina de éster de nitrato (NG).
[0024] Como usado aqui, o termo "propelente multibase" significae inclui um propelente que inclui pelo menos um aglutinante energético, como nitrocelulose, pelo menos um plastificante energético, e um combustível energético diferente de nitrocelulose, como, nitroguanidina.
[0025] Uma composição propelente da presente descrição podeincluir um aglutinante energético e uma forma estabilizada e encapsulada de fósforo vermelho. Como usado aqui, o termo "estabilizado e encapsulado" se refere ao fósforo vermelho tendo estabilidade aprimorada à oxidação em relação ao fósforo vermelho que não possui estabilização e encapsulação. Por exemplo, quando o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado é exposto a um ambiente que inclui oxigênio (O2), água (H2O), ou misturas dos mesmos, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado não reage prontamente com o oxigênio ou água, ao contrário do fósforo vermelho que não possui estabilização. O fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode ter um ciclo de vida útil aumentado na composição propelente em comparação com o fósforo vermelho sem estabilização. O fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode ser responsável por até cerca de 10 % em peso, do peso total da composição propelente, mais particularmente, entre cerca de 0,1 % em peso, do peso total dacomposição propelente e cerca de 5% em peso do peso total dacomposição propelente.
[0026] O fósforo vermelho pode ser estabilizado por revestir ofósforo vermelho com um óxido metálico, como um hidróxido metálico, tal como por revestimento das partículas do fósforo vermelho. O óxido metálico pode ser precipitado sobre uma superfície do fósforo vermelho. O revestimento de óxido metálico funciona como estabilizante para tamponar traços de ácidos que se formam por oxidação do fósforo vermelho. O óxido metálico pode ser hidróxido de alumínio, hidróxido de bismuto, hidróxido de cádmio, hidróxido de cério, hidróxido de cromo, hidróxido de germânio, hidróxido de magnésio, hidróxido de manganês, hidróxido de nióbio, hidróxido de silício, hidróxido de estanho, hidróxido de titânio, hidróxido de zinco, hidróxido de zircônio, ou misturas dos mesmos. O óxido metálico pode estar presente no fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em uma quantidade total entre cerca de 0,1 % em peso, e cerca de 5% em peso e, mais particularmente, cerca de 2 % em peso, com base na quantidade de fósforo vermelho.
[0027] Quando estabilizado, o fósforo vermelho pode serencapsulado por revestir o fósforo vermelho com um polímero, como uma resina termofixa. A encapsulação de partículas do fósforo vermelho estabilizado reduz sua superfície ativa e fornece ao fósforo vermelho estabilizado repelência à água e resistência a ácido. Exemplos de polímeros que podem ser usados para encapsular o fósforo vermelho estabilizado incluem, mas não se limitam a uma resina epóxi, resina de melamina, resina de fenol formaldeído, resina à base de poliuretano, ou misturas dos mesmos. O polímero pode estar presente no fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em uma quantidade total de entre cerca de 1 % em peso, e cerca de 5% em peso com base na quantidade de fósforo vermelho. O óxido metálico e o polímero podem estar presentes em uma quantidade total entre cerca de 1,1 % em peso, e cerca de 8 % em peso, com base naquantidade de fósforo vermelho.
[0028] O fósforo vermelho pode ser revestido com o óxido metálicopor misturar uma suspensão aquosa das partículas do fósforo vermelho com um sal metálico solúvel em água. O pH da suspensão aquosa pode ser ajustado precipitando-se o óxido metálico sobre o fósforo vermelho. Uma solução aquosa de um produto da condensação preliminar do polímero pode ser preparado e adicionado, com mistura, ao fósforo vermelho revestido. A solução e o fósforo vermelho revestido podem ser reagidos durante um período de tempo que fica na faixa de aproximadamente 0,5 horas a aproximadamente 3 horas a uma temperatura na faixa de aproximadamente 40°C a aproximadamente 100 °C, permitindo ao produto da condensaçãopreliminar polimerizar e endurecer em torno do fósforo vermelho revestido. As partículas do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado podem, então, ser filtradas e secas a uma temperatura elevada, como a uma temperatura na faixa de aproximadamente 80 °C a aproximadamente 120 °C, em uma corrente de nitrogênio. O fósforo vermelho estabilizado e encapsulado está disponível para comercialização, tal como junto à Clariant GmbH (Frankfurt, Alemanha). Em uma modalidade, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado é o fósforo vermelho HB 801 (TP), que está disponível junto à Clariant GmbH.
[0029] O pelo menos um aglutinante energético usado para formara composição propelente pode incluir, por exemplo, nitrocelulose (por exemplo, nitrocelulose de plastisol), nitrato de ciclodextrina (CDN), nitrato de polivinila (PVN), polímeros de dinitropropilacrilato, nitroetilenos poliméricos, e misturas e combinações dos mesmos. As quantidades relativas da forma encapsulada e estabilizada de fósforo vermelho e do aglutinante energético podem ser ajustadas para se obter as propriedades desejadas da composição propelente mediante combustão.
[0030] A composição propelente pode incluir, também, pelo menosum plastificante energético, tal como pelo menos um éster de nitrato. Exemplos de tais plastificantes energéticos incluem, mas não se limitam a, nitroglicerina, trinitroglicerina (TNG), trinitrato de metriol (MTN), trinitrato de trimetiloletano (TMETN), dinitrato de diglicol, dinitrato de trietileno glicol (TEGDN), trinitrato de butano triol (BTTN), dinitrato de dietilenoglicol (DEGDN), dinitrato de propileno glicol (PGDN), dinitrato de etilenoglicol (EGDN), butil-2-nitratoetil-nitramina, metil-2-nitratoetil-nitramina e etil-2- nitratoetil-nitramina. O aglutinante energético pode ser plasticizado com o plastificante energético, aumentando a densidade energética da composição propelente.
[0031] A título de exemplo, e não de limitação, o aglutinanteenergético pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 10 % em peso, do peso total da composição propelente e cerca de 90 % em peso, do peso total da composição propelente e o plastificante energético pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 10 % em peso, do peso total da composição propelente e cerca de 90 % em peso, do peso total da composição propelente. A composição propelente pode opcionalmente incluir pelo menos um aditivo, como, agentes de processamento e modificadores químicos.
[0032] Por exemplo, a composição propelente pode opcionalmenteincluir pelo menos um líquido inerte. Exemplos de tais líquidos inertes incluem, mas não se limitam a, acetatos de alquila, ftalatos (por exemplo, ftalato de dibutila, ftalato de di-isoamila, ftalato de dietila, ftalato de dioctila, ftalato de dipropila e ftalato de dimetila), adipatos (por exemplo, adipato de poliéster, adipato de di-2-etil hexila, adipato de di-n-propila e adipato de di-isoctila), triacetina, ésteres de ácido cítrico, ésteres de ácido fosfórico e uretano. Por exemplo, o pelo menos um líquido inerte pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 20% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, a composição propelente pode incluir entre cerca de 0 % em peso, e cerca de 10 % em peso de cada um de ftalato de dibutila e adipato de poliéster como líquidos inertes.
[0033] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um composto de carbono, como grafite, fibras de carbono e/ou negro de fumo. Como um exemplo não limitador, o negro de fumo pode ser um negro de fumo com alta área superficial que tem uma área de superfície maior que ou igual a cerca de 25 m2/g. Por exemplo, o pelo menos um composto de carbono pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 5% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, entre cerca de 0,02 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1 % em peso do peso total da composição propelente pode incluirgrafite como o pelo menos um composto de carbono. A composição propelente pode opcionalmente incluir pelo menos um solvente.
[0034] Exemplos destes solventes incluem, mas não se limitam a,acetona, dinitrotolueno, metil etil cetona, acetato de etila, acetato de butila, acetato de propila, éter metil t-butílico, éter metil t-amílico e tetra-hidrofurano. Por exemplo, o pelo menos um solvente pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 5% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1 % em peso do peso total da composição propelente pode incluir acetato de etila como o pelo menos um solvente.
[0035] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um estabilizante.
[0036] Exemplos destes estabilizantes incluem, mas não selimitam a, 1,3 -dietil- 1,3- difenilureia (os denominados "centralita de etila" ou "carbamita"), difenilamina, N- nitrosodifenilamina, carbonatos (por exemplo, carbonato de cálcio), N-metil-p-nitroanilina (MNA) e combinações dos mesmos. Por exemplo, o pelo menos um estabilizante pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 15% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 10 % em peso do peso total da composição propelente pode incluir 1,3-dietil-1,3-difenilureia, entre cerca de 0,3 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1,5 % em peso do peso total da composição propelente pode incluir difenilamina, entre cerca de 1 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1,5 % em peso do peso total da composição propelente pode incluir N-nitrosodifenilamina e entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1 % em peso do peso total da composição propelente pode compreender carbonato de cálcio.
[0037] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um tensoativo, como rosina. Por exemplo, o pelo menos um tensoativo pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 5% em peso do peso total da composição propelente.
[0038] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um oxidante.
[0039] Exemplos de tais oxidantes incluem, mas não se limitam acompostos de nitrato (por exemplo, nitrato de potássio, nitrato de lítio, nitrato de berílio, nitrato de sódio, nitrato de magnésio, nitrato de cálcio, nitrato de rubídio, nitrato de estrôncio e nitrato de césio), perclorato de amônio (AP), nitrato de amônio (AN), nitrato de hidroxilamônio (HAN), dinitramida de amônio (AND), dinitramida de potássio (KDN), perclorato de potássio (KP), e combinações dos mesmos. O pelo menos um oxidante pode estar presente como um pó ou em um formato particulado. Por exemplo, o pelo menos um oxidante pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 50% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, a composição propelente pode incluir entre cerca de 0 % em peso e cerca de 1,5 % em peso do nitrato de potássio como o pelo menos um oxidante.
[0040] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um supressor de queima, como sulfato de potássio. Como um exemplo não limitador, entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1,5 % em peso do peso total da composição propelente podem incluir sulfato de potássio como o pelo menos um supressor de queima.
[0041] A composição propelente pode opcionalmente incluir pelomenos um combustível inorgânico, como um composto metálico ou de óxido metálico. Exemplos destes combustíveis inorgânicos incluem, mas não se limitam a estanho, ferro, alumínio, cobre, boro, magnésio, manganês, silício, titânio, cobalto, zircônio, háfnio, tungstênio, cromo, vanádio, níquel, óxidos de ferro (por exemplo, Fe2O3, Fe3O4, etc.), óxido de alumínio (Al2O3), óxido de magnésio (MgO), óxido de titânio (TiO2), óxido de cobre (CuO), óxido de boro (B2O3), dióxido de silício (SiO2), e óxidos de manganês (por exemplo, MnO, MnO2, etc.). Os combustíveis inorgânicos podem estar presentes como um pó ou como um material particulado. Por exemplo, o pelo menos um combustível inorgânico pode estar presente em uma quantidade de entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 50% em peso do peso total da composição propelente. Como um exemplo não limitador, entre cerca de 0 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 1,5 % em peso do peso total da composição propelente pode incluir óxido de estanho como o pelo menos um combustível inorgânico.
[0042] Dessa forma, a composição propelente pode opcionalmenteincluir pelo menos um dentre um líquido inerte, um oxidante, um supressor de queima, um combustível metálico, um composto de carbono, um solvente, um estabilizante, um tensoativo e um combustível inorgânico.
[0043] Por exemplo, o fósforo vermelho estabilizado eencapsulado pode ser usado para modificar um propelente de base única, dupla base ou multibase convencional que inclui o pelo menos um aglutinante energético, como nitrocelulose.
[0044] Como um exemplo não limitador, a composição propelentepode ser formada por misturar ou combinar de outro modo o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente de base única que inclui nitrocelulose. O propelente de base única pode ser, por exemplo, um pó de IMR® (por exemplo, IMR 3031®, IMR 4007SSC®, IMR 4064®, IMR 4198®, IMR 4227®, IMR 4320®, IMR 4350®, IMR 4576®, IMR 4759®, IMR 4831®, IMR 4895®, SR7625®, IMR 7828®, PB® e IMR 7828SSC®), ou um pó sem fumaça convencional (por exemplo, H4227®, H4895®, H4198®, VARGET®, H4350®,H50MBG®, H4831®, H4831SC®, H1000®, RETUMBO®, H322® eBENCHMARK®), cada um dos quais é disponível comercialmente junto à Hodgdon Powder Company, Inc. (Shawnee Mission, KS). Por exemplo, o propelente de base única pode incluir entre cerca de 80 % em peso e cerca de 100 % em peso de nitrocelulose, entre cerca de 1 % em peso e cerca de 2 % em peso de difenilamina, entre cerca de 4 % em peso e cerca de 12 % em peso de dinitrotolueno, cerca de 0,5 % em peso de sulfato de potássio e menos que cerca de 1 % em peso de grafite.
[0045] Como um exemplo não limitador, a composição propelentepode ser formada por misturar ou combinar de outro modo o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente dupla base que inclui nitrocelulose plasticizada com o plastificante energético. O propelente dupla base pode ser, por exemplo, um pó propelente militar (por exemplo, Ml, M2, M7, M8, M9, WC 844, WC 860 e SMP 842). O propelente dupla base pode incluir, por exemplo, entre cerca de 10 %, em peso, e cerca de 90 %, em peso, da nitrocelulose e entre cerca de 10 %, em peso, e cerca de 90 %, em peso, do plastificante energético, e mais particularmente, entre cerca de 40 %, em peso, e cerca de 70 %, em peso, da nitrocelulose e entre cerca de 30 %, em peso, e cerca de 60 %, em peso, do plastificante energético.
[0046] Por exemplo, o propelente dupla base pode ser opropelente BALL POWDER®, que é disponível comercialmente junto à St. Marks Powder, Inc. (St. Marks, FL), e que inclui entre cerca de 0 % em peso e cerca de 42 % em peso de nitroglicerina, entre cerca de 0 %, em peso, a cerca de 10 %, em peso, de ftalato de dibutila, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 10 %, em peso, de adipato de poliéster, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 10 %, em peso, de centralita de etila, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 5%, em peso de rosina, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 2 %, em peso, de acetato de etila, entre cerca de 0,3 %, em peso, e cerca de 1,5 %, em peso, de difenilamina, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 1,5 %, em peso, de N-nitrosodifenilamina, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 1,5 %, em peso, de nitrato de potássio, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 3 %, em peso, de sulfato de potássio, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 1,5 %, em peso, de dióxido de estanho, entre cerca de 0,02 %, em peso, e cerca de 1 %, em peso, de grafite, entre cerca de 0 %, em peso, e cerca de 1 %, em peso, de carbonato de cálcio e o restante para 100 %, em peso, denitrocelulose.
[0047] Como outro exemplo não limitador, o propelente dupla basepode ser pó sem fumaça RELOADER® 50 ou pó sem fumaçaRELOADER® 15, cada um dos quais é disponível comercialmente junto à Alliant Powder, Inc. (Radford, VA). O pó sem fumaçaRELOADER® 50 inclui nitroglicerina, nitrocelulose e estabilizante ARKARDIT II (isto é, 3-metil-1,1-difenilureia disponível comercialmente junto à Synthesia, a.s. (República Checa)). O pó sem fumaça RELOADER® 15 inclui nitroglicerina, nitrocelulose, difenilamina, ftalato de di-isoamila e centralita de etila.
[0048] A título de exemplo, e não de limitação, a composiçãopropelente pode incluir entre cerca de 0,1 %, em peso, e cerca de 5%, em peso do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado (por exemplo, fósforo vermelho HB 801 (TP)) e entre cerca de 99,5 %, em peso, e cerca de 95 %, em peso, do propelente dupla base (por exemplo, propelente BALL POWDER®).
[0049] Como outro exemplo não limitador, a composiçãopropelente pode ser formada por combinar o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente multibase que inclui nitrocelulose plasticizada com pelo menos um plastificante energético, como nitroglicerina, em adição a um combustível energético. O combustível energético pode incluir ao menos um dentre nitroguanidina e uma nitramina (por exemplo, 4,10-dinitro-2,6,8,12- tetraoxa-4,10-diazatetraciclo-[5.5.5. 0.05,903,11]-dodecano (TEX), 1,3,5- trinitro-1,3,5-triaza- ciclo-hexano (RDX), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7- tetraaza-ciclo-octano (HMX), 2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12- hexa-azatetraciclo[5.5.0. 05,903,11]dodecano (CL- 20), 3-nitro-1,2,4- triazol-5-ona (NTO), 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzeno (TATB), 1,1- diamino-2,2-dinitro etano (DADNE), dinitramida de amônio (AND) e 1,3,3- trinitroazetidina (TNAZ)). O combustível energético pode estar presente na composição propelente em uma quantidade de entre cerca de 10 % em peso do peso total da composição propelente e cerca de 60 % em peso do peso total da composição propelente
[0050] Como outro exemplo não limitador, a composiçãopropelente pode ser formada por combinar o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente multibase modificado por compósito, que inclui nitrocelulose como um aglutinante para imobilizar partículas de oxidante (por exemplo, perclorato de amônio), partículas de combustível inorgânico (por exemplo, alumínio) ou aglutinantes e plastificantes. Tais aglutinantes e plastificantes podem incluir ao menos um dentre polibutadieno terminado em hidroxila (HTPB); polibutadieno terminado em carbóxi (CTB); polímero de glicidil azida (GAP); aglutinantes à base de polímero de glicidil azida; polímeros de oxetano (por exemplo, 3-nitratometil-3-metil oxetano (NMMO), 3,3- bis(azidometil)oxetano (BAMO) e 3-azidometil-3-metil oxetano (AMMO)); e polímeros de oxirano (por exemplo, nitrato de poliglicidila (PGN), polímeros à base de nitrato de poliglicidila, polímero de policaprolactona (PCP), terpolímero de polibutadieno-acrilonitrila- ácido acrílico (PBAN), polietileno glicol (PEG), polímeros à base de polietileno glicol e terpolímero de dietilenoglicol trietileno glicol ácido nitraminodiacético (9DT- NIDA)).
[0051] A composição propelente pode ser preparada com o usotécnicas convencionais, que não são descritas em detalhes neste documento. Por exemplo, propelentes dupla base e multibase podem ser formados a partir de nitrocelulose com o uso de processos sem solvente convencionais ou processos de modelagem com uso de moldes. Nitrocelulose peletizada (também chamada de plastisol nitrocelulose), que está disponível junto a várias fontes, incluindo o Departamento da Marinha Americana (U.S. Department of the Navy), pode ser usada para formar os propelentes dupla base e multibase. A nitrocelulose peletizada inclui nitrocelulose configurada como péletes, assim como nitrocelulose tendo outras configurações, incluindo, mas não se limitando a configurações granulares e/ou semelhantes a partículas (por exemplo, esféricas). Os péletes de nitrocelulose podem ter diâmetros médios de entre cerca de 1 μm e cerca de 50 μm, mais particularmente, entre cerca de 1 μm e cerca de 20 μm.
[0052] Os propelentes base única podem ser formados com o usode técnicas de mistura de pasta fluida convencionais nas quais a nitrocelulose é combinada com os outros ingredientes.
[0053] Em algumas modalidades, tais propelentes dupla base emultibase podem ser formados com o uso de uma técnica de mistura de pasta fluida convencional na qual a nitrocelulose é processada pela formação de uma pasta fluida e a pasta fluida é então derramada, em um estado não curado, dentro de moldes de fundição ou motores de foguete em uma etapa de fundição. A pasta fluida pode ser preparada por dispersar nitrocelulose peletizada com um diâmetro médio de entre cerca de 1 μm e cerca de 20 μm em um diluente, como heptano. O plastificante energético (por exemplo, nitroglicerina) pode, então, ser adicionado à pasta fluida. Agentes de processamento opcionais, como o líquido inerte, o solvente, o estabilizante e o tensoativo, podem ser adicionados à pasta fluida neste estágio. Após remover uma porção do heptano, a mistura é feita sob condições de vácuo para remover heptano adicional da pasta fluida. Opcionalmente, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode, então, ser adicionado e misturado à pasta fluida neste estágio. Aditivos opcionais, como o composto de carbono, o oxidante, o supressor de queima e o combustível inorgânico, podem, também, ser misturados com a pasta fluida neste estágio. Como um exemplo não limitador, após misturar vigorosamente a composição propelente, um reticulador adequado (por exemplo, um di-isocianato) pode ser adicionado e a composição propelente pode ser moldada e curada. Como outro exemplo não limitador, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode, opcionalmente, ser adicionado à pasta fluida durante ou após a adição do reticulador. A composição propelente pode ser combinada para formar uma mistura do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e o propelente dupla ou multibase ou até os ingredientes estarem homogêneos. Por exemplo, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode ser disperso homogeneamente no propelente dupla ou multibase. Como um exemplo não limitador, a composição propelente pode ser moldada nos formatos desejados, ou um bloco monolítico do propelente moldado pode ser triturado para formar pedaços do tamanho desejado.
[0054] Em outras modalidades, a composição propelente pode serformada por misturar um propelente base simples, dupla ou multibase ou o propelente multibase modificado por compósito com a quantidade desejada do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. A mistura pode ser feita até uma composição propelente incluindo uma combinação ou mistura do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e o propelente base simples, dupla ou multibase ou propelente multibase modificado por compósito com a quantidade desejada de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ser formada. Por exemplo, o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode ser disperso homogeneamente no propelente base simples, dupla ou multibase ou no propelente multibase modificado por compósito.
[0055] Uma vez produzida, a composição propelente pode sercarregada em um cartucho para uso em diversos tipos de materiais bélicos, como munição de armas leves, granadas, detonador de morteiro, ou iniciador de corda de detonação. Como exemplos não limitadores, a composição propelente é usada em um cartucho de fogo central, um cartucho de fogo circular ou cartucho do tipo "shot shell". A composição propelente pode ser carregada no cartucho com o uso de técnicas convencionais, como aquelas usadas no carregamento de composições de propelente dupla base convencionais, que não são descritas em detalhes neste documento.
[0056] Por exemplo, o cartucho pode ser um cartucho militarconvencional para uso com um rifle, como um rifle M 14, M 16 ou AK- 47. Conforme mostrado na Figura 1, tal cartucho 100 pode incluir um projétil 102 ao menos parcialmente disposto dentro de um invólucro 104 que tem a composição propelente 106 ali disposta. O projétil 102 pode incluir um penetrador 108, uma jaqueta metálica 110 e uma esfera metálica 112. A composição propelente 106 pode ser disposta dentro do invólucro 104 próximo a um iniciador 114.
[0057] Os materiais adequados para o penetrador 108, a jaquetametálica 110, a esfera metálica 112 e o invólucro 104 são conhecidos na técnica e dessa forma, não são descritos em detalhes neste documento. A composição propelente 106 pode incluir pelo menos um aglutinante energético e fósforo vermelho estabilizado e encapsulado, conforme descrito acima. O iniciador 114 pode ser uma composição iniciadora convencional, cujos exemplos são conhecidos na técnica e, dessa forma, não são descritos em detalhes neste documento. Como um exemplo não limitador, o iniciador 114 pode incluir uma composição que inclui um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado, como uma composição que inclui um fósforo vermelho estabilizado e encapsulado, pelo menos um oxidante, pelo menos uma composição explosiva secundária, pelo menos um metal leve, e pelo menos um aglutinante resistente a ácido, como aquele revelado na patente US n° 7.857.921 para Busky et al.
[0058] A composição propelente 106 pode ser distribuída demaneira substancialmente uniforme dentro do invólucro 104 do cartucho 100. A composição propelente 106 pode ser posicionada em uma abertura dentro do invólucro 104, conforme mostrado na Figura 1. O iniciador 114 pode ser posicionado em posição substancialmente adjacente à composição propelente 106 no cartucho 100. Quando submetida à ignição ou combustão, a composição propelente 106 pode propelir o projétil 102 a partir do cilindro da arma de fogo ou material bélico de maior calibre (tal como, mas não se limitando a pistola, rifle, rifle automático, metralhadora, morteiro, canhão do tipo howitzer, canhão automático, etc.) no qual o cartucho 100 está disposto.
[0059] Os exemplos a seguir servem para explicar modalidades dacomposição propelente em mais detalhes. Estes exemplos não devem ser considerados como exaustivos ou exclusivos quanto ao escopo desta descrição.
[0060] Uma composição propelente foi preparada por misturarfósforo vermelho estabilizado e encapsulado com um propelente dupla base (propelente BALL POWDER®) incluindo nitrocelulose plasticizada com nitroglicerina. Os componentes do propelente dupla base (propelente BALL POWDER®) são mostrados na Tabela 1.Tabela 1 - Componentes do propelente dupla base
[0061] A composição propelente foi formada para incluir cerca de99 % em peso do propelente dupla base e cerca de 1 % em peso do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. A composição propelente foi misturada por técnicas convencionais. A composição propelente é mencionada neste documento como "composição A." Exemplo 2 - Desempenho da composição propelente
[0062] Os artigos de teste foram preparados por carregar cada umdentre a composição propelente do exemplo 1 (composição A) e o propelente dupla base (propelente BALL POWDER®) em cartuchos convencionais com um iniciador, como aquele mostrado na figura 1. O iniciador usado para fazer ignição da composição propelente foi um iniciador à base de chumbo ou iniciador incluindo fósforo vermelho estabilizado e encapsulado, pelo menos um oxidante, pelo menos uma composição explosiva secundária, pelo menos um metal leve, e pelo menos um aglutinante resistente a ácido, como aquele revelado na patente US n° 7.857.921 para Busky et al. Mais especificamente, o iniciador incluiu 64,8 % em peso de nitrato de potássio, 25 % em peso de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado, 5% em peso de tetranitrato de pentaeritritol (PETN), 5% em peso de alumínio e 0,25 % em peso de goma tragacanto.
[0063] Nas figuras, o iniciador à base de chumbo é chamado de"iniciador LB," o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado é chamado de "iniciador ERP," e o propelente dupla base (propelente BALL POWDER®) é chamado de "DBP." O teste de velocidade, pressão eletrônica e tempo de ação (EPVAT) foi feito para um peso de carga de aproximadamente 27 grão para determinar as propriedades balísticas da composição A e do propelente dupla base em combinação com o iniciador à base de chumbo ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. As propriedades balísticas foram então comparadas para determinar os efeitos do uso do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado na composição propelente dupla base e no iniciador. As propriedades balísticas foram medidas em uma posição média da cápsula, na boca da capsula e em uma posição de porta.
[0064] As Figuras 2 A a 2D são gráficos de barras mostrando umacomparação das propriedades balísticas dos propelentes medidas na posição média da cápsula. Os artigos de teste incluindo a composição A e o propelente dupla base foram testados, cada um, em combinação com o iniciador à base de chumbo ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. Conforme mostrado na Figura 2A, a composição A mostrou uma pressão de pico reduzida emcomparação ao propelente dupla base convencionalindependentemente do tipo de iniciador usado. Dessa forma, o artigode teste que inclui a composição A mostrou uma pressão de picoreduzida em comparação ao artigo teste incluindo o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com o propelente dupla base (propelente BALL POWDER®). Foi constatado que a diferença nas médias na pressão de pico entre os artigos de teste incluindo a composição A com o iniciador à base de chumbo e os artigos de teste incluindo a composição A com o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado não foi estatisticamente significativa, sugerindo que a redução na pressão de pico pode ser uma função de uma quantidade de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado adicionado ao propelente dupla base.
[0065] Com referência à figura 2B, o artigo de teste que inclui acomposição A mostrou um tempo reduzido para a pressão de pico (mseg) em comparação ao propelente dupla base. Dessa forma, a adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ao propelente dupla base (composição A) forneceu uma alteração significativa no tempo para a pressão de pico. A diferença entre os tempos para a pressão de pico para a posição média para os diferentes iniciadores não foi significativa, sugerindo que o artigo de teste que inclui a composição A fornece um aumento na taxa de queima, sem aumentar a pressão de pico (Figura 2A).
[0066] Conforme mostrado na Figura 2C, o artigo de teste queinclui a composição A mostrou um impulso de pressão aumentado (psi/mseg (MPa/mseg)) em comparação ao propelente dupla base. O uso do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado forneceu uma redução significativa no impulso de pressão. Entretanto, a maior redução no impulso de pressão foi fornecida pelo artigo de teste que inclui a composição A. A combinação da composição A com o iniciador à base de fósforo estabilizado e encapsulado no artigo de teste forneceu uma pressão de impulso substancialmente menor do que o artigo de teste que inclui a combinação da composição A com o iniciador à base de chumbo.
[0067] Com referência à figura 2D, o iniciador à base de fósforovermelho estabilizado e encapsulado forneceu uma redução substancial na pressão média quando usado nos artigos de teste que incluem iniciador dupla base convencional e a composição A. Entretanto, o artigo de teste que inclui a composição A não forneceu uma redução substancial na pressão média em comparação ao propelente dupla base convencional quando submetido à ignição com o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ou o iniciador à base de chumbo. A pressão média fornecida por qualquer propelente quando submetido à ignição pelo iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado sozinho não foi significativamente diferente das pressões médias com o ERP no propelente. Isto combinado com a pressão de pico reduzida sugere que o artigo de teste que inclui a composição A fornece um aumento substancial na uniformidade da taxa de queima.
[0068] As Figuras 2E e 2F mostram uma taxa estimada deaumento de pressão em dois estágios: 1) um primeiro estágio medindo o psi/mseg (MPa/mseg) até 25% do pico (Figura 2E); e 2) um segundo estágio medindo o psi/mseg (MPa/mseg) de 25% a 75% do pico (Figura 2F).
[0069] Conforme mostrado na Figura 2E, para o primeiro estágio, os artigos de teste que incluem a composição A como o propelente e o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pareceram mostrar taxas de elevação de pressão aumentadas em comparação aos artigos de teste sem o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ou a composição A. Entretanto, devido aos altos desvios, apenas o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pareceu fornecer uma taxa de elevação de pressão significativamente aumentada. Embora não se deseje estar preso a uma teoria particular, acredita-se que a falta de significância do aumento na taxa de elevação de pressão mostrada pelos artigos de teste que incluem a composição A é causada por uma grande variação nas leituras.
[0070] Conforme mostrado na Figura 2F, para o segundo estágio,os artigos de teste que incluem a composição A assim como os artigos de teste que incluem o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado mostraram uma taxa de elevação de pressão substancialmente reduzida em comparação ao artigo que inclui o propelente dupla base e o iniciador à base de chumbo. A diferença entre as taxas de elevação de pressão para o primeiro e o segundo estágios sugere que o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado tem uma influência moderada sobre a taxa de geração de pressão enquanto o propelente queima.
[0071] Conforme mostrado nas figuras 2A a 2F, os artigos de testeque incluem a composição A mostraram pressão de pico, tempo para a pressão de pico e impulso de pressão reduzidos em comparação com os artigos de teste incluindo o propelente dupla base e o iniciador à base de chumbo, mas o artigo de teste que inclui a composição A não mostrou uma pressão média reduzida em comparação com os artigos de teste incluindo o propelente dupla base e o iniciador à base de chumbo. O iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado sozinho não teve a mesma influência significativa sobre o tempo para a pressão de pico que a composição A, mas teve sobre a pressão de pico e o impulso de pressão. O artigo de teste que inclui a composição A parece ter uma taxa aumentada de pressurização durante os primeiros 25% de elevação até a pressão de pico. Entretanto, a taxa de pressurização pareceu reduzir em comparação com o propelente dupla base com o iniciador à base de chumbo entre 25% e 75% da pressão de pico do meio da cápsula. Embora não se deseje estar preso a uma teoria particular, acredita-se que os efeitos do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado sobre as propriedades balísticas da composição de propelente dupla base possa ser dependente da massa, com uma massa menor fornecendo uma maior taxa de queima em ou ao redor do tempo de ignição.
[0072] As Figuras 3A a 3D são gráficos de barra mostrando umacomparação entre as propriedades balísticas dos propelentes medidos na posição da boca da cápsula. Os artigos de teste incluindo a composição A e o propelente dupla base foram testados, cada um, em combinação com o iniciador à base de chumbo ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado.
[0073] Conforme mostrado na Figura 3A, o artigo de teste queinclui o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e a composição A forneceram uma redução estatisticamente significativa (entre cerca de 13,8 MPa (2.000 psi) e cerca de 20,7 MPa (3.000 psi)) na pressão de pico em comparação ao artigo de teste incluindo o iniciador à base de chumbo em combinação com o iniciador base dupla convencional.
[0074] Conforme mostrado na Figura 3B, cada um dos artigos deteste que incluíram o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado (isto é, composição A e/ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado) alcançaram a pressão de pico mais rápido que os artigos de teste sem o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado (isto é, o propelente dupla base com o iniciador à base de chumbo). O artigo de teste que inclui a composição A mostrou um tempo aumentado para a pressão de pico em comparação ao propelente dupla base em combinação com o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. O iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado forneceu um tempo aumentado até o pico em comparação ao iniciador à base de chumbo convencional, mas mostrou um tempo reduzido até o pico em comparação com a composição A independentemente de qual iniciador foi usado. Estes resultados sugerem que a adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado a um propelente dupla base convencional aumenta a taxa de reação sem aumentar a pressão de pico.
[0075] Conforme mostrado na Figura 3C, os artigos de testeincluindo fósforo vermelho estabilizado e encapsulado (isto é, composição A e/ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado) mostraram impulso de pressão reduzido. O impulso de pressão exibido pelos artigos de teste que incluem a composição A foi aumentado em comparação ao artigo de teste que inclui o propelente dupla base convencional e o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. A diferença no impulso de pressão entre os dois artigos de teste incluindo a composição A não foi significativa. Dessa forma, a adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado à composição de propelente dupla base convencional forneceu um aumento significativo no impulso de pressão.
[0076] Conforme mostrado na Figura 3D, a pressão média exibidapelo artigo de teste que inclui o iniciador à base de chumbo em combinação com a composição A foi significativamente reduzida em comparação aos dois artigos de teste incluindo o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado. O artigo de teste que inclui o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado no iniciador e no propelente (isto é, o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e a composição A) mostrou uma pressão média significativamente reduzida em comparação ao artigo de teste que inclui o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado apenas no iniciador (isto é, o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado e o propelente dupla base convencional). Estes dados sugerem um alargamento da curva de pressão em função do tempo (curva p-t) uma vez que a pressão de pico e o tempo para o pico é menor para os artigos de teste que incluem a composição A.
[0077] As propriedades balísticas medidas na posição da boca dacápsula demonstram que o artigo de teste que inclui a composição A fornece uma redução significativa na pressão de pico, o tempo para a pressão de pico e o impulso de pressão sem uma redução significativa na pressão média. Os dados anteriormente discutidos mostram que os efeitos de adicionar o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ao propelente dupla base resulta em uma alteração maior nas propriedades balísticas do que a adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado apenas do iniciador. Embora não se deseje estar preso a uma teoria particular, acredita-se que a magnitude da diferença entre as propriedades balísticas da composição A e do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado sozinho sugere que alterações nas propriedades balísticas resultantes da adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado podem ser dependentes da massa.
[0078] As Figuras 4 A a 4D são gráficos de barra mostrando umacomparação entre as propriedades balísticas dos artigos de teste incluindo os propelentes medidos na posição de boca da cápsula. Os artigos de teste incluindo a composição A e o propelente dupla base foram testados, cada um, em combinação com o iniciador à base de chumbo ou o iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado.
[0079] Conforme mostrado na Figura 4A, o artigo de teste queinclui a composição A mostrou uma pressão de pico significativamente reduzida em comparação aos outros artigos de teste. O uso do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em combinação com o propelente dupla base não reduziu significativamente a pressão de pico.
[0080] Conforme mostrado na Figura 4B, o artigo de teste queinclui a composição A mostrou um tempo significativamente reduzido para a pressão de pico em comparação aos outros artigos de teste. O uso do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em combinação com o propelente dupla base não reduziu significativamente o tempo para a pressão de pico.
[0081] Conforme mostrado na Figura 4C, o artigo de teste queinclui a composição A mostrou um impulso de pressão significativamente reduzido na porta em comparação aos outros artigos de teste. O uso do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em combinação com o propelente dupla base não reduziu significativamente o impulso de pressão em comparação ao uso do iniciador à base de chumbo em combinação com o propelente dupla base convencional.
[0082] Conforme mostrado na Figura 4D, o artigo de teste queinclui a composição A mostrou uma pressão média significativamente reduzida em comparação aos outros artigos de teste. O uso do iniciador à base de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado em combinação com o propelente dupla base não alterou significativamente a pressão média em comparação ao uso do iniciador à base de chumbo em combinação com o propelente dupla base.
[0083] Dessa forma, assim como com as pressões de cápsulamédia e boca da cápsula, os artigos de teste que incluem a composição A forneceram uma redução significativa na pressão de pico, no tempo para a pressão de pico e no impulso de pressão em comparação aos artigos de teste incluindo o propelente dupla base. Os artigos de teste que incluem a composição A forneceram ainda uma redução na pressão de porta média em comparação aos artigos de teste incluindo o propelente dupla base. Estes dados sugerem que as reações que reduzem a pressão ainda estão ocorrendo quando o projétil passa pela porta.Exemplo 3 - Velocidade da composição propelente
[0084] A velocidade média foi determinada para os artigos de testeque incluem a composição A e o propelente dupla base em combinação com um dentre o iniciador à base de chumbo e o iniciador de fósforo vermelho estabilizado. Conforme mostrado na Figura 5, a velocidade média fornecida pelo artigo de teste que inclui a composição A foi significativamente reduzida em comparação à velocidade média fornecida pelo propelente dupla base independentemente do iniciador. O artigo de teste que inclui a combinação do iniciador à base de chumbo com a composição A mostrou a menor velocidade. Como a especificação para velocidade tem um mínimo e um máximo, acredita-se que a composição A permite que a velocidade seja adaptada pelo controle da quantidade de fósforo vermelho estabilizado e encapsulado adicionado a um propelente convencional, tal como um propelente dupla base. Embora não se deseje estar preso a uma teoria particular, produtos de reação aumentados a partir da composição A podem resultar em um aumento na perda de gás durante a queima em comparação com a perda de gás a partir do propelente dupla base.
[0085] A adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsuladoao propelente dupla base modificou significativamente as propriedades balísticas medidas. Mais especificamente, a pressão de pico, o tempo para a pressão de pico e o impulso de pressão foram todos reduzidos sem reduzir significativamente a pressão média. Embora não se deseje estar preso a uma teoria particular, acredita-se que isto sugere que o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado pode ser usado para reduzir a tensão sobre um dispositivo bélico ou sistema de arma por combustão do propelente. A adição do fósforo vermelho estabilizado e encapsulado ao propelente dupla base pode, também, reduzir a velocidade fornecida pelo propelente.
[0086] Embora a presente descrição seja suscetível a váriasmodificações e formas alternativas, modalidades específicas foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e foram descritas em detalhes neste documento. Entretanto, a presente invenção não tem a intenção de limitar-se às formas particulares apresentadas. Em vez disso, a invenção inclui todas as modificações, equivalentes, e alternativas que se enquadram no escopo da presente descrição, conforme definida pelas seguintes reivindicações em anexo e seus equivalentes legais. Por exemplo, elementos e características apresentadas em relação a uma modalidade podem ser combinadas com elementos e características apresentadas em relação a outras modalidades da presente invenção.
Claims (17)
1. Composição propelente, caracterizada pelo fato de que compreende:um propelente que compreende um aglutinante energético e pelo menos um plastificante energético; eum fósforo vermelho estabilizado, encapsulado compreendendo fósforo vermelho revestido com óxido de metal e um polímero.
2. Composição propelente, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que o propelente compreende ainda nitrocelulose; eo plastificante energético compreende ao menos um dentre polibutadieno terminado em hidroxila, polibutadieno terminado em carbóxi, um polímero de glicidil azida, um oxetano, e um polímero de oxirano.
3. Composição propelente, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um plastificante energético compreende um éster de nitrato.
4. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um plastificante energético compreende nitroglicerina.
5. Composição propelente, de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de que o fósforo vermelho estabilizado, encapsulado é disperso homogeneamente na nitrocelulose.
6. Composição propelente, de acordo com a reivindicação2, caracterizada pelo fato de que o fósforo vermelho estabilizado, encapsulado é misturado com a nitrocelulose.
7. Composição propelente, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que o aglutinante energético compreende ao menos um dentre nitrocelulose, nitrato de ciclodextrina, nitrato de polivinila, um polímero de dinitropropilacrilato, e um nitroetileno polimérico.
8. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um plastificante energético compreende ao menos um dentre nitroglicerina, trinitroglicerina, trinitrato de metriol, trinitrato de trimetiloletano, dinitrato de diglicol, dinitrato de trietileno glicol, trinitrato de butano triol, dinitrato de dietilenoglicol, dinitrato de propileno glicol, dinitrato de etilenoglicol, butil-2-nitratoetil-nitramina, metil-2-nitratoetil-nitramina, e etil-2-nitratoetil-nitramina.
9. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o propelente compreende um propelente dupla base ou um propelente multibase.
10. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o fósforo vermelho estabilizado, encapsulado está presente em uma quantidade entre 0,1 %, em peso, e 10 %, em peso, de um peso total da composição propelente.
11. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, ainda, pelo menos um dentre um líquido inerte, um oxidante, supressor de queima, um combustível metálico, um composto de carbono, um solvente, um estabilizante e um tensoativo.
12. Composição propelente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição propelente compreende nitrocelulose, nitroglicerina, ftalato de dibutila, adipato de poliéster, centralita de etila, rosina, acetato de etila, difenilamina, N- nitrosodifenilamina, nitrato de potássio, sulfato de potássio, dióxido de estanho, grafite, e carbonato de cálcio.
13. Método para formar a composição propelente como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que compreende combinar o fósforo vermelho estabilizado e encapsulado com o propelente que compreende o aglutinante energético e o plastificante energético, em que o fósforo vermelho encapsulado e estabilizado compreende o fósforo vermelho revestido com o óxido de metal e o polímero.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, plasticizar nitrocelulose com o plastificante energético que compreende pelo menos um éster de nitrato.
15. Elemento bélico, caracterizado pelo fato de que compreende:a composição propelente (106), como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 12; eum iniciador (114).
16. Elemento bélico, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o iniciador (114) compreende fósforo vermelho estabilizado, encapsulado, pelo menos um oxidante, pelo menos uma composição explosiva secundária, pelo menos um metal, e pelo menos um aglutinante resistente a ácido.
17. Elemento bélico, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o iniciador (114) compreende fósforo vermelho estabilizado por um sequestrante de ácido e um polímero.
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