EP1008829B1 - Projectile non létal pour arme à feu, matériau et procédé de fabrication d'un tel projectile - Google Patents

Projectile non létal pour arme à feu, matériau et procédé de fabrication d'un tel projectile Download PDF

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EP1008829B1
EP1008829B1 EP99402535A EP99402535A EP1008829B1 EP 1008829 B1 EP1008829 B1 EP 1008829B1 EP 99402535 A EP99402535 A EP 99402535A EP 99402535 A EP99402535 A EP 99402535A EP 1008829 B1 EP1008829 B1 EP 1008829B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polybutadiene
projectile
composite material
crosslinked
density
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99402535A
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German (de)
English (en)
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EP1008829A1 (fr
Inventor
Bernard Dubocage
Jacques Maucourt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Ceramics SA
Original Assignee
SNPE Materiaux Energetiques SA
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Filing date
Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B12/00—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material
    • F42B12/72—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material
    • F42B12/74—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the core or solid body
    • F42B12/745—Projectiles, missiles or mines characterised by the warhead, the intended effect, or the material characterised by the material of the core or solid body the core being made of plastics; Compounds or blends of plastics and other materials, e.g. fillers

Definitions

  • the present invention is in the field general gun.
  • the present invention also relates to a process for obtaining such. projectile, as well as new soft and elastic composite materials usable to constitute such a projectile.
  • projectiles deformable into rubber or filled elastomer especially made of EPDM type thermoplastic elastomer (ethylene-propylene-diene monomers), styrene-isoprene-styrene, or styrene-butadiene-styrene.
  • EPDM type thermoplastic elastomer ethylene-propylene-diene monomers
  • styrene-isoprene-styrene styrene-butadiene-styrene.
  • Patent application GB 2 192 258 described by example non-lethal ammunition with a projectile made of synthetic polyisoprene.
  • Patent application FR 2 532 742 describes projectiles formed of a rubber bullet having a Shore A hardness from 40 to 55 and a diameter less than that of the soul of the barrel of the weapon. This document teaches that it is imperative to limit the diameter of the ball so as not to risk bursting or swelling from the barrel of the weapon. He also teaches that the beach of the mentioned hardness results from a compromise. The projectile must be hard enough not to crashing too far inside the barrel, which would cause it to swell or burst, and the projectile must be sufficiently soft to neutralize the individual without seriously injuring him.
  • the present invention solves this problem.
  • the new projectiles according to the invention are particularly soft, since they have a hardness Shore A between 2 and 30. They crash on the living target by forming a wafer, ensuring its temporary neutralization due to the shock created at impact, but without causing serious harm, even for short distance shots.
  • New non-lethal projectiles for handguns fire according to the invention are made of a material soft and elastic composite comprising a matrix organic polymer and powdery filler metallic dispersed in the polymer matrix.
  • the crosslinked polybutadiene is only made up of linked polybutadien chains by bridges.
  • crosslinked polybutadiene it is necessary to understand a polybutadiene of three-dimensional structure, obtained by establishment of bridges between polybutadien chains in general by thermosetting of a liquid or pasty composition comprising a liquid polybutadiene comprising reactive functional terminations and a crosslinking agent for this polybutadiene.
  • the material composite used according to the invention which comprises a crosslinked polymer matrix and a fairly high charge rate high, can be as soft and elastic, softer and elastic than most polymeric materials known filled thermoplastics.
  • the crosslinked polybutadiene is a polyurethane, that is to say that the chains polybutadienes are connected to bridges by functions urethanes.
  • Such a crosslinked polymer can be obtained by reaction of a polybutadiene with hydroxyl endings with a polyisocyanate crosslinker.
  • the crosslinked polybutadiene is a poly (ester-alcohol) whose polybutadien chains are linked to the bridges by ester-alcohol functions of formula
  • Such a crosslinked polymer can be obtained by reaction of a carboxyl-terminated polybutadiene with a polyepoxide crosslinker.
  • the crosslinked polybutadiene is a poly (ester-amine) whose polybutadien chains are linked to the bridges by ester-amine functions of formula
  • Such a crosslinked polymer can be obtained by reaction of a carboxyl-terminated polybutadiene with a polyaziridine crosslinker.
  • the crosslinked polybutadiene is plasticized.
  • plasticizers well known in the rubber industry, we can cite dioctyl azelate, sebaçate dioctyl and dioctyl phthalate.
  • crosslinked polybutadiene is antioxidant. All antioxidants well known to those skilled in the art in the rubber industry are suitable. We can quote by phenols, such as ditertiobutylparacresol.
  • the metallic powder charge is chosen in the group consisting of iron, iron alloys, mixtures of iron with another metal, the compounds of iron, barium compounds like barium sulfate, tungsten, mixtures of tungsten with another metal, tungsten alloys and compounds of tungsten.
  • tungsten filler Mention may be made of tungsten, iron-tungsten mixtures, ferrotungsten alloys, tungsten-nickel-iron alloys, tungsten carbide, tungsten oxides and tungsten salts.
  • the charge metallic powder represents between 30% and 70% in weight relative to the composite material.
  • the particle size of the metallic powder charge is preferably between 0.5 ⁇ m and 250 ⁇ m, better still between 0.5 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • the 1 ⁇ m-50 ⁇ m range is particularly preferred.
  • Polybutadien chains of crosslinked polybutadiene preferably have pendant vinyl unsaturations, that is to say that they have units -C 4 H 6 - of structure and ethylenic unsaturations in the chain which may be in the cis position or in the trans position, that is to say units -C 4 H 6 - of structure
  • the polybutadien chains contain between 15% and 25% vinyl unsaturations pending, compared to the total number of unsaturated.
  • they comprise also between 50% and 60% of ethylenic unsaturations in trans position and between 20% and 30% of unsaturations ethylenic in the cis position, relative to the number total unsaturations.
  • the latter may be any, namely any usual form for this type of projectile, in particular spherical, cylindrical or Gothic.
  • the projectiles according to the invention have, in the absence of any constraint, a spherical shape, and are intended to be forcibly embedded in cylindrical cartridges free of flock having a smaller internal diameter to the diameter of the projectile, using a single projectile per cartridge.
  • the projectile thus in place then presents a cylindrical shape with rounded ends.
  • the diameter of the core of the barrel of the weapon is also less than diameter of the projectile, which itself seals with respect to the propellant powder combustion gases.
  • the outer wall of the cartridge is made up by at least one rotary magazine bore and each cartridge is formed only by the projectile, a charge of propellant powder and a primer, these 3 elements being separable.
  • Cartridge has no outer casing individual, no fluff, which significantly reduces its cost.
  • the rotating magazine behaves like a barrel charged and not rechargeable. After shooting all projectiles, then extraction of the empty magazine, we sets in motion a new rotating store plastic fitted with cartridges in the space of the carcass of the weapon reserved for this purpose.
  • polybutadiene liquid can also have reactive functions non-terminal, i.e. fixed along the chain polybutadiene. These non-terminal reactive functions are preferably identical to the terminal functions.
  • the average functionality measured statistic may not be an integer, which is usually the case, because a polymer very rarely consists of molecules identical. It is for example between 2.0 and 2.5.
  • cross-linking agent of polybutadiene it is necessary understand an agent likely to react with reactive functional endings of polybutadiene and, when present, with the functions non-terminal reagents, so as to build bridges between the polybutadien chains to achieve a solid, cross-linked polybutadiene, of structure three-dimensional.
  • polybutadiene has hydroxyl functional endings and the crosslinking agent is a polyisocyanate, for example a diisocyanate such as toluylene diisocyanate (mixture 2,4 and 2,6) isomers, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate, allowing thus form a crosslinked polyurethane network.
  • a polyisocyanate such as toluylene diisocyanate (mixture 2,4 and 2,6) isomers, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate
  • crosslinking agent is a diisocyanate
  • polybutadiene has functional carboxyl terminations and the crosslinking agent is a polyepoxide or a polyaziridine, thus forming a network crosslinked respectively ester-alcohol or ester-amine.
  • polyepoxides mention may be made of various epichlorohydrin and glycerol condensates, which are mixtures of di- and tri-epoxides comprising chlorinated residues, and as examples of polyaziridines, mention may be made of tris 1- (2-methyl) -aziridinyl phosphine oxide (MAPO) and phenyl bis 1- (2-methyl) -aziridinyl phosphine oxide (phenyl MAPO).
  • MAPO 2-methyl-aziridinyl phosphine oxide
  • phenyl MAPO phenyl bis 1- (2-methyl) -aziridinyl phosphine oxide
  • crosslinker When the crosslinker is difunctional, uses a polybutadiene having a functionality in carboxyl functions greater than 2.
  • the pasty composition thermosetting also includes an agent plasticizer.
  • the pasty composition thermosetting pourable also includes an agent antioxidant.
  • the pasty composition thermosetting also includes a catalyst crosslinking to reduce the time and / or the reaction temperature.
  • These catalysts are generally salts organic transition metals such as iron acetylacetonate, copper acetylacetonate, lead octoate, lead chromate and dilaurate of dibutyltin.
  • the pasty composition thermosetting also includes an extender polyol chain, for example a diol such as trimethylhexanediol or a triol such as trimethylolpropane.
  • an extender polyol chain for example a diol such as trimethylhexanediol or a triol such as trimethylolpropane.
  • the pasty composition thermosetting can for example be obtained by pre-mixing, in a kneader, of polybutadiene liquid with metallic powder charge, possibly presence of chain extender polyol, plasticizer and antioxidant at a temperature for example between 30 ° C and 80 ° C, and possibly at reduced pressure.
  • thermosetting pasty composition is then crosslinked by heating to a temperature by example between 60 ° C and 150 ° C, preferably between 90 ° C and 120 ° C.
  • Examples 1 to 4 - Non-lethal firearm projectiles made of a soft and elastic composite material comprising powdered iron as a filler.
  • This premix is stirred and homogenized by heating at 60 ° C for 4 h under reduced pressure about 10 mm Hg. After cooling to room temperature and return to pressure atmospheric, the crosslinking catalyst is added stirring the mixture for about 2 min at 25 ° C.
  • crosslinking agent is then added and mixing at 40 ° C for about 10 min, under pressure reduced by approximately 10 mm Hg.
  • thermosetting pasty composition then obtained is then poured into the 2 parts of a mold preheated bi-shell having the general shape of a 13 mm diameter sphere.
  • the density of the composite material constituting these beads is 1.4, and its Shore A hardness, determined according to the standard ASTM D 2240, is 22.
  • the density of the composite material constituting the beads obtained is 2.10 for Example 2, 2.23 for Example 3 and 2.42 for Example 4.
  • the Shore A hardness is 15 for Example 2 and 23 for examples 3 and 4.
  • the impact on plastiline is approximately 27 mm from diameter and 14 mm deep for example 2, about 23 mm in diameter and 11 mm deep for examples 3 and 4.
  • Example 5 Non-lethal firearm projectiles made of a soft, elastic composite material comprising powdered barium sulfate as a filler.
  • the density of the composite material constituting the beads obtained is 2.0 and its Shore A hardness is 17.
  • the impact on plastiline is approximately 29 mm from diameter and 11 mm deep.
  • Non-lethal firearm projectiles made of a soft and elastic composite material comprising a powdered alloy based on tungsten as filler.
  • composition is then crosslinked by heating 4 h at 110 ° C (instead of 6 h for example 5).
  • the projectiles obtained have a mass of approximately 2.10 g. They have a density of 1.90 and a hardness Shore A of 16.
  • three monolithic ammunition for handgun type pistol consisting of a cylindrical rotary magazine in rigid and undeformable plastic material having a circular front face and a circular rear face.
  • This store looks like a barrel on the outside and has six cylindrical chambers whose axes are parallel to its axis of rotation.
  • Said chambers dig right through the monolithic piece and are arranged so that their circular sections are evenly spaced around of a circle.
  • Each chamber has a first bore of 9.5 mm diameter in which the projectile is embedded aforementioned deformable with a diameter of 13 mm and a second 7 mm diameter bore into which the powder charge for propelling the projectile and a primer.
  • the propellant powder consists of 0.05 g a simple basic nitrocellulose powder manufactured by SNPE and the primer is a primer central percussion for 12 mm caliber cartridge.
  • the deformable projectile which in the absence of any constraint has a spherical form of diameter 13 mm, acquires a shape in the munition substantially cylindrical with two rounded ends.
  • the projectiles of one of the 3 munitions were fired using a metal launcher device of which the interior dimensions of the chamber and the barrel match those of a pistol.
  • the speed of the projectiles measured at 2.7 m from the barrel muzzle using light barriers, is 150 m / s.
  • the second monolithic ammunition has been stored for 15 days, then we carried out an extraction projectile mechanics. These find immediately their initial spherical shape (diameter 13 mm).
  • the projectiles according to the invention have a remarkable shape memory when subjected to mechanical stresses.
  • the third monolithic ammunition has been inserted in a suitable handgun, then the projectiles were been shot at a distance of 3 m from pigs, targeting various parts of the body, including areas pleuro-pulmonary, cardiac, hepatic and abdominal. Only skin erosions with bruises light, usually limited to the outside of the plane have been observed. No serious injuries, including internal, has not been highlighted. No other lesions than those of anatomical interest superficial and subclinical in character has only been clinically detectable.

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Description

La présente invention se situe dans le domaine général des armes à feu.
Elle concerne un nouveau projectile non létal pour cartouches d'armes à feu, notamment pour armes de poing, utilisé à courte distance et destiné à neutraliser ou immobiliser un animal, un agresseur ou une personne hostile sans mettre sa vie en danger, dans un souci de maintien de l'ordre ou d'autodéfense.
La présente invention concerne également un procédé d'obtention d'un tel. projectile, ainsi que de nouveaux matériaux composites mous et élastiques utilisables pour constituer un tel projectile.
Il est connu depuis très longtemps d'utiliser dans le but précité des balles en matière plastique, mais elles s'avèrent trop dures et entraínent souvent de graves blessures corporelles avec séquelles importantes, quelquefois même mortelles, ce qui n'est pas recherché lorsqu'on utilise ce type d'armes.
Il est également connu d'utiliser des projectiles déformables en caoutchouc ou en élastomère chargé, notamment en élastomère thermoplastique de type EPDM (éthylène-propylène-diène monomères), styrène-isoprène-styrène, ou styrène-butadiène-styrène.
La demande de brevet GB 2 192 258 décrit par exemple une munition non létale comportant un projectile en polyisoprène synthétique.
La demande de brevet FR 2 532 742 décrit des projectiles formés d'une balle de caoutchouc ayant une dureté Shore A de 40 à 55 et un diamètre inférieur à celui de l' âme du canon de l'arme. Ce document enseigne qu'il est impératif de limiter ainsi le diamètre de la balle pour ne pas risquer l'éclatement ou le gonflement du canon de l'arme. Il enseigne également que la plage de dureté mentionnée résulte d'un compromis. Le projectile doit être suffisamment dur pour ne pas s'écraser de façon trop importante à l'intérieur du canon, ce qui provoquerait son gonflement ou son éclatement, et le projectile doit être suffisamment mou pour neutraliser l'individu sans le blesser gravement.
Il s'avère toutefois que, dans certaines conditions d'usage, notamment en armes de défense rapprochée, voir par exemple le document US-A-5 786 416, c'est à dire pour des faibles distances, inférieures par exemple à 5 m, entre l'arme et la cible, les projectiles précités connus de l'homme du métier sont trop durs et ne s'écrasent pas suffisamment à l'impact, ce qui peut entraíner là encore de graves blessures pouvant être mortelles.
L'homme du métier recherche donc de nouveaux projectiles élastomériques n'ayant pas les inconvénients précités, n'entraínant aucun risque de lésion grave de la cible vivante lorsqu'ils sont utilisés dans une arme de défense rapprochée, tout en assurant la neutralisation de la cible pendant une durée suffisante.
La présente invention permet de résoudre ce problème.
Elle a notamment pour objet de nouveaux projectiles non létaux pour armes à feu ayant les caractéristiques précitées recherchées et présentant de plus bien d'autres avantages.
Les nouveaux projectiles selon l'invention sont particulièrement mous, puisqu'ils présentent une dureté Shore A comprise entre 2 et 30. Ils s'écrasent sur la cible vivante en formant une galette, assurant sa neutralisation temporaire du fait du choc créé à l'impact, mais sans procurer de lésions graves, même pour des tirs à faibles distances.
Par ailleurs, grâce à l'utilisation d'un nouveau matériau composite bien particulier pour élaborer les nouveaux projectiles selon l'invention, ces projectiles ont des propriétés mécaniques telles :
  • qu'ils entraínent aucun dommage au canon de l'arme, malgré leur très faible dureté, même lorsqu'ils sont utilisés sous forme de billes ayant un diamètre identique ou supérieur au diamètre de l'âme du canon, ce qui va à l'encontre de l'enseignement de l'état de la technique précité,
  • qu'ils conservent leur intégrité physique et leurs propriétés mécaniques (faible dureté, élasticité) jusqu'à l'impact sur la cible, et même pendant l'impact,
  • qu'ils peuvent être utilisés dans des cartouches dépourvues de bourres, en assurant eux-mêmes l'étanchéité vis à vis des gaz de combustion de la poudre propulsive. Dans cette configuration, particulièrement simple et économique, les projectiles ont un diamètre égal ou supérieur au diamètre de la cartouche dans laquelle ils peuvent être insérés par force,
  • qu'ils possèdent une mémoire de forme exceptionnelle, bien supérieure à celle des projectiles jusqu'alors connus. Des projectiles selon l'invention en forme de billes de diamètre de 13 mm, mis en place par force dans des cartouches de diamètre 9,6 mm, et conservés ainsi sous contrainte à la température ambiante, retrouvent parfaitement leur sphéricité d'origine lorsqu'on les libère, et leurs propriétés mécaniques sont restées intactes.
Les nouveaux projectiles non létaux pour armes à feu selon l'invention sont constitués en un matériau composite mou et élastique comprenant une matrice organique polymérique et une charge pulvérulente métallique dispersée dans la matrice polymérique.
Ils sont caractérisés en ce que :
  • la dureté Shore A du matériau composite, déterminée selon la méthode bien connue de l'homme du métier, est comprise entre 2 et 30, de préférence entre 10 et 25,
  • la densité du matériau composite est comprise entre 1,0 et 2,9, de préférence entre 1,5 et 2,5,
  • la densité de la charge métallique est comprise entre 4 et 22,
  • la matrice organique polymérique est un polybutadiène réticulé comprenant des chaínes polybutadiènes, c'est à dire des chaínes de structure générale
    Figure 00040001
    x étant un nombre entier, reliées par des ponts, la masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) des chaínes polybutadiènes étant comprise entre 500 et 10000, de préférence entre 1000 et 5000.
De façon préférée, le polybutadiène réticulé est uniquement constitué de chaínes polybutadiènes reliées par des ponts.
Toutes les fourchettes de valeurs précitées, ainsi que celles qui vont suivre, doivent être comprises limites incluses.
Par polybutadiène «réticulé», il faut comprendre un polybutadiène de structure tridimensionnelle, obtenu par établissement de ponts entre des chaínes polybutadiènes
Figure 00040002
en général par thermodurcissement d'une composition liquide ou pâteuse comprenant un polybutadiène liquide comportant des terminaisons fonctionnelles réactives et un agent réticulant de ce polybutadiène.
Il est particulièrement surprenant que le matériau composite utilisé selon l'invention, qui comporte une matrice polymérique réticulée et un taux de charge assez élevé, puisse être aussi mou et élastique, plus mou et élastique que la plupart des matériaux polymériques thermoplastiques chargés connus.
Ces matériaux composites polymériques, réticulés, mous et élastiques, particulièrement adaptés pour réaliser des projectiles non létaux pour armes à feu, sont, à notre connaissance, nouveaux.
Selon une variante particulièrement préférée de l'invention, le polybutadiène réticulé est un polyuréthanne, c'est à dire que les chaínes polybutadiènes sont reliées aux ponts par des fonctions uréthannes.
Un tel polymère réticulé peut être obtenu par réaction d'un polybutadiène à terminaisons hydroxyles avec un réticulant polyisocyanate.
Selon une autre variante, le polybutadiène réticulé est un poly(ester-alcool) dont les chaínes polybutadiènes sont reliées aux ponts par des fonctions ester-alcool de formule
Figure 00050001
Un tel polymère réticulé peut être obtenu par réaction d'un polybutadiène à terminaisons carboxyles avec un réticulant polyépoxyde.
Selon une autre variante, le polybutadiène réticulé est un poly(ester-amine) dont les chaínes polybutadiènes sont reliées aux ponts par des fonctions ester-amine de formule
Figure 00050002
Un tel polymère réticulé peut être obtenu par réaction d'un polybutadiène à terminaisons carboxyles avec un réticulant polyaziridine.
Selon une variante préférée de l'invention, le polybutadiène réticulé est plastifié. Comme exemples de plastifiants bien connus dans l'industrie du caoutchouc, on peut citer l'azélate de dioctyle, le sébaçate de dioctyle et le phtalate de dioctyle.
Selon une autre variante préférée de l'invention, le polybutadiène réticulé est antioxydé. Tous les antioxydants bien connus de l'homme du métier dans l'industrie du caoutchouc conviennent. On peut citer par exemple les phénols, comme le ditertiobutylparacrésol.
Selon une autre variante préférée de l'invention, la charge pulvérulente métallique est choisie dans le groupe constitué par le fer, les alliages du fer, les mélanges de fer avec un autre métal, les composés du fer, les composés du baryum comme le sulfate de baryum, le tungstène, les mélanges de tungstène avec un autre métal, les alliages du tungstène et les composés du tungstène.
Comme exemples préférés de charge tungsténique, on peut citer le tungstène, les mélanges fer-tungstène, les alliages ferrotungstènes, les alliages tungstène-nickel-fer, le carbure de tungstène, les oxydes de tungstène et les sels de tungstène.
On peut aussi citer les alliages W/Fe/Cr, W/Fe/Si, W/Ni/Cu et W/Ni/Co.
Selon une variante préférée, la charge pulvérulente métallique représente entre 30% et 70% en poids par rapport au matériau composite.
La granulométrie de la charge pulvérulente métallique est de préférence comprise entre 0,5 µm et 250µm, mieux encore entre 0,5µm et 100µm. Le domaine 1µm-50µm est particulièrement préféré.
Les chaínes polybutadiènes
Figure 00060001
du polybutadiène réticulé comportent de préférence des insaturations vinyliques pendantes, c'est à dire qu'elles comportent des motifs -C4H6- de structure
Figure 00060002
et des insaturations éthyléniques dans la chaíne pouvant être en position cis ou en position trans, c'est à dire des motifs -C4H6- de structure
Figure 00070001
De façon préférée, les chaínes polybutadiènes comportent entre 15% et 25% d'insaturations vinyliques pendantes, par rapport au nombre total des insaturations.
De façon également préférée, elles comportent également entre 50% et 60% d'insaturations éthyléniques en position trans et entre 20% et 30% d'insaturations éthyléniques en position cis, par rapport au nombre total des insaturations.
En ce qui concerne la forme des nouveaux projectiles non létaux selon l'invention, celle-ci peut être quelconque, à savoir toute forme usuelle pour ce type de projectile, notamment sphérique, cylindrique ou ogivale.
De façon particulièrement préférée, les projectiles selon l'invention ont, en l'absence de toute contrainte, une forme sphérique, et sont destinés à être encastrés, en force, dans des cartouches cylindriques dépourvues de bourre ayant un diamètre interne inférieur au diamètre du projectile, en utilisant un seul projectile par cartouche.
Le projectile ainsi en place présente alors une forme cylindrique à bouts arrondis.
De façon également préférée, le diamètre de l'âme du canon de l'arme, en général de poing, utilisant les cartouches précitées, est également inférieur au diamètre du projectile, qui assure lui-même l'étanchéité vis à vis des gaz de combustion de la poudre propulsive.
Selon une variante d'utilisation particulièrement préférée, et rendue possible grâce à la nature et aux propriétés particulières précitées des projectiles selon l'invention, plusieurs cartouches contenant chacune un projectile encastré en force, sont logées dans une munition monolithique constituée d'un magasin rotatif en matière plastique conçu pour rester intact après chaque tir de projectile, et l'arme peut alors être utilisée comme une arme à répétition.
La paroi externe de la cartouche est constituée par au moins un alésage du magasin rotatif et chaque cartouche n'est constituée que par le projectile, une charge de poudre propulsive et une amorce, ces 3 éléments étant dissociables.
La cartouche ne comporte ni enveloppe extérieure individuelle, ni bourre, ce qui réduit nettement son coût.
De plus, l'absence de douille et de bourre permet d'éviter l'émission de projectiles supplémentaires et d'éventuelles blessures graves qui pourraient en résulter.
Le magasin rotatif se comporte comme un barillet chargé et non rechargeable. Après tir de tous les projectiles, puis extraction du magasin vide, on enclenche un nouveau magasin rotatif en matière plastique muni de cartouches dans l'espace de la carcasse de l'arme réservé à cet effet.
Les nouveaux projectiles non létaux précités selon l'invention peuvent être obtenus selon un procédé comportant les 4 étapes successives suivantes :
  • a) on réalise tout d'abord, par simple mélange des divers constituants, une composition pâteuse thermodurcissable comprenant :
    • un polybutadiène liquide comportant des terminaisons fonctionnelles réactives et dont la masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) de la chaíne polybutadiène est comprise entre 500 et 10000, de préférence entre 1000 et 5000,
    • un agent réticulant de ce polybutadiène,
    • une charge pulvérulente métallique de densité comprise entre 4 et 22,
  • b) on introduit la composition pâteuse thermodurcissable ainsi obtenue dans un moule à la forme choisie pour le projectile, par exemple par simple coulée ou par injection,
  • c) on réticule ensuite la composition par chauffage, de préférence à une température comprise entre 60°C et 150°C,
  • d) puis on démoule le projectile obtenu.
    • L'état physique, pâteux de la composition et liquide du polybutadiène, doit être apprécié dans les conditions normales de température et de pression.
    Par ailleurs, selon l'invention, le polybutadiène liquide peut également comporter des fonctions réactives non terminales, c'est à dire fixées le long de la chaíne polybutadiène. Ces fonctions réactives non terminales sont de préférence identiques aux fonctions terminales.
    On obtient, dans ce cas, une fonctionnalité en fonctions réactives supérieure à 2.
    Bien entendu, la fonctionnalité moyenne statistique mesurée peut ne pas être un nombre entier, ce qui est en général le cas, du fait qu'un polymère n'est que très rarement constitué de molécules identiques. Elle est par exemple comprise entre 2,0 et 2,5.
    Par agent «réticulant» du polybutadiène, il faut comprendre un agent susceptible de réagir avec les terminaisons fonctionnelles réactives du polybutadiène et, lorsqu'elles sont présentes, avec les fonctions réactives non terminales, de façon à établir des ponts entre les chaínes polybutadiènes pour aboutir à un polybutadiène solide, réticulé, de structure tridimensionnelle.
    Selon une variante préférée, le polybutadiène comporte des terminaisons fonctionnelles hydroxyles et l'agent réticulant est un polyisocyanate, par exemple un diisocyanate comme le diisocyanate de toluylène (mélange des isomères 2,4 et 2,6), le 4,4'-diphénylméthane diisocyanate, l'isophorone diisocyanate, permettant de former ainsi un réseau réticulé polyuréthanne.
    Lorsque l'agent réticulant est un diisocyanate, on utilise un polybutadiène de fonctionnalité en hydroxyles supérieure à 2, par exemple de l'ordre de 2,2, et/ou on ajoute dans la composition thermodurcissable un polyol extenseur de chaíne ayant une fonctionnalité en hydroxyles supérieure à 2, comme le triméthylolpropane.
    Selon une autre variante, le polybutadiène comporte des terminaisons fonctionnelles carboxyles et l'agent réticulant est un polyépoxyde ou une polyaziridine, permettant de former ainsi un réseau réticulé respectivement ester-alcool ou ester-amine.
    Comme exemples de polyépoxydes, on peut citer les divers condensats d'épichlorhydrine et de glycérol, qui sont des mélanges de di- et de tri-époxydes comportant des restes chlorés, et comme exemples de polyaziridines, on peut citer le tris 1-(2-méthyl)-aziridinyl phosphine oxyde (MAPO) et le phényl bis 1-(2-méthyl)-aziridinyl phosphine oxyde (phényl MAPO).
    Lorsque la réticulant est difonctionnel, on utilise un polybutadiène ayant une fonctionnalité en fonctions carboxyles supérieure à 2.
    Selon une autre variante, la composition pâteuse thermodurcissable comprend également un agent plastifiant.
    Selon une autre variante, la composition pâteuse coulable thermodurcissable comprend également un agent antioxydant.
    Selon une autre variante, la composition pâteuse thermodurcissable comprend également un catalyseur de réticulation permettant de réduire le temps et/ou la température de réaction.
    Ces catalyseurs sont en général des sels organiques de métaux de transition, comme l'acétylacétonate de fer, l'acétylacétonate de cuivre, l'octoate de plomb, le chromate de plomb et le dilaurate de dibutyl-étain.
    Selon une autre variante, la composition pâteuse thermodurcissable comprend également un polyol extenseur de chaíne, par exemple un diol comme le triméthylhexanediol ou un triol comme le triméthylolpropane.
    Selon l'invention, la composition pâteuse thermodurcissable peut par exemple être obtenue par mélange préalable, dans un malaxeur, du polybutadiène liquide avec la charge pulvérulente métallique, en présence éventuellement du polyol extenseur de chaíne, du plastifiant et de l'antioxydant, à une température par exemple comprise entre 30°C et 80°C, et éventuellement à pression réduite.
    On ajoute ensuite le catalyseur éventuel, puis ensuite l'agent réticulant du polybutadiène.
    Après mélange, à une température par exemple comprise entre 30°C et 50°C, et de préférence à pression réduite, jusqu'à l'obtention d'une pâte homogène, celle-ci est introduite dans des moules à la forme choisie pour les projectiles, par exemple dans des moules bi-coquilles pour obtenir des projectiles sphériques.
    La composition pâteuse thermodurcissable est ensuite réticulée par chauffage à une température par exemple comprise entre 60°C et 150°C, de préférence comprise entre 90°C et 120°C.
    Après refroidissement du moule, on obtient, par démoulage, des matériaux composites polymériques réticulés, mous et élastiques, utilisables directement comme projectiles non létaux pour arme à feu.
    La présente invention a également pour objet les nouveaux matériaux composites polymériques réticulés, mous et élastiques précités, à savoir de nouveaux matériaux composites mous et élastiques comprenant une matrice organique polymérique et une charge pulvérulente métallique dispersée dans la matrice polymérique, caractérisés en ce que :
    • la dureté Shore A du matériau composite est comprise entre 2 et 30,
    • la densité du matériau composite est comprise entre 1,0 et 2,9,
    • la densité de la charge métallique est comprise entre 4 et 22,
    • la matrice organique polymérique est un polybutadiène réticulé comprenant des chaínes polybutadiènes reliées par des ponts, la masse moléculaire moyenne en nombre des chaínes polybutadiènes étant comprise entre 500 et 10000.
    Les exemples non limitatifs suivants illustrent l'invention et les avantages qu'elle procure.
    Exemples 1 à 4 - Projectiles non létaux pour arme à feu constitués en un matériau composite mou et élastique comprenant du fer en poudre comme charge. Exemple 1
    On réalise, par mélange des divers constituants dans un réacteur en verre de 1 litre, une composition pâteuse coulable thermodurcissable ayant la composition massique suivante :
    • polybutadiène à terminaisons hydroxyles, de masse Mn environ 2300, de fonctionnalité en hydroxyles proche de 2,2 (soit une masse Mn de la chaíne polybutadiène d'environ 2263), comportant 20% d'insaturations vinyliques pendantes, 25% d'insaturations éthyléniques dans la chaíne en position cis et 55% d'insaturations éthyléniques dans la chaíne en position trans :   100,0 g
    • alcool court extenseur de chaíne : triméthylhexanediol (TMHD) :   11,3 g
    • plastifiant : azélate de dioctyle (DOZ) :   61,6 g
    • antioxydant : ditertiobutylparacrésol (DBPC) :   1,0 g
    • charge pulvérulente métallique :
    • fer en poudre de granulométrie environ 50 µm :   120,4 g
    • catalyseur de réticulation : dibutyldilaurate d'étain (DBTL) :   1,7 g
    • agent réticulant : mélange des isomères 2,4 et 2,6 du diisocyanate de toluylène (Dis-T ou TDI ou Desmodur T) :   18,2 g
    Pour réaliser ce mélange, on effectue tout d'abord un prémélange de l'alcool court, du plastifiant et de l'antioxydant, puis on ajoute le polybutadiène à terminaisons hydroxyles et la charge pulvérulente métallique.
    On agite et homogénéise ce prémélange par chauffage à 60°C durant 4 h sous pression réduite d'environ 10 mm Hg. Après refroidissement à la température ambiante et retour à la pression atmosphérique, on ajoute le catalyseur de réticulation en agitant le mélange 2 min environ à 25°C.
    On ajoute ensuite l'agent réticulant, puis on mélange à 40°C durant 10 min environ, sous pression réduite d'environ 10 mm Hg.
    La composition pâteuse thermodurcissable alors obtenue est ensuite coulée dans les 2 parties d'un moule bi-coquille préchauffé ayant la forme générale d'une sphère de diamètre 13 mm.
    Après une prépolymérisation de 2 h environ à la température ambiante, on ferme le moule, puis on réticule ensuite la composition contenue dans le moule par chauffage durant 6 h à 110°C.
    Après refroidissement du moule à la température ambiante, puis ouverture, on démoule une bille en matériau composite mou et élastique, de diamètre 13 mm et de masse environ 1,68 g, directement utilisable, après ébavurage éventuel au niveau du plan de joint, comme projectile non létal pour arme à feu.
    L'utilisation de plusieurs moules a permis l'obtention de plusieurs billes.
    La densité du matériau composite constituant ces billes, déterminée selon la méthode par immersion, est de 1,4, et sa dureté Shore A, déterminée selon la norme ASTM D 2240, est de 22.
    On a tiré ces projectiles à partir d'une carabine à canon coupé de diamètre intérieur 13 mm et de longueur 65 mm, en ajustant la masse de poudre propulsive (0,32 g de poudre AS24) pour obtenir une énergie à l'impact proche de 40 joules (vitesse du projectile mesurée à 5 m de la bouche de la carabine proche de 220 m/s).
    L'impact des projectiles est réalisé à 5 m sur deux types de matériaux :
    • un bloc de plastiline souple n° 40 à 20°C,
    • un bloc de gélatine préparé à 20%, à 10°C.
    Pour chaque essai, on relève les dimensions minimale et maximale de l'empreinte ainsi que sa profondeur.
    Par ailleurs, on visualise par cinématographie rapide l'impact du projectile sur le bloc.
    Les résultats moyens obtenus au cours de 10 tirs sur blocs de plastiline et 10 tirs sur blocs de gélatine sont les suivants :
    • les dimensions moyennes des impacts sur plastiline (circulaires ou légèrement ovalisées) sont de l'ordre de 30 mm de large et de 11 mm de profondeur,
    • les dimensions des déchirures sont de l'ordre de 25 mm dans la gélatine pour une profondeur d'empreinte de 15 à 20 mm,
    • l'ensemble des impacts tient dans un disque de diamètre 150 mm, le centre de visé étant le centre de ce disque,
    • le dépouillement des films permet de constater que le projectile, avant impact, est déformé et subit un allongement. Ses dimensions sont d'environ 9-10 mm x 15-16 mm. A l'impact sur bloc, le projectile s'écrase en formant une galette. Après impact sur le bloc de plastiline, le projectile rebondit et reprend très vite sa forme et ses dimensions initiales, tandis qu'il pénètre dans le bloc de gélatine et y reste prisonnier.
    Exemples 2 à 4
    L'exemple 1 est rigoureusement reproduit, à l'exception des seules modifications suivantes :
    • on utilise 71,7 g de DOZ comme plastifiant, au lieu de 61,6 g,
    • on utilise 325,9 g de fer en poudre comme charge pour l'exemple 2, 390,3 g pour l'exemple 3 et 463,0 g pour l'exemple 4.
    La densité du matériau composite constituant les billes obtenues est de 2,10 pour l'exemple 2, 2,23 pour l'exemple 3 et 2,42 pour l'exemple 4.
    La dureté Shore A est de 15 pour l'exemple 2 et de 23 pour les exemples 3 et 4.
    L'impact sur plastiline est d'environ 27 mm de diamètre et 14 mm de profondeur pour l'exemple 2, environ 23 mm de diamètre et 11 mm de profondeur pour les exemples 3 et 4.
    Example 5 - Projectiles non létaux pour arme à feu constitués en un matériau composite mou et élastique comprenant du sulfate de baryum en poudre comme charge.
    L'exemple 1 est rigoureusement reproduit, à l'exception des seules modifications suivantes :
    • on utilise 13,2 g (au lieu de 11,3 g) de TMHD comme extenseur de chaíne,
    • on utilise 71,7 g (au lieu de 61,6 g) de DOZ comme plastifiant,
    • on utilise 21,2 g (au lieu de 18,2 g) de TDI comme agent réticulant,
    • on n'a pas utilisé de catalyseur de réticulation,
    • on utilise 425 g de sulfate de baryum en poudre de granulométrie environ 10µm (au lieu de 120,4 g de fer en poudre) comme charge.
    La densité du matériau composite constituant les billes obtenues est de 2,0 et sa dureté Shore A de 17.
    L'impact sur plastiline est d'environ 29 mm de diamètre et 11 mm de profondeur.
    Exemple 6 - Projectiles non létaux pour arme à feu constitués en un matériau composite mou et élastique comprenant un alliage en poudre à base de tungstène comme charge.
    L'exemple 5 est rigoureusement reproduit, à l'exception des seules modifications suivantes :
    • on utilise 0,4 g de DBTL comme catalyseur de réticulation,
    • on utilise 228,2 g d'un alliage en poudre W/Ni/Fe 92/5/3 respectivement en poids, de granulométrie 5-10 µm et de densité 19 (au lieu de 425 g de sulfate de baryum) comme charge,
    • la composition pâteuse thermodurcissable n'est pas coulée dans les 2 parties d'un moule bi-coquille, mais injectée dans le moule.
    On réticule ensuite la composition par chauffage 4 h à 110°C (au lieu de 6 h pour l'exemple 5).
    Les projectiles obtenus ont une masse d'environ 2,10 g. Ils présentent une densité de 1,90 et une dureté Shore A de 16.
    On a réalisé ensuite, avec ces projectiles, trois munitions monolithiques pour arme de poing de type pistolet constituées d'un magasin rotatif cylindrique en matière plastique rigide et indéformable possédant une face avant circulaire et une face arrière circulaire. Ce magasin se présente extérieurement comme un barillet et possède six chambres cylindriques dont les axes sont parallèles à son axe de rotation.
    Lesdites chambres creusent de part en part la pièce monolithique et sont disposées de sorte que leurs sections circulaires sont régulièrement espacées autour d'un cercle.
    Chaque chambre présente un premier alésage de diamètre 9,5 mm dans lequel est encastré le projectile déformable précité de diamètre 13 mm et un second alésage de diamètre 7 mm dans lequel sont insérées la charge de poudre servant à la propulsion du projectile et une amorce.
    La poudre propulsive est constituée par 0,05 g d'une poudre fine nitrocellulosique simple base fabriquée par la SNPE et l'amorce est une amorce à percussion centrale pour cartouche de calibre 12 mm.
    Le projectile déformable, qui en l'absence de toute contrainte présente une forme sphérique de diamètre 13 mm, acquière dans la munition une forme sensiblement cylindrique avec deux bouts arrondis.
    Pour réaliser ces munitions, on a tout d'abord encastré les projectiles, puis chargé la poudre propulsive, puis enfin encastré les amorces.
    Les projectiles d'une des 3 munitions ont été tirés à l'aide d'un dispositif lanceur métallique dont les cotes intérieures de la chambre et du canon correspondent à celles d'un pistolet.
    La vitesse des projectiles, mesurée à 2,7 m de la bouche du canon à l'aide de barrières optiques, est de 150 m/s.
    On a visualisé, par cinématographie rapide, l'impact du projectile, à 2,7 m de la bouche du canon, sur une cible en plastiline. On constate que les projectiles s'écrasent en prenant la forme d'une galette de 35 mm de diamètre environ.
    La seconde munition monolithique a été stockée durant 15 jours, puis on a procédé à une extraction mécanique des projectiles. Ceux-ci retrouvent immédiatement leur forme sphérique initiale (diamètre 13 mm). Les projectiles selon l'invention possèdent une remarquable mémoire de forme lorsqu'ils sont soumis à des contraintes mécaniques.
    Des projectiles sphériques de diamètre identique 13 mm comportant une matrice élastomérique thermoplastique de type EPDM ou de type styrène-isoprène-styrène stockés 15 j sous contrainte mécanique dans les mêmes conditions ne retrouvent pas leur forme sphérique d'origine et demeurent ovalisés.
    La troisième munition monolithique a été insérée dans une arme de poing adaptée, puis les projectiles ont été tirés, à une distance de 3 m, sur des porcs, en visant diverses parties du corps, notamment les zones pleuro-pulmonaire, cardiaque, hépatique et abdominale. Seules des érosions cutanées accompagnées d'ecchymoses légères, généralement limitées à la face externe du plan cutané ont été observées. Aucune lésion grave, notamment interne, n'a été mise en évidence. Aucune lésion autre que celles intéressant les plans anatomiques superficiels et de caractères infra-clinique n'a été cliniquement décelable.

    Claims (21)

    1. Projectile non létal pour arme à feu constitué en un matériau composite mou et élastique comprenant une matrice-organique polymérique et une charge pulvérulente métallique dispersée dans la matrice polymérique, caractérisé en ce que :
      la dureté Shore A du matériau composite est comprise entre 2 et 30,
      la densité du matériau composite est comprise entre 1,0 et 2,9,
      la densité de la charge métallique est comprise entre 4 et 22,
      la matrice organique polymérique est un polybutadiène réticulé comprenant des chaínes polybutadiènes reliées par des ponts, la masse moléculaire moyenne en nombre des chaínes polybutadiènes étant comprise entre 500 et 10000.
    2. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polybutadiène réticulé est un polyuréthanne.
    3. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polybutadiène réticulé est plastifié.
    4. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polybutadiène réticulé est antioxydé.
    5. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dureté Shore A du matériau composite est comprise entre 10 et 25.
    6. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité du matériau composite est comprise entre 1,5 et 2,5.
    7. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une forme sphérique.
    8. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge pulvérulente métallique représente entre 30% et 70% en poids par rapport au matériau composite.
    9. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge pulvérulente métallique est choisie dans le groupe constitué par le fer, les alliages du fer, les mélanges de fer avec un autre métal, les composés du fer, les composés du baryum, le tungstène, les mélanges de tungstène avec un autre métal, les alliages du tungstène et les composés du tungstène.
    10. Projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que les chaínes polybutadiènes ont une masse moléculaire moyenne en nombre comprise entre 1000 et 5000.
    11. Procédé d'obtention d'un projectile non létal selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
      a) on réalise, par mélange des constituants, une composition pâteuse thermodurcissable comprenant :
      un polybutadiène liquide comportant des terminaisons fonctionnelles réactives et dont la masse moléculaire moyenne en nombre de la chaíne polybutadiène est comprise entre 500 et 10000,
      un agent réticulant de ce polybutadiène,
      une charge pulvérulente métallique de densité comprise entre 4 et 22,
      b) on introduit la composition pâteuse thermodurcissable ainsi obtenue dans un moule à la forme choisie pour le projectile,
      c) on réticule ensuite la composition par chauffage,
      d) puis on démoule le projectile obtenu.
    12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le polybutadiène liquide comporte également des fonctions réactives non terminales.
    13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que les terminaisons fonctionnelles réactives sont des fonctions hydroxyles et en ce que l'agent réticulant est un polyisocyanate.
    14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la composition comprend également un polyol extenseur de chaíne.
    15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les terminaisons fonctionnelles réactives sont des fonctions carboxyles et en ce que l'agent réticulant est un polyépoxyde ou une polyaziridine.
    16. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la composition comprend également au moins un composé choisi dans le groupe constitué par les composés plastifiants, les composés antioxydants et les composés catalyseurs de réticulation.
    17. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on réticule la composition par chauffage à une température comprise entre 60°C et 150°C.
    18. Matériau composite mou et élastique comprenant une matrice organique polymérique et une charge pulvérulente métallique dispersée dans la matrice polymérique, caractérisé en ce que :
      la dureté Shore A du matériau composite est comprise entre 2 et 30,
      la densité du matériau composite est comprise entre 1,0 et 2,9,
      la densité de la charge métallique est comprise entre 4 et 22,
      la matrice organique polymérique est un polybutadiène réticulé comprenant des chaínes polybutadiènes reliées par des ponts, la masse moléculaire moyenne en nombre des chaínes polybutadiènes étant comprise entre 500 et 10000.
    19. Cartouche cylindrique pour arme à feu, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un projectile non létal conforme à l'une des revendications 1 à 10.
    20. Cartouche cylindrique selon la revendication 19, caractérisée en ce que le diamètre interne de la cartouche est inférieur au diamètre du projectile.
    21. Cartouche selon la revendication 20, caractérisée en ce que sa paroi externe est constituée par au moins un alésage d'un magasin rotatif constituant une munition monolithique.
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