BR112016003232A2

BR112016003232A2 - Método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas

Info

Publication number: BR112016003232A2
Application number: BR112016003232-2A
Authority: BR
Inventors: Daniel Lepage; Pierre-Yves Paradis; Simon Durand
Original assignee: General Dynamics Ordnance And Tactical Systems-Canada Valleyfield Inc.
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2014-08-08
Publication date: 2020-07-07
Also published as: ES2792274T3; IL244125A0; IL244125B; AU2014306330A1; AU2014306330B2; SG11201600999XA; JP6524083B2; JP2016534313A; CA2920690C; BR112016003232B1; KR20160051787A; WO2015021545A1; CA2920690A1; EP3033585A1; EP3033585A4; US10843979B2; US20150284301A1; KR102219278B1; EP3033585B1

Abstract

método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas a presente invenção trata de um método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas. o método da presente invenção simplifica o ajuste necessário para produzir propelentes com camadas múltiplas por uso de equipamento industrial, que é mais eficiente em energia e espaço do que a maquinaria que é convencionalmente empregada para tais processos. o método compreende o fornecimento de uma primeira formulação de propelente; o fornecimento de um molde configurado para fornecer uma estrutura apresentando um casco externo e um interior oco, quando material for extrudado através dele; a extrusão da primeira formulação de propelente através do molde, para produzir uma primeira camada de propelente apresentando um casco externo definindo um interior oco na forma de canal apresentando extremidades abertas; o fornecimento de uma segunda formulação de propelente, a segunda formulação de propelente sendo de baixa viscosidade; a injeção da segunda formulação de propelente no canal definido pela primeira camada de propelente, para formar uma segunda camada de propelente disposta no canal; e o endurecimento da segunda camada de propelente. as primeira e segunda camadas de propelente apresentam diferentes taxas de queima.

Description

“MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM GRÃO DE PROPELENTE COM CAMADAS MÚLTIPLAS” REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDO RELACIONADO

[0001] O presente pedido reivindica o benefício da prioridade em relação ao Pedido Provisório dos Estados Unidos de Número de Série 61/866.748, depositado em 16 de Agosto de 2013, e ao Pedido dos Estados Unidos de Número de Série 14/166.622, depositado em 28 de Janeiro de 2014, os conteúdos dos quais são aqui incorporados por referência em suas totalidades.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção, de maneira geral, se refere a um método de fabricação de propelentes usados em sistemas de propulsão para munição convencional.

HISTÓRICO

[0003] Propelentes sólidos produzem gases quentes quando queimados. A produção de gases quentes cria pressão que impulsiona sistemas de propulsão para munição convencional de todos os calibres. A pressão gerada em um tubo de arma acelera os projéteis. O objetivo para obtenção de desempenho ótimo é maximizar a aceleração do projétil no tubo da arma de fogo (gun barrel) tão longamente quanto possível sem ultrapassar o nível de estresse de falha mecânica do tubo da arma de fogo. Têm sido feitas tentativas para se conseguir uma taxa de geração de gases da carga de propelente da arma, do lado de dentro da câmara de um sistema de arma, para fornecer desempenho ótimo. Uma abordagem é usar um propelente com composição múltipla composto por camadas de queima múltiplas de material propelente combinadas de uma tal maneira que todas as camadas queimem sequencialmente ou aproximadamente simultaneamente. Uma camada de queima lenta sofre ignição e queima primeiro, por meio disto gerando gás em uma taxa mais baixa precocemente no ciclo balístico. A seguir, uma camada de queima mais rápida sofre ignição de uma maneira controlada mais tarde no ciclo balístico, fornecendo um aumento de taxa de geração de gás e prolongando o tempo de aceleração do projétil. Também podem ser fornecidas camadas adicionais apresentando taxas de queima diferentes.

[0004] A progressividade da queima é um método importante de otimização balística interior. Em sistemas de armamentos modernos, desempenhos e velocidades iniciais (muzzle velocities) extremamente elevados são necessários para maximizar os efeitos térmicos para sistemas de fogo direto ou a faixa para sistemas de fogo indireto. O uso de propelentes em camadas, para otimizar a progressividade, é conhecido como sendo uma técnica eficiente. Essa técnica envolve a estruturação de um grão de propelente usando duas ou mais camadas de composições diferentes. Os materiais são selecionados e reunidos, de modo que cada camada queime quase sequencialmente. Têm sido testadas geometrias, tais como folhas em camadas, apresentando uma camada de queima rápida ensanduichada entre duas folhas de material de queima lenta. As folhas em camadas têm sido cortadas em folhas empilhadas circulares, enroladas como um pergaminho ou cortadas em tiras. Um processo de fabricação conhecido emprega duas extrusoras contínuas com parafusos duplos. Essas produzem camadas de cada composição usando um projeto de molde de cabide de revestimento sofisticado. Outros empregaram uma única extrusora contínua com parafusos duplos e colaram as folhas em conjunto. Outra técnica conhecida emprega duas extrusoras hidráulicas paralelas, coextrudando as duas composições sólidas combinadas em um projeto de molde específico. Mais recentemente, a técnica foi refinada usando duas extrusoras com parafusos duplos conectadas a um molde especialmente projetado, que combinam as duas camadas em conjunto em um propelente com formato de cilindro.

[0005] O documento GB 2.384.207 descreve um método para produção de um corpo alongado de material energético, por extrusão de um primeiro material compreendendo uma mistura íntima viscosa de um material energético e um aglutinante polimérico, seguido por um corpo que se move de um segundo material, para formar uma composição ligada de um primeiro material e de um segundo material.

[0006] A Patente U.S. Nº 3.002.459 descreve propelentes perfurados, com camadas múltiplas, para uso em foguetes, e um método de preparação usando composições em pó comprimidas para formar os propelentes perfurados.

[0007] A Patente U.S. Nº 3.706.278 descreve revestimentos poliméricos ou filmes pra grãos de carga de propelente para regular o programa de geração de gases dos propelentes, por manipulação da taxa de queima da camada externa e do núcleo interno.

[0008] A Patente U.S. Nº 7.869.989 descreve um processo para preparação de propelentes para munições, que são funcionalmente graduados sobre a área de seção transversal do propelente. O propelente é formado forçando-se uma formulação em volume de propelentes para munições, sob pressão, através de moldes ou tubulação similar longa o suficiente para estratificar por concentração um produto com um gradiente de concentração de seção transversal desejável.

[0009] Processos de fabricação atualmente conhecidos na técnica, para produção de propelentes com camadas múltiplas, exigem equipamento industrial complexo, tal como um prensa hidráulica ou uma extrusora com parafuso para extrudar a camada exata. Esse equipamento exige o uso de uma quantidade significativa de espaço e de energia. Como resultado, é caro operar e frequentemente difícil de se obter resultados satisfatórios.

[0010] Portanto, existe uma demanda por um método de fabricação de grãos de propelente com camadas múltiplas, que utilize equipamento mais simples, que exija menos potência, e que seja menor do que o equipamento necessário para extrudar camadas de propelentes, conforme exigido em processos de fabricação conhecidos. Além disso, outras peculiaridades e características do objeto da invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada subsequente e das reivindicações apensas, tomadas em conjunção com os desenhos acompanhantes e seu histórico do objeto da invenção.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0011] É fornecido um método de fabricação de propelentes com camadas múltiplas, que envolve a etapa de extrusão de uma primeira camada de um material propelente usando maquinaria convencional, tal como uma prensa hidráulica ou uma extrusora com parafuso, a primeira camada sendo extrudada de modo que a primeira camada apresente um interior oco. Outra etapa do método é a injeção de uma camada de um material propelente com viscosidade mais baixa do lado de dentro do interior oco por um diferencial de pressão, para formar um propelente apresentando pelo menos duas camadas, nas quais as duas camadas apresentam diferentes taxas de queima. A injeção do material propelente com viscosidade mais baixa, do lado de dentro do interior oco da primeira camada, pode ser feita substancialmente do mesmo lado conforme a primeira camada esteja sendo extrudada.

[0012] Acordo com um aspecto da invenção, é fornecido um método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas, compreendendo as etapas de fornecimento de uma primeira formulação de propelente; de fornecimento de um molde configurado para fornecer uma estrutura apresentando um casco externo e um interior oco, quando material for extrudado através dele; de extrusão da primeira formulação de propelente através do molde, para produzir uma primeira camada de propelente apresentando um casco externo definindo um interior oco na forma de uma passagem apresentando extremidades abertas; de fornecimento de uma segunda formulação de propelente, a segunda formulação de propelente sendo de baixa viscosidade; de injeção da segunda formulação de propelente na passagem definida pela primeira camada de propelente para formar uma segunda camada de propelente disposta na passagem; e de endurecimento da segunda camada de propelente, sendo que a primeira e a segunda camadas de propelente apresentam diferentes taxas de queima.

[0013] Esse breve sumário é fornecido para introduzir uma seleção de conceitos de uma forma simplificada, que são adicionalmente descritos abaixo, na descrição detalhada. Esse sumário não pretende identificar características chave ou características essenciais do objeto reivindicado, nem pretende ser usado como um auxiliar na determinação do escopo do objeto reivindicado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0014] A presente invenção, nas partes que se seguem, será descrita em conjunção com as seguintes figuras de desenho, nas quais números iguais denotam elementos iguais, e nas quais:

[0015] A Figura 1é uma vista em perspectiva de um grão de propelente extrudado da presente invenção;

[0016] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de equipamento usado para um processo de extrusão da presente invenção;

[0017] A Figura 3 é uma vista explodida do molde de extrusão da presente invenção;

[0018] A Figura 4 é uma segunda vista explodida do molde de extrusão da presente invenção;

[0019] A Figura 5 é uma seção transversal de um molde de extrusão modificado da presente invenção;

[0020] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma pluralidade de cordas de propelente produzidas pelo método da presente invenção;

[0021] A Figura 7 é uma vista frontal de uma modalidade alternativa de um grão de propelente com camadas múltiplas produzido pelo método da presente invenção;

[0022] A Figura 8 é uma vista frontal de uma segunda modalidade alternativa de um grão de propelente com camadas múltiplas produzido pelo método da presente invenção;

[0023] A Figura 9 é uma vista frontal de uma terceira modalidade alternativa de um grão de propelente com camadas múltiplas produzido pelo método da presente invenção;.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] A presente invenção é dirigida a um método de produção de grãos de propelente com múltiplas camadas. Como um técnico especializado no assunto apreciará, um desempenho otimizado é atingido, para um propelente com camadas múltiplas, quando uma pressão operacional máxima for obtida quando da combustão de uma primeira camada por um segundo pico de pressão operacional máxima na pressão operacional máxima gerada pela combustão subsequente de uma segunda camada, que apresenta uma taxa de queima mais rápida do que aquela da primeira camada. Uma característica do desempenho otimizado pode ser melhor progressividade de queima. A energia transferida no movimento de projétil é otimizada pela pressão máxima mantida durante um período de tempo mais longo no tambor. A produção de grãos de propelente com camadas múltiplas através de técnicas de coextrusão pode conduzir à velocidade inicial aumentada e a outros resultados, tais como coeficiente de temperatura plano, quando o propelente gerará a mesma energia de velocidade inicial em temperaturas fria e quente; e insensibilidade ou diminuição de erosão do tambor.

[0025] O método da presente invenção simplifica o ajuste necessário para produzir propelentes com camadas múltiplas por uso de equipamento industrial, que é mais eficiente em energia e em espaço do que a maquinaria, que é convencionalmente empregado para tais processos. O processo da presente invenção inclui a etapa de extrusão de uma primeira camada de uma formulação de propelente usando maquinaria convencional, tal como uma prensa hidráulica ou uma extrusora com parafuso. A primeira camada é extrudada para gerar uma forma preferencialmente alongada, que define uma passagem oca. O método inclui uma etapa de injeção de uma segunda camada de uma formulação de propelente com viscosidade mais baixa do lado de dentro da passagem definida pela primeira camada. De preferência, isso é conseguido por um diferencial de pressão. De preferência, a etapa de injeção da segunda camada de uma viscosidade mais baixa é realizada substancialmente ao mesmo tempo conforme a primeira camada esteja sendo extrudada. A injeção da segunda camada pode ser concretizada por vários meios, incluindo bombas, vasos pressurizados, prensa hidráulica ou pequenas extrusoras com parafuso. Esses tipos de equipamento exigem menos potência e são usualmente menores do que o equipamento necessário para extrusão de propelentes convencionais. Portanto, são exigidos espaço e infraestrutura limitados para modernizar processos de produção existentes e equipamento associado com essa metodologia. A camada propelente com baixa viscosidade injetada pelo método da presente invenção é, de preferência, subsequentemente endurecido por um de vários meios possíveis, incluindo por resfriamento, por aplicação de calor, por secagem ou por polimerização, conforme discutido em maiores detalhes abaixo.

[0026] O método da presente invenção envolve a provisão de uma primeira formulação de propelente. A primeira formulação de propelente é, de preferência, uma formulação de propelente de queima relativamente lenta. Uma formulação de propelente de queima lenta pode ser considerada como uma formulação conhecida na técnica, compreendendo, mas não limitada a, um propelente de base única, dupla, tripla ou múltipla ou um propelente LOVA (munição com baixa vulnerabilidade) apresentando uma taxa de queima linear, que pode variar dependendo da aplicação. A formulação de propelente de queima lenta, de preferência, apresenta uma taxa de queima na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,3 metros por segundo à 200 MPa. Um exemplo de uma formulação de propelente de queima relativamente lenta aceitável é nitrocelulose à 55% e trinitrato de trimetilol-etano.

[0027] O método da presente invenção também envolve a provisão de uma segunda formulação de propelente. A segunda formulação de propelente é, de preferência, uma formulação de propelente de queima relativamente rápida, na qual a taxa de queima é, de preferência, de cerca de 1,5 a cerca de 5 vezes mais rápida do que a da formulação de propelente de queima lenta. O propelente de queima rápida, de preferência, apresenta uma taxa de queima de cerca de 0,15 a cerca de 1 metro por segundo à 200 MPa. Um exemplo de uma formulação de propelente de queima relativamente rápida é GAP (polímero de glicidil- azida) à 26%, TMETN (trinitrato de trimetilol-etano) à 39% e RDX (ciclotrimetileno-trinitramina) à 35%.

[0028] Antes da etapa de extrusão descrita abaixo, a primeira formulação de propelente é processada. A etapa de processamento pode ser realizada por vários métodos conhecidos na técnica. Por exemplo, o processamento pode ser realizado usando, mas não limitado a, extrusão com parafusos duplos, ou processamento com moinho de rolos duplos, que compreende a laminação de uma pasta de propelente entre dois rolos aquecidos, para efetuar a mistura, e a inserção da pasta em uma prensa hidráulica para extrusão. Um método de processamento preferido é via um misturador em batelada, no qual os ingredientes da primeira formulação de propelente são misturados com uma combinação de solventes, selecionados a partir do grupo consistindo em um alcanol inferior, um éter alifático de C2-C6, acetona, um acetato de alquila inferior e misturas dos mesmos, aquecidos e, então, resfriados, enquanto se evapora uma grande concentração de solventes. A escolha de solventes dependerá das características desejadas da pasta de propelente, por exemplo, acetato de etila pode ser usado quando os ingredientes do propelente forem solúveis em acetona, e dietil éter pode ser usado para uma etapa de secagem com calor mais rápida. Mas preferivelmente, o solvente é uma mistura 50/50 de álcool etílico e acetona. A primeira formulação de propelente, de preferência, pode estar na forma de uma pasta ou outras formas, tal como um gel, seguindo o processamento. Uma vez que a pasta esteja pronta, ela é, de preferência, bloqueada em cilindros, para facilitar a extrusão.

[0029] O método da presente invenção inclui a etapa de extrusão da primeira formulação de propelente através de um molde, para produzir uma estrutura alongada apresentando um casco externo e definindo um interior oco, que forma uma passagem a partir de uma primeira extremidade aberta da estrutura até uma segunda extremidade aberta. Um grão de propelente com camadas múltiplas preferido, produzido pelo processo da presente invenção, é mostrado na Figura 1. O grão de propelente com camadas múltiplas 2 compreende uma primeira camada 4 apresentando um casco externo 12. De preferência, a primeira camada 4 está na forma de um tubo oco definindo uma passagem 6. Muitos moldes conhecidos na técnica podem ser usados para extrudar a primeira formulação de propelente. Tais moldes podem ser usados em extrusoras hidráulicas e em extrusoras com parafusos duplos, dentre outras conhecidas na técnica. Conforme discutido em maiores detalhes abaixo, uma segunda formulação de propelente 8 é injetada na passagem 6, para formar o grão de propelente com camadas múltiplas 2. O grão de propelente com camadas múltiplas 2, de preferência, apresenta um diâmetro de cerca de 2 mm a cerca de 10 mm. No entanto, a invenção não está limitado a essa faixa de diâmetros. O diâmetro é dependente do calibre da munição, para a qual ele será usado. Por exemplo, para um sistema de arma GAU8 de 30 mm, um diâmetro de cerca de 3 mm seria apropriado. Para um casco de tanque de 120 mm, um diâmetro de cerca de 8 mm seria apropriado.

[0030] A segunda formulação de propelente é fornecida, a qual é processada tal que ela apresente uma baixa viscosidade em suas temperatura e condições de extrusão. Para as finalidades da presente invenção, uma formulação com baixa viscosidade é uma formulação que apresente uma viscosidade que esteja na faixa de cerca de 0 a cerca de

2.000 Pa.s em suas temperatura e condições de extrusão. De preferência, a viscosidade está na faixa de cerca de 0 a cerca de 500 Pa.s em suas temperatura e condições de extrusão. Mais preferencialmente, a viscosidade está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 200 Pa.s em suas temperatura e condições de extrusão. E muitíssimo preferivelmente, a viscosidade está na faixa de cerca de 5 a cerca de 50 Pa.s em suas temperatura e condições de extrusão. A segunda formulação de propelente com baixa viscosidade pode ser fornecida em várias formas, incluindo na forma de uma pasta, um gel ou um líquido.

[0031] A segunda formulação de propelente pode ser processada antes da etapa de injeção descrita abaixo, de acordo com inúmeros métodos conhecidos na técnica. A segunda formulação de propelente pode ser misturada, por exemplo, em um misturador planetário, um misturador helicoidal vertical, em um reservatório equipado com um propulsor, um tambor rotativo, um agitador de tintas, um misturador com pás sigma, um misturador estático ou um misturador de bolsa. De acordo com um método de processamento preferido, os ingredientes da segunda formulação de propelente são misturados em um misturador estático ou planetário, sob vácuo. Triacrilato de pentaeritritol (PETA) pode ser adicionado à segunda formulação de propelente minutos antes da injeção, conforme descrito abaixo, e completamente misturados, sob vácuo. Esses produtos químicos iniciam uma reação de polimerização com GAP. O tempo de endurecimento dependerá da concentração de PETA na mistura, conforme discutido adicionalmente abaixo.

[0032] O processo inclui a etapa de injeção da segunda formulação de propelente na passagem definida pela primeira camada de propelente extrudada, para formar uma segunda camada de propelente disposta na passagem. Essa etapa, de preferência, é realizada substancialmente de maneira contemporânea com a etapa de extrusão da primeira camada de propelente. A primeira formulação de propelente é inserida na extrusora de prensa hidráulica, enquanto um vaso contendo a segunda formulação de propelente é, de preferência, conectado ao molde de extrusão através do tubo 20, conforme mostrado na Figura

2. A segunda formulação de propelente pode ser introduzida pode ser introduzida por pressão pneumática positiva, uma pequena prensa hidráulica, uma extrusora com parafuso ou uma bomba, mais preferivelmente, por bomba de cavitação, na passagem formada através da extrusão da primeira camada de propelente através do tubo 20.

[0033] A pressão da prensa hidráulica é aumentada até que a primeira formulação de propelente escoe para o molde de extrusão. Uma pressão de ar pneumática, no vaso contendo a segunda formulação de propelente, até que a passagem definida pela primeira camada de propelente seja preenchida simultaneamente com a segunda formulação de propelente.

[0034] Um molde de extrusão 30 preferido da presente invenção é mostrado nas Figuras 3 e 4. O molde 30 compreende um primeiro membro de molde 31, que se conecta a um segundo membro de molde 33. Em modalidades alternativas da presente invenção, o molde 30 pode compreender um único membro de molde, no qual o primeiro membro 31 e o segundo membro 33 são formados de maneira integral. O primeiro membro de molde compreende passagens 34 múltiplas formadas através dele. O primeiro membro de molde 31 compreende adicionalmente um tubo oco 46 e um tubo de recebimento 54.

[0035] O segundo membro de molde 33 compreende uma abertura 38, conforme mostrado na Figura 3, que conduz para um tubo 46, conforme mostrado na Figura 5. O tubo 46 forma um conduto 40, conforme mostrado na Figura 5. O segundo membro de molde 33 compreende adicionalmente e um tubo oco 44, que define um conduto. O tubo 44 apresenta uma abertura 42. O segundo membro de molde 33 compreende adicionalmente uma abertura 50, conforme mostrado na Figura 4. O segundo membro de molde define uma câmara de coleta 36, para recebimento de uma quantidade da primeira formulação de propelente a partir das passagens 34.

[0036] O primeiro membro de molde 31 é recebido no segundo membro de molde 33. Quando os dois membros de molde forem conectados, o tubo 46 é recebido na passagem 40 através da abertura 38. O tubo de recebimento 54 é recebido no tubo 44 através da abertura 50, para formar uma passagem contínua com ele.

[0037] Um método preferido de realização da extrusão substancialmente simultânea da primeira formulação de propelente e da injeção da segunda formulação de propelente é realizado usando o molde de extrusão 30, uma seção transversal do qual é mostrado na Figura 5. O molde de extrusão é mostrado conforme instalado na prensa hidráulica 52. O molde de extrusão 30 define uma pluralidade de primeiras aberturas 32, para recebimento da primeira formulação de propelente a partir da prensa hidráulica, conforme descrito acima. A pluralidade de aberturas 32 se conecta aos condutos 34, que entregam a primeira formulação de propelente à abertura 38, através da câmara de coleta 36. O molde 30 é configurado para criar uma abertura no material extrudado, que define uma passagem alongada, conforme o material da primeira formulação de propelente se move através do conduto 40 e sobre o tubo 46, depois de ter passado através da abertura 38, dado que o tubo 46 está localizado no conduto 40.

[0038] A segunda formulação de propelente é recebida na abertura 42 a partir do vaso contendo a segunda formulação de propelente. A segunda formulação de propelente é bombeada para o conduto 44 e, então, através do tubo de recebimento 54 e, então, para o tubo 46, que é conectado ao tubo de recebimento 54, através do conduto 58. O conduto 58 conecta o tubo 54 ao tubo 46 via um orifício perfurado na primeiro membro de molde

31. Esse orifício é, então, capeado para formar um conduto. O tubo 46 é posicionado tal que a primeira formulação de propelente escoe em torno do tubo 46, depois de passar através da abertura 38. O tubo 46 regista efetivamente com a abertura criada na primeira camada de propelente, conforme a primeira formulação de propelente passa através da abertura 38 para o conduto

40. O conduto 40 apresenta uma abertura terminal 50 e o tubo 44 apresenta uma abertura terminal 52, tal que, conforme a primeira formulação de propelente sai da abertura 50 e a segunda formulação de propelente sai da abertura 52, seja formada uma corda de propelente 60, conforme mostrado na Figura 6. O propelente compreende uma camada externa 4, que é a primeira camada de propelente, e uma camada interna 8, que é a segunda camada de propelente.

[0039] Imediatamente seguindo a injeção da segunda camada de propelente na primeira camada de propelente, a segunda camada de propelente está em um estado de baixa viscosidade. A segunda camada de propelente é, então, endurecida. De preferência, a segunda camada de propelente é endurecida para um nível de viscosidade que impeça o escoamento indesejado da segunda camada de propelente.

[0040] O endurecimento da segunda camada de propelente com baixa viscosidade é realizado de acordo com qualquer um de inúmeros métodos conhecidos na técnica.

[0041] De acordo com um de tais métodos, a segunda formulação de propelente com baixa viscosidade é amolecida com um solvente antes da injeção. Esse solvente pode ser álcool, acetona, éter, acetato de etila, n-heptanos, metanol, cloreto de etila ou qualquer solvente compatível com os ingredientes usados na formulação. O solvente é removido por evaporação depois que a segunda formulação de propelente for injetada. Isso impede o escoamento da segunda formulação de propelente injetada.

[0042] Por exemplo, uma segunda formulação de propelente, composta por uma grande quantidade de energético sólido, tal como um propelente com base em nitramina, é misturada com um aglutinante de nitro- celulose e um plastificante energético. A mistura é amolecida com uma combinação de acetato de etila e álcool. A segunda camada de propelente injetada é subsequentemente secada em água quente ou com uma circulação de ar quente.

[0043] Alternativamente, quando a segunda formulação de propelente for amolecida por aplicação de calor antes da injeção, ela pode ser endurecida por resfriamento subsequente. Por exemplo, uma segunda formulação de propelente altamente plastificada, que seja uma base dupla composta por nitro-celulose e nitroglicerina, pode ser aquecida para cerca de 95ºC. A mistura pode, então, ser injetada via uma prensa com parafuso único na primeira camada de propelente. O endurecimento correrá enquanto a segunda formulação de propelente seja resfriada.

[0044] Outra alternativa para endurecimento da segunda camada de propelente é o aquecimento. Alguns materiais, tais como certos tipos de nitro-celulose, são endurecidos por aplicação de calor durante um período de tempo. Os ingredientes da segunda formulação de propelente são misturados e injetados na primeira camada de propelente e, então, o propelente com camadas múltiplas é aquecido para endurecer a segunda formulação de propelente injetada.

[0045] Ainda outra alternativa para a etapa de endurecimento é o uso de um agente de endurecimento. Um agente de endurecimento pode ser adicionado à segunda formulação de propelente injetada antes da formatação do propelente. Esse agente reagirá com um dos ingredientes para endurecer em condições específicas de tempo e de temperatura. O agente de endurecimento pode reticular, catalisar uma reação ou polimerizar a formulação injetada.

[0046] O propelente resultante apresenta uma camada externa, que é a primeira camada de propelente de queima lenta, e uma camada interna, que é a segunda camada de propelente de queima rápida, conforme mostrado na Figura

1. A Figura 4 mostra uma pluralidade de cordas 60 de propelente produzido pelo método da presente invenção, que foram estiradas e secadas seguindo o endurecimento da segunda camada de propelente.

[0047] O propelente é usado para acionar sistemas de propulsão para munição convencional de todos os calibres. Sem se estar ligado à teoria, a combustão da primeira camada de propelente cria pressão no tubo da arma para acelerar projéteis. A combustão subsequente da segunda camada de propelente de queima mais rápida mantém a pressão conforme o volume aumenta, o que aumenta o desempenho do propelente.

[0048] O método da presente invenção também pode ser empregado para produzir grãos de propelente com camadas múltiplas, que apresentem geometrias mais complexas. Por exemplo, uma perfuração 66 pode ser adicionada no centro do grão de propelente, conforme mostrado na Figura 7. A maquinaria descrita aqui pode extrudar uma camada externa 62 e uma camada interna 64 de uma formulação de propelente de queima lenta circundando a perfuração 66, enquanto uma segunda formulação de propelente de queima rápida 68 seja injetada em uma seção anular central.

[0049] Outra modalidade de um grão de propelente, que pode ser produzido de acordo com o método da presente invenção, é mostrada na Figura 8. Esse grão de propelente apresenta uma geometria de sete perfurações coextrudada. Esse tipo de geometria otimiza a progressividade geométrica. A maquinaria descrita aqui pode extrudar uma camada externa 72 e camadas internas 74 de uma formulação de propelente de queima lenta, cada uma circundando uma perfuração 76, enquanto uma segunda formulação de propelente de queima rápida 78 seja injetada em uma seção central entre as perfurações 76.

[0050] Múltiplas camadas podem ser extrudadas com diferentes taxas de queima para aumentar a progressividade e a densidade de energia. A Figura 9 mostra um exemplo de uma tal geometria. O grão de propelente mostrado apresenta uma primeira camada de propelente 80, uma segunda camada de propelente 82 e uma terceira camada de propelente 84. Cada uma dessas camadas de propelente apresenta uma diferente taxa de queima.

EXEMPLO ILUSTRATIVO

[0051] A presente invenção é agora ilustrada pelo seguinte exemplo não limitante. Deve ser observado que várias mudanças e modificações podem ser aplicadas ao exemplo seguinte e a processos sem se desviar do escopo desta invenção, que é definida nas reivindicações apensas. Portanto, deve ser observado que o seguinte exemplo deve ser interpretado somente como ilustrativo e não como limitante em qualquer sentido.

[0052] O seguinte exemplo não limitante é fornecido.

[0053] É fornecido um propelente composto por dois cilindros concêntricos, conforme mostrado na Figura 1. A primeira camada de propelente de queima lenta é composta por nitro-celulose à 55% e trinitrato de trimetilol- etano à 45% (TMETN). Ela é conformada como um tubo e é preenchida com uma segunda formulação de propelente de queima rápida contendo GAP à 26%, TMETN à 39% e RDX à 35%.

[0054] A primeira formulação de propelente de queima lenta é processada via um misturador em batelada, em que os ingredientes são misturados com uma combinação de álcool e acetona, aquecidos e, então, resfriados, enquanto se evapora uma grande concentração de solventes. Uma vez que a pasta esteja pronta, ela é bloqueada em cilindros para facilitar a extrusão. Enquanto isso, os ingredientes da segunda formulação de propelente de queima rápida são misturados em um misturador estático ou planetário, sob vácuo.

[0055] Triacrilato de pentaeritritol (PETA) é adicionado à segunda formulação de propelente de queima rápida minutos antes da extrusão e misturados completamente, sob vácuo. Esse produto químico inicia uma reação de polimerização com GAP. O tempo de endurecimento depende da concentração de PETA na mistura.

[0056] A pasta da primeira formulação de propelente de queima lenta é, então, inserida na extrusora da prensa hidráulica, enquanto o misturador estático, contendo a formulação rápida, é conectado ao molde de extrusão.

[0057] A partir de uma localização remota, a pressão da prensa hidráulica é, então, aumentada até que a pasta da primeira formulação de propelente de queima lenta comece a escoar no molde de extrusão. Uma pressão de ar pneumática é finalmente aumentada no vaso de misturador estático até uma passagem, formada na pasta da primeira formulação de propelente de queima lenta, pelo molde quando da extrusão, é preenchida simultaneamente por injeção da segunda formulação de propelente de queima rápida.

[0058] O escopo das reivindicações não deve estar limitado pelas modalidades preferidas mostradas na descrição e nos exemplos, mas deve ser dada a mais ampla interpretação consistente como a descrição como um todo.

[0059] Além disso, embora pelo menos uma modalidade exemplificativa tenha sido apresentada na descrição detalhada antecedente da invenção, deve ser apreciado que existe um vasto número de variações. Também deve ser apreciado que a modalidade exemplificativa ou as modalidades exemplificativas são somente exemplos, e não se pretende que se limite o escopo, a aplicabilidade ou a configuração da invenção de qualquer maneira. Ao invés disso, a descrição detalhada anterior fornecerá aos técnicos especializados no assunto uma rota conveniente para a implementação de uma modalidade exemplificativa da invenção, sendo entendido que várias mudanças podem ser feitas na função e na disposição de elementos descritos em uma modalidade exemplificativa, sem se desviar do escopo conforme mostrado nas reivindicações anexas e seus equivalentes legais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fabricação de um grão de propelente com camadas múltiplas, caracterizado por compreender as seguintes etapas: fornecimento de uma primeira formulação de propelente; fornecimento de um molde configurado para fornecer uma estrutura apresentando um casco externo e um interior oco quanto o material for extrudado através dele; extrusão da primeira formulação de propelente através do molde, para produzir uma primeira camada de propelente apresentando um casco externo definindo um interior oco na forma de uma passagem apresentando extremidades abertas; fornecimento de uma segunda formulação de propelente, a segunda formulação de propelente sendo de baixa viscosidade; injeção da segunda formulação de propelente na passagem definida pela primeira camada de propelente, para formar uma segunda camada de propelente disposta na passagem, sendo que a injeção da segunda formulação de propelente é realizada substancialmente no mesmo tempo que a extrusão da primeira formulação de propelente; e endurecimento da segunda camada de propelente, sendo que a primeira e a segunda camadas de propelente apresentam diferentes taxas de queima.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a viscosidade da segunda formulação de propelente está na faixa de cerca de 0 a cerca de 2.000 Pa.s.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de propelente é conformada como um tubo.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o grão de propelente produzido é composto por dois cilindros concêntricos.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de propelente é uma camada de queima lenta composta por nitro-celulose à cerca de 55% e por trinitrato de trimetilol-etano (TMETN) à cerca de 45%.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de propelente é uma camada de queima rápida composta de GAP à cerca de 26%, TMETN à cerca de 39% e RDX à cerca de 35%.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrusão da primeira formulação de propelente através do molde é realizada com uma prensa hidráulica ou uma extrusora com parafuso.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de injeção da segunda formulação de propelente para a passagem é realizada através de diferencial de pressão.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de amolecimento da segunda formulação de propelente com um solvente antes da injeção da segunda formulação de propelente na passagem, e remoção do solvente por evaporação, depois da segunda formulação de propelente na passagem, a fim de endurecer a segunda camada de propelente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de aquecimento da segunda formulação de propelente antes da injeção da segunda formulação de propelente na passagem, e resfriamento depois da segunda formulação de propelente depois da injeção da segunda formulação de propelente, a fim de endurecer a segunda camada de propelente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de endurecimento da segunda camada de propelente é realizada por aquecimento da segunda camada de propelente.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de endurecimento da segunda camada de propelente é realizada por adição de um agente de endurecimento à segunda camada de propelente.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as etapas de extrusão da primeira formulação de propelente e de injeção da segunda formulação de propelente no canal são realizadas simultaneamente.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira camada de propelente apresenta uma taxa de queima de cerca de 0,1 a cerca de 0,3 metros por segundo à 200 MPa.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda camada de propelente apresenta uma taxa de queima de cerca de 0,15 a cerca de 1 metro por segundo à 200 MPa.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de extrusão é realizada por inserção da primeira formulação de propelente em uma pressão de extrusora de prensa hidráulica da prensa hidráulica, para forçar a primeira formulação de propelente através do molde.

17. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de injeção é realizada por aplicação de pressão de ar pneumática à segunda formulação de propelente.

18. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o molde compreende primeiro e segundo membros de molde, o primeiro membro de molde sendo recebível no segundo membro de molde, o primeiro membro de molde definindo um primeiro canal formado através dele, para recebimento da primeira formulação de propelente, o primeiro membro de molde incluindo adicionalmente um tubo separado da passagem, para recebimento da segunda formulação de propelente, o segundo membro de molde definindo um segundo canal, para recebimento da primeira formulação de propelente entregue através do primeiro canal e para recebimento do tubo, o segundo membro de molde definindo uma abertura terminal, para entrega da primeira formulação de propelente a partir da passagem e da segunda formulação de propelente a partir do tubo, sendo que a segunda formulação de propelente é injetada na passagem definida pela primeira camada de propelente.