EP0183884B1 - Composition d'initiation sensible à la percussion et procédé de préparation - Google Patents

Composition d'initiation sensible à la percussion et procédé de préparation Download PDF

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EP0183884B1
EP0183884B1 EP19840402506 EP84402506A EP0183884B1 EP 0183884 B1 EP0183884 B1 EP 0183884B1 EP 19840402506 EP19840402506 EP 19840402506 EP 84402506 A EP84402506 A EP 84402506A EP 0183884 B1 EP0183884 B1 EP 0183884B1
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nitrotetrazole
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Jean Duguet
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Direction General pour lArmement DGA
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B41/00—Compositions containing a nitrated metallo-organic compound
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
    • C06B25/34—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitrated acyclic, alicyclic or heterocyclic amine
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B43/00—Compositions characterised by explosive or thermic constituents not provided for in groups C06B25/00 - C06B41/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of initiation compositions sensitive to percussion intended for example to equip the heads of percussion rockets.
  • the percussion rocket heads intended to ensure the initiation of deflagrant or detonating delay or instantaneous relays comprise an initiation or primer composition, sensitive to the penetration of a striker tip with a more or less sharp end. Under the effect of this percussion, this composition decomposes by detonating or exploding very strongly depending on the nature of the explosive used.
  • the initiation compositions exist in similar forms and belong to two distinct families; a first family which does not have a priming power and therefore serves either to initiate a delay or a composition with a special effect, or to initiate the detonation on condition of adding thereto a priming element generally consisting of azide lead ; the second family has sufficient ignition power to directly initiate the detonation of a relay without requiring an intermediate composition.
  • the first family belongs to the compositions based on basic lead styphnate called "NOL 130 in the USA, lead dinitroresorcinate called” L mixture or RD 1651 in GREAT BRITAIN or lead thiocyanate in FRANCE.
  • the second family belongs to compositions based on primary explosives such as lead azide with the addition of tetrazene, especially used in France.
  • compositions which are moreover very sensitive, have the drawback of not supporting storage at medium temperature, above 75 ° C., for periods of time greater than a few days and of not supporting temperature peaks either. , of the order of 100 to 120 ° C, for durations greater than a few hours, conditions which are frequently encountered in places of storage or use of ammunition equipped with these primers.
  • French patent 2,309,493 mainly describes a process for coating primary explosives and generally mentions the possibility of preparing primers from copper chlorotetrazolate, oxidants and reducing agents. However, it is above all a question of facilitating the handling of primary explosives by coating them with a binder; moreover, no priming composition is proposed.
  • Patent GB-A-384,608 relates above all to a process for the preparation of nitrotetrazole which makes it usable in priming compositions.
  • a comparison table is given for the limit charges for detonation of tetryl and it is specified that these primary explosives are stable under usual storage conditions. It is also indicated that the limit load of mercury fulminate or lead trinitroresorcinate is very reduced by adding a percentage of nitrotetrazole of 10 or 20%.
  • Mention is made of the use of nitrotetrazole in percussion primers and provision is made for the addition of oxygen donors, combustible substances and friction agents to increase the terminal effect and reduce the breaking effect.
  • Detonation initiation compositions are characterized by their sensitivity to percussion, by their heat stability and by their power to initiate a secondary explosive.
  • Conventional compositions based on tetrazene have good sensitivity and good priming power but have the drawback of an alteration of these properties under the action of temperature.
  • the conventional compositions based on lead thiocyanate have a good sensitivity which is not altered by temperature, but they do not have a priming power; they require the introduction into the pyrotechnic chain of an element generally consisting of lead azide.
  • the object of the present invention is to provide an initiation composition very sensitive to percussion, at least as sensitive as the conventional compositions mentioned above, but whose properties are preserved under severe environmental conditions.
  • the subject of the invention is therefore an initiation composition endowed with high thermal stability sensitive to percussion and comprising a primary explosive and a sensitizing additive, characterized in that it comprises 40 to 95% by mass of a explosive with tetrazolic cycle, 2.5 to 40% by mass of an oxidizing agent and 2.5 to 40% by mass of a reducing agent.
  • the primary explosive can be represented by 5-nitrotetrazole, the mercury or silver salt of 5-nitrotetrazole, neutral or basic azotetrazole of silver or lead, halogenated tetrazoles and their salts, or a mixture of these.
  • the oxidant can be represented by potassium chlorate or perchlorate, strontium or barium, lead or manganese dioxide, potassium permanganate, sodium or potassium dichromate or a mixture of xeux, and the reducing agent with antimony sulfide, lead thiocyanate, titanium, zirconium, boron or a mixture thereof.
  • a result obtained by the composition according to the invention lies in the fact that it has excellent thermostability properties while retaining its sensitivity to initiation even after a long stay in a harsh environment.
  • the primer according to the invention predominantly generates a shock wave capable of initiating the charge of a projectile, such as an explosive shell provided with its percussion rocket, a shell with a hollow charge, etc. .
  • the preparation of an initiation composition according to the invention does not present any particular difficulties.
  • the compounds are used as commercially available.
  • the primary explosive is in the form of a fine powder which is preferred to sieve to about 0.2 mm. As an indication, we can do it as follows:
  • a determined charge of the mixture obtained is introduced by manual or mechanical, unitary or multiple process, into cells of miniature stainless steel detonators with an internal diameter of approximately 3.8 mm, then a sealing disc is placed. paper or plastic fiber and each load is compressed with a force of around 300 daN.
  • the detonators thus prepared can be initiated by percussion through the shutter disc using a steel tip with a frustoconical end.
  • Another series of conventional initiators is produced in the same way, containing an initiation composition containing 95% by mass of lead azide and 5% of tetrazene.
  • the apparatus includes a base allowing the estimation of the priming power by detonation, behind a variable aluminum barrier, of a charge of 50 mg of pentrite whose regime is verified by piercing or non-drilling of a 2 mm thick steel witness plate.
  • the initiators according to the invention produce in a very short time a deflagration similar to those which are necessary at the head of certain pyrotechnic chains such as those with short delay for example. They have a very good sensitivity which is little modified after each of the tests unlike the conventional primers which provide widely dispersed results.

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Description

  • Le secteur technique de la présente invention est celui des compositions d'initiation sensibles à la percussion destinées par exemple à équiper les têtes de fusées percutantes.
  • Les têtes de fusées percutantes destinées à assurer l'initiation de relais déflagrants ou détonants à retard ou instantanés comportent une composition d'initiation ou amorce, sensible à la pénétration d'une pointe de percuteur à extrémité plus ou moins acérée. Sous l'effet de cette percussion, cette composition se décompose en détonant ou en déflagrant très vivement suivant la nature de l'explosif utilisé.
  • Les compositions d'initiation existent sous des formes voisines et appartiennent à deux familles distinctes ; une première famille qui ne possède pas de pouvoir d'amorçage et sert donc soit à initier un retard ou une composition à effet spécial, soit à amorcer la détonation à condition d'adjoindre à sa suite un élément d'amorçage constitué généralement d'azoture de plomb ; la seconde famille a un pouvoir d'amorçage suffisant pour amorcer directement la détonation d'un relais sans nécessiter une composition intermédiaire.
  • A la première famille appartiennent les compositions à base de styphnate de plomb basique dite « NOL 130 aux USA, de dinitrorésorcinate de plomb dite « L mixture ou RD 1651 en GRANDE-BRETAGNE ou de thiocyanate de plomb en FRANCE.
  • A la deuxième famille appartiennent les compositions à base d'explosifs primaires tels l'azoture de plomb avec addition de tétrazène, surtout utilisés en France.
  • Dans tous les cas ces compositions, par ailleurs très sensibles, présentent l'inconvénient de ne pas supporter le stockage à température moyenne, supérieure à 75 °C, pendant des durées supérieures à quelques jours et de ne pas supporter non plus les pointes de température, de l'ordre de 100 à 120 °C, pendant des durées supérieures à quelques heures, conditions qui se rencontrent fréquemment dans les lieux de stockage ou d'utilisation des munitions équipées de ces amorces.
  • A titre indicatif, on citera les brevets américains 3 634 155, français 2 386 505 qui décrivent des compositions classiques d'amorçage.
  • Le brevet français 2 309 493 décrit principalement un procédé d'enrobage des explosifs primaires et évoque de façon générale la possibilité de préparer des amorces à partir du chlorotétrazolate de cuivre, d'oxydants et de réducteurs. Toutefois, il s'agit avant tout de faciliter la manipulation d'explosifs primaires par enrobage de ceux-ci à l'aide d'un liant ; de plus, aucune composition d'amorçage n'est proposée.
  • Le brevet GB-A-384 608 concerne surtout un procédé de préparation de nitrotétrazole permettant de le rendre utilisable dans des compositions d'amorçage. On donne un tableau de comparaison des charges limites de mise en détonation du tétryl et il est précisé que ces explosifs primaires sont stables dans les conditions usuelles de stockage. On indique également que la charge limite du fulminate de mercure ou du trinitrorésorcinate de plomb est très réduite par addition d'un pourcentage de nitrotétrazole de 10 ou 20 %. On évoque l'utilisation de nitrotétrazole dans des amorces à percussion et on prévoit l'addition de donneurs d'oxygène, de substances combustibles et d'agents de friction pour augmenter l'effet terminal et diminuer l'effet brisant. L'addition de ces substances oxydantes ou autres, aux yeux de l'homme de l'art, n'est faite que dans le but d'éviter l'utilisation d'agents sensibilisateurs à base d'explosif, c'est-à-dire, sans le nommer, le tétrazène dans le cas d'amorçage à percussion par écrasement. Aucune composition d'initiation n'est décrite ; en particulier, il n'est pas prévu de combiner les nitrotétrazoles à une composition oxydo-réductrice.
  • On caractérise les compositions d'initiation de la détonation par leur sensibilité à la percussion, par leur stabilité à la chaleur et par leur pouvoir d'amorçage d'un explosif secondaire. Les compositions classiques à base de tétrazène ont une bonne sensibilité et un bon pouvoir d'amorçage mais présentent l'inconvénient d'une altération de ces propriétés sous l'action de la température. Les compositions classiques à base de thiocyanate de plomb ont une bonne sensibilité qui n'est pas altérée par la température mais elles ne possèdent pas de pouvoir d'amorçage ; elles nécessitent l'introduction dans la chaîne pyrotechnique d'un élément généralement constitué d'azoture de plomb.
  • Le but de la présente invention est de fournir une composition d'initiation très sensible à la percussion, au moins aussi sensible que les compositions classiques citées précédemment, mais dont les propriétés sont conservées dans les conditions d'environnement sévères.
  • L'invention a donc pour objet une composition d'initiation douée d'une stabilité thermique élevée sensible à la percussion et comportant un explosif primaire et un additif de sensibilisation, caractérisée en ce qu'elle comprend 40 à 95 % en masse d'un explosif à cycle tétrazolique, 2,5 à 40 % en masse d'un oxydant et 2,5 à 40 % en masse d'un réducteur.
  • L'explosif primaire peut être représenté par le 5-nitrotétrazole, le sel de mercure ou d'argent du 5-nitrotétrazole, l'azotétrazole d'argent ou de plomb neutre ou basique, les tétrazoles halogénés et leurs sels, ou un mélange de ceux-ci.
  • L'oxydant peut être représenté par le chlorate ou le perchlorate de potassium, de strontium ou de baryum, le bioxyde de plomb ou de manganèse, le permanganate de potassium, le bichromate de sodium ou de potassium ou un mélange de xeux-ci, et le réducteur par le sulfure d'antimoine, le thiocyanate de plomb, le titane, le zirconium, le bore ou un mélange de ceux-ci.
  • Avantageusement, la composition d'initiation selon l'invention peut comprendre :
    • 40 à 80 % en masse de sel de mercure du 5-nitrotétrazole,
    • 10 à 35 % en masse de chlorate de potassium,
    • 5 à 18 % en masse de thiocyanate de plomb,
    • 3 à 12 % en masse de sulfure d'antimoine.
  • Un résultat procuré par la composition selon l'invention réside dans le fait que celle-ci présente d'excellentes propriétés de thermostabilité tout en conservant sa sensibilité à l'initiation même après un long séjour dans un environnement sévère.
  • Un autre résultat réside dans le fait que l'amorce selon l'invention génère de manière prépondérante une onde de choc apte à amorcer la charge d'un projectile, tel un obus explosif muni de sa fusée percutante, un obus à charge creuse, etc.
  • La préparation d'une composition d'initiation selon l'invention ne présente pas de difficultés particulières. On utilise les composés tels que disponibles dans le commerce. L'explosif primaire se présente sous forme d'une poudre fine que l'on préfère tamiser à 0,2 mm environ. A titre indicatif on peut s'y prendre de la manière suivante :
  • on introduit dans un mélangeur rotatif destiné aux compositions pyrotechniques et comportant les dispositifs de sécurité nécessaires, successivement les ingrédients suivants préalablement séchés et tamisés sans que cet ordre soit impératif : explosif primaire puis le réducteur et enfin l'oxydant.
  • Après homogénéisation convenable, on introduit par un procédé manuel ou mécanique, unitaire ou multiple, une charge déterminée du mélange obtenu dans des alvéoles de détonateurs miniatures en acier inoxydable de diamètre interne de 3,8 mm environ, puis on place un disque d'obturation en papier ou en fibre plastique et on comprime chaque charge avec une force d'environ 300 daN.
  • Les détonateurs ainsi confectionnés peuvent être initiés par percussion à travers le disque d'obturation à l'aide d'une pointe en acier d'extrémité tronconique.
  • Les exemples suivants permettent d'illustrer la composition selon l'invention.
    • Exemple 1
  • On réalise selon le mode enseigné ci-dessus une première série d'initiateurs conformes à l'invention ayant la composition suivante :
    • 75 % en masse de sel de mercure du 5-nitrotétrazole,
    • 14 % en masse de chlorate de potassium,
    • 7 % en masse de thiocyanate de plomb,
    • 4 % en masse de sulfure d'antimoine.
  • On réalise de la même manière une autre série d'initiateurs classiques renfermant une composition d'initiation à 95 % en masse d'azoture de plomb et 5 % de tétrazène.
  • Ces deux séries d'initiateurs sont soumis aux trois épreuves suivantes :
    • 1) stockage ordinaire à température ambiante à 20 °C environ pendant 15 jours ;
    • 2) stockage isotherme à 75 °C pendant 15 jours ;
    • 3) épreuves de 10 cycles climatiques de 36 heures comportant 12 heures à + 74°C, montée en 2 heures à + 100 °C et séjour de 4 heures à cette température, descente en 1 heure à -54 °C et séjour de 14 heures à cette température puis remontée en 3 heures à + 74 °C.
  • On teste ensuite les six groupes d'initiateurs au tir sur un mouton de chute avec initiation par un percuteur tronconique propulsé par une bille de 3,2 g tombant d'une hauteur variable selon la méthode séquentielle de Bruceton permettant de déterminer la sensibilité à la percussion. De plus, l'appareillage comporte une embase permettant l'estimation du pouvoir d'amorçage par mise en détonation, derrière une barrière variable d'aluminium, d'une charge de 50 mg de pentrite dont le régime est vérifié par le percement ou le non-percement d'une plaque témoin d'acier de 2 mm d'épaisseur.
  • Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci-dessous en hauteur de chute avec une probabilité d'explosion de 0,5 pour la sensibilité, et en épaisseur limite de barrière d'aluminium pour le pouvoir d'amorçage par rapport à la pentrite.
    Figure imgb0001
  • On constate à la lecture de ce tableau que les amorces selon l'invention conservent pratiquement leurs caractéristiques de sensibilité et de puissance après chacune des épreuves, alors que les amorces classiques sont fortement dégradées surtout en sensibilité.
    • Exemple 2
  • On réalise selon le mode enseigné précédemment une troisième série d'initiateurs conformes à l'invention ayant la composition suivante :
    • 50 % en masse de sel de mercure de 5-nitrotétrazole,
    • 29 % en masse de chlorate de potassium,
    • 14 % en masse de thiocyanate de plomb,
    • 7 % en masse de sulfure d'antimoine.
  • On réalise également de la même manière comme référence une quatrième série d'initiateurs classiques de préférence renfermant :
    • 25 % en masse de thiocyanate de plomb,
    • 13 % en masse de sulfure d'antimoine,
    • 52 % en masse de chlorate de potassium,
    • 10 % en masse de pentrite (PETN).
  • On soumet ces deux séries d'initiateurs aux trois épreuves décrites dans l'exemple 1 ci-dessus les mesures de sensibilité étant effectuées de la même manière. Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant (valeur en mm) :
    Figure imgb0002
  • On constate que les initiateurs selon l'invention produisent en un temps très court une déflagration semblable à celles qui sont nécessaires en tête de certaines chaînes pyrotechniques telles que celles à retard court par exemple. Ils possèdent une très bonne sensibilité qui est peu modifiée après chacune des épreuves contrairement aux amorces classiques qui fournissent des résultats très dispersés.

Claims (6)

1. Composition d'initiation d'une stabilité thermique élevée à une température de l'ordre de 100 °C, sensible à la percussion pour générer une onde de choc initiant directement la charge d'un projectile, comportant un explosif primaire et un additif de sensibilisation, caractérisée en ce qu'elle comprend 40 à 95 % en masse d'un explosif à cycle tétrazolique, l'additif étant constitué par 2,5 à 40 % en masse d'un oxydant et 2,5 à 40 % en masse d'un réducteur.
2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'explosif primaire est représenté par le 5-nitrotétrazole, le sel de mercure ou d'argent du 5-nitrotétrazole, l'azotétrazole d'argent ou de plomb neutre ou basique, les tétrazoles halogénés et leurs sels, ou un mélange de ceux-ci.
3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'oxydant est représenté par le chlorate ou le perchlorate de potassium ou de sodium, le nitrate de calcium, de strontium ou de baryum, le bioxyde de plomb ou de manganèse, le permanganate de sodium ou de potassium, le bichromate de sodium ou de potassium ou un mélange de ceux-ci, et le réducteur par le sulfure d'antimoine, le thiocyanate de plomb, le titane, le zirconium, le bore ou un mélange de ceux-ci.
4. Composition selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend :
40 à 80 % en masse de sel de mercure du 5-nitrotétrazole,
10 à 35 % en masse de chlorate de potassium,
5 à 18 % en masse de thiocyanate de plomb,
3 à 12 % en masse de sulfure d'antimoine.
5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend :
75 % en masse de sel de mercure du 5-nitrotétrazole,
14 % en masse de chlorate de potassium,
7 % en masse de thiocyanate de plomb,
4 % en masse de sulfure d'antimoine.
6. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend :
50 % en masse de sel de mercure du 5-nitrotétrazole,
29 % en masse de chlorate de potassium,
14 % en masse de thiocyanate de plomb,
7 % en masse de sulfure d'antimoine.
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