EP1319641A2 - Procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique par emploi d'une colle aqueuse - Google Patents

Procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique par emploi d'une colle aqueuse Download PDF

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EP1319641A2
EP1319641A2 EP02293070A EP02293070A EP1319641A2 EP 1319641 A2 EP1319641 A2 EP 1319641A2 EP 02293070 A EP02293070 A EP 02293070A EP 02293070 A EP02293070 A EP 02293070A EP 1319641 A2 EP1319641 A2 EP 1319641A2
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EP
European Patent Office
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pyrotechnic
electro
initiator
lacquer
ethylene
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EP02293070A
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EP1319641B1 (fr
EP1319641A3 (fr
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Jean-René Duguet
Jérôme Pillaert
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Livbag SAS
Original Assignee
Livbag SAS
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42C—AMMUNITION FUZES; ARMING OR SAFETY MEANS THEREFOR
    • F42C19/00—Details of fuzes
    • F42C19/08—Primers; Detonators
    • F42C19/12—Primers; Detonators electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/195—Manufacture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06C—DETONATING OR PRIMING DEVICES; FUSES; CHEMICAL LIGHTERS; PYROPHORIC COMPOSITIONS
    • C06C7/00—Non-electric detonators; Blasting caps; Primers
    • C06C7/02—Manufacture; Packing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
    • F42B3/00—Blasting cartridges, i.e. case and explosive
    • F42B3/10—Initiators therefor
    • F42B3/12—Bridge initiators
    • F42B3/124—Bridge initiators characterised by the configuration or material of the bridge

Definitions

  • the present invention relates to the field technique of electro-pyrotechnic initiators. More specifically, the invention relates to a method of creation of an electro-pyrotechnic initiator.
  • This manufacturing process adapts to any type initiator. They are either detonating initiators, also called detonators, i.e. of standard initiators igniters, intended for the ignition of propellant powder or of gas-generating substance. In this last case, the most common application is that of igniters for safety devices intended to protect occupants of a motor vehicle.
  • An electro-pyrotechnic initiator is formed a resistive heating element and a substance thermosensitive.
  • the resistive element may be present in the form of a filament, a small flat element dimension and very thin deposited on a circuit support printed or a resistive or semiconductor bridge in thin layers.
  • the structure of the initiator must include elements very robust, such as a compression ring by example.
  • the method of assembling the initiator requires the implementation of means important for dosing and compressing the substance powder.
  • thermosensitive substance is then deposited in the form a compact paint adhering to the support.
  • a first embodiment is to use solvents.
  • Patent FR 2704944 and its correspondent US 5544585 describe such an embodiment.
  • the explosive lacquer described in this patent consists by a primary explosive or an oxidizing-reducing mixture thermosensitive added with 2 to 15% of film-forming binder, previously dissolved in a solvent. Lacquer is deposited on the resistive element and the solvent is evaporated.
  • the explosive lacquer includes a material pyrotechnic in the form of particles and a binder made of a particulate polymer resin.
  • the lacquer may further comprise a solvent, alcohol ethyl.
  • the lacquer is first deposited on the element resistive then heated to a first temperature, around 100 ° C, to remove the solvent and then to a second temperature of the order of 150 ° C., for agglomerate between them the particles of the binder and for bind the lacquer to the resistive element.
  • the patent FR 2781878 describes a such an embodiment.
  • the heat-sensitive substance contains 40 to 60% by weight of pyrotechnic substance pulverulent in suspension in 60 to 40% by weight of inert binder, capable of hardening by polymerization.
  • the heat-sensitive substance is deposited on the element resistive and the polymerization is obtained by heating or by radiation.
  • This embodiment requires in practice of the high contents in binder. it therefore limits the proportion of pyrotechnic material in the thermosensitive substance, increases its dispersion, and thus decreases the sensitivity of the initiator.
  • the skilled person is therefore always looking of a method for producing an electro-pyrotechnic initiator which poses no risk to the personnel safety and that allows for filing and stick a substance on the resistive element thermosensitive, reliably and stably in the time.
  • the present invention relates to such a method.
  • the invention relates to a method for producing a electro-pyrotechnic initiator including a lacquer pyrotechnics initiated by a resistive heating element, characterized in that said pyrotechnic lacquer is obtained by depositing on the resistive element an adhesive aqueous consisting of a dispersion of a substance explosive and additives in an aqueous suspension to base of a copolymer chosen from copolymers ethylene / vinyl acetate and acetate copolymers of vinyl / ethylene acetate / ethylene, then by drying said aqueous adhesive at a temperature between 55 ° C and 75 ° C.
  • lacquer is called the solid element obtained by evaporation of water contained in the drop of aqueous glue deposited on initiator. This lacquer is also sometimes called ignition pearl.
  • the invention has the advantage of not using work with volatile and flammable solvents. Indeed, only water is used. Contrary to prejudice indicated in patent FR 2781878, water is eliminated easily, the drying step is not long and this does not degrade the performance of the substance thermosensitive.
  • Another advantage of the invention is to realize a dispersion of the explosive substance in a aqueous suspension based on a copolymer. This allows to numb the explosive substance and handle safely in liquid state.
  • the aqueous adhesive is deposited liquid on the element resistive in the form of a calibrated drop, using a lacquerer comprising a pneumatic dispenser. Drop aqueous glue is then dried at a temperature between 55 ° C and 75 ° C, preferably at 60 ° C. The heating to a temperature below 80 ° C prevents the formation of bubbles and therefore a poor contact with the resistive element.
  • the drying is carried out according to a drying method common in the industry such as infrared radiation, hot pulsed air or induction.
  • a preferred drying method is infrared radiation.
  • the explosive substance used in the composition of the aqueous adhesive is chosen from the group consisting of primary explosives and oxidant-reducing mixtures.
  • the primary explosive is a dinitrobenzofuroxane salt and, better still, the primary explosive is potassium dinitrobenzofuroxanate.
  • the explosive substance is a mixture of zirconium and potassium perchlorate.
  • the explosive substance used in the composition can be free of lead, which allows for environmentally friendly aqueous adhesives.
  • the explosive substance content of the pyrotechnic lacquer after drying is between 65% and 95% by weight relative to the total weight of the pyrotechnic lacquer.
  • the water content of the aqueous adhesive before drying is between 55% and 70% by weight relative to the total weight of the aqueous adhesive.
  • the aqueous suspension based on copolymer is obtained by emulsion of ethylene / acetate copolymer vinyl or vinyl acetate / ethylene acetate / ethylene in the presence of surfactant.
  • Preferred surfactants are anionic surfactants and alcohol Polyvinyl.
  • the amount of surfactant used is between 0.1% and 2% by weight relative to the weight of the aqueous suspension based on copolymer.
  • the aqueous suspension based on copolymer comprises in in addition to a plasticizer.
  • This plasticizer is chosen from phthalates.
  • a preferred plasticizer is phthalate dibutyl. This compound improves the adhesion of glue on the resistive element and adjust the hardness glue.
  • the amount of plasticizer is included between 0% and 20% by weight relative to the weight of the aqueous suspension based on copolymer.
  • the copolymer is a copolymer ethylene / vinyl acetate and the proportion of ethylene is between 10 and 30% by weight relative to the total weight of the ethylene / vinyl acetate copolymer.
  • the amount of copolymer is between 50% and 60% by weight relative to the total weight of the suspension aqueous based on said copolymer.
  • the aqueous glue also comprises additives such as thickening agent and an RX marker.
  • the thickening agent is based on cellulose modified, this allows the viscosity of the sticks, between 6.5 and 9 Pa.s, to the deposition process.
  • the amount of agent thickener is between 0.5 and 2.5% by weight relative to the total weight of the aqueous adhesive before drying.
  • the glue can also contain an RX marker. Its role is to make the glue opaque to X-rays in the case where the other constituents of the aqueous adhesive, and in particular the explosive substance, does not contain no heavy metals.
  • the RX marker consists of a metal powder or a metal salt, said metal having to absorb enough X-rays, while being compatible with the environment. It is preferentially chosen from the group consisting of tungsten, zirconium, bismuth or silver. This marker therefore makes it possible to control the initiator at the level of its manufacturing process.
  • the fundamental originality of the invention lies in the fact of using an aqueous adhesive comprising a explosive substance and a copolymer suspended in the water.
  • the glue is applied using a lacquer comprising a pneumatic metering device, in the form of a calibrated drop on the resistive heating element then the water is evaporated. Evaporation of water and nature of the copolymer make it possible to obtain, as shown the tests carried out, very good adhesion of the glue on the resistive element.
  • the surfactant is chosen from surfactants anionics and polyvinyl alcohol.
  • the additives contain a thickening agent and an RX marker.
  • the thickening agent adjusts the viscosity of the glue, it is based on cellulose changed.
  • the RX marker makes it possible to make the lacquer pyrotechnic opaque to X-rays. It is a powder of metal or a metal salt, the metal being chosen from the group consisting of tungsten, zirconium, bismuth or money.
  • the explosive substance is chosen from the group made up of primary explosives and mixtures oxidizer-reducer.
  • a preferred primary explosive is a dinitrobenzofuroxane salt, and better still the potassium dinitrobenzofuroxanate and a mixture preferred oxidant-reducer is the mixture zirconium / potassium perchlorate.
  • the resistive heating element is a cylindrical filament, a directly photo-etched bridge on printed circuit board or layered bridge thin surface mounted on a circuit support printed.
  • the explosive substance is a primary explosive and the resistive element is a semiconductor bridge often designated by the abbreviation SCB from its Anglo-Saxon designation "semi conductor bridge”.
  • Figure 1 shows, seen in section, an initiator electro-pyrotechnic realized according to the process object of the invention, in which the resistive element is mounted in area.
  • Figure 2 is a diagram of the device for to carry out the process which is the subject of the invention.
  • this electro-pyrotechnic initiator 1 is made from a glass / metal crossing comprising a metal jacket 9 and an element insulator 2 carrying the two electrodes 3, 4.
  • Each of these two electrodes 3, 4 presents, on the one hand, a upper end fixed by welding to a circuit printed 5 comprising a resistive heating element 11 of the CMS type ("surface mounted component"), and other hand, a lower end intended to be connected to a corresponding tubular plug.
  • the printed circuit 5 is itself attached to the insulating element 2.
  • a pyrotechnic lacquer 6 is stuck on the printed circuit 5 and the resistive element 11 and is surmounted by a metal cap 7 containing a composition reinforcing pyrotechnic 8, this metal cap 7 being welded to the cylindrical metallic liner 9 of the glass / metal crossing.
  • initiators are placed in a vehicle electro-pyrotechnics 1 not yet assembled with the metal cap 7 and the pyrotechnic composition reinforcer 8.
  • This vehicle 13 contains 10 rows of 20 inflammers.
  • the vehicle 13 is placed on a conveyor belt 14.Place in a lacquerer 15, shown in section, 20g aqueous glue.
  • the aqueous adhesive consists of 2.5% by weight of ethylene vinylpolyacetate and surfactant, 29% by weight of dinitrobenzofuroxanate potassium, 8% by weight of tungsten, 59.5% by weight of water and 1% by weight of hydroxypropyl is added cellulose to adjust viscosity to around 8 Not.
  • the lacquerer 15 consists of a rotary agitator 16. This rotary agitator 16 is set in motion with a rotation speed of 35 ⁇ 5 rotations per minute so keep the glue elements in suspension.
  • the oven temperature is 60 ° C and the duration of stay of the igniters in the oven is 30 minutes.
  • the vehicle 22 containing the dried igniters i.e. covered with a drop of pyrotechnic lacquer 6 of mass 9mg ⁇ 3mg.
  • the pyrotechnic lacquer is consisting of 72% by weight of dinitrobenzofuroxanate potassium, 6% by weight of ethylene vinylpolyacetate and surfactant, 2% by weight of hydroxypropyl cellulose and 20% by weight of powdered tungsten.
  • Composition A is a composition having the following properties:
  • Example 1 Adhesion of the pyrotechnic lacquer on the resistive element.
  • the first test consists in subjecting the initiator to an acceleration greater than 20,000 g, ie greater than 196,000 m / s 2 in the positive direction of the axis of the initiator perpendicular to the bonding plane of the pyrotechnic lacquer.
  • a second test consists in testing the adhesion of a non-active pyrotechnic lacquer, that is to say in which the explosive substance has been replaced, for safety reasons, by an inert substance, on a metal support.
  • a non-active pyrotechnic lacquer that is to say in which the explosive substance has been replaced, for safety reasons, by an inert substance, on a metal support.
  • two test pieces are glued with this non-active pyrotechnic lacquer, a tensile test is carried out on these two test pieces and the maximum stress that the pyrotechnic lacquer can withstand is measured.
  • the first test shows that the igniters comprising an initiator produced according to the process which is the subject of the invention can withstand up to 6 times 20,000 g of acceleration, that is to say up to 6 times an acceleration of 196,000 m / s 2 .
  • This test consists of conditioning the initiator at -40 ° C for 2 hours then placing it in a pressure bomb and subjecting it to an electric pulse with an amplitude of 1.2A for 2 ms. The pressure generated by the initiator is then measured inside the bomb. The time necessary for a pressure of 0.2 ⁇ 10 5 Pa, ie 0.2 bar, to be generated inside the manometric bomb is called “pressure appearance time”.
  • composition A The initiators whose resistive element is covered with the pyrotechnic lacquer according to the invention give longer operating times shorter and more reproducible than the initiators according to the state of the art (composition B).
  • the initiator is placed on the one hand the initiator comprising only the resistive element covered with the pyrotechnic lacquer and on the other hand the reinforcing charge. These two elements are placed at a calibrated distance from each other.
  • the initiator is subjected, at ambient temperature, to an electrical pulse with an amplitude of 1.2 A for 2 ms.
  • the pressure curve is recorded and the times corresponding to the first pressure rise and the second pressure rise are measured, from the time to corresponding to the start of the electrical pulse.
  • the first pressure rise is due to the combustion of the pyrotechnic lacquer and the second pressure build-up is due to combustion of the charge intensifying.
  • This test is carried out on new initiators and on aged initiators (accelerated aging of 400 hours at 107 ° C.).

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique (1) comprenant une laque pyrotechnique (6) initiée par un élément résistif chauffant (11). La laque pyrotechnique est obtenue par dépôt, sur l'élément résistif, d'une colle aqueuse constituée d'une dispersion d'une substance explosive et d'additifs dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère puis par séchage de ladite colle aqueuse à une température comprise entre 55°C et 75°C. Le copolymère est choisi parmi les copolymères éthylène/acétate de vinyle et les copolymères acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène.

Description

La présente invention se rapporte au domaine technique des initiateurs électro-pyrotechniques. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique. Ce procédé de fabrication s'adapte à n'importe quel type d'initiateur. Il s'agit soit d'initiateurs détonants, encore appelés détonateurs, soit d'initiateurs type allumeurs, destinés à l'allumage de poudre propulsive ou de substance génératrice de gaz. Dans ce dernier cas, l'application la plus courante est celle des allumeurs pour dispositifs de sécurité destinés à protéger les occupants d'un véhicule automobile.
Un initiateur électro-pyrotechnique est constitué d'un élément résistif chauffant et d'une substance thermosensible. L'élément résistif peut se présenter sous la forme d'un filament, d'un élément plat de petite dimension et très mince déposé sur un support de circuit imprimé ou d'un pont résistif ou semi-conducteur en couches minces.
Lorsqu'un courant électrique circule dans l'élément résistif, ce dernier est chauffé par effet Joule et de ce fait allume la substance thermosensible. Cette dernière doit donc être en étroit contact avec l'élément résistif afin d'assurer de façon fiable le transfert de chaleur entre l'élément résistif et la substance thermosensible. Ceci est généralement obtenu en exerçant sur ladite substance, à l'état pulvérulent, une importante force de compression dirigée vers l'élément résistif et assurant ainsi l'intime contact et son maintien. Un tel procédé de compression présente des inconvénients. En effet, pour être capable de supporter une telle force de compression sans être déformée, la structure de l'initiateur doit comporter des éléments très robustes, tels qu'une bague de compression par exemple. De plus, le procédé d'assemblage de l'initiateur nécessite la mise en oeuvre de moyens importants pour doser et comprimer la substance pulvérulente. On utilise généralement une trémie de distribution et une presse hydraulique. Un tel procédé est généralement effectué sous une pression de l'ordre de 1000 bars. Un tel procédé, souvent employé dans l'industrie, nécessite donc d'importants moyens de protection du personnel contre les risques inhérents à la mise en oeuvre et à la compression de matières explosives sèches. Par ailleurs, lors de la compression, l'élément résistif peut être endommagé.
Afin de palier aux inconvénients des techniques de compression, précédemment décrits, et d'assurer un étroit contact de la substance pyrotechnique avec l'élément résistif et ce de manière stable et figée dans le temps, l'homme du métier a alors cherché à « coller » la substance thermosensible sur l'élément résistif. La substance thermosensible est alors déposée sous la forme d'une peinture compacte et adhérente au support.
Un premier mode de réalisation est d'utiliser des solvants. Le brevet FR 2704944 et son correspondant US 5544585 décrivent un tel mode de réalisation. La laque explosive décrite dans ce brevet est constituée par un explosif primaire ou un mélange oxydant-réducteur thermosensible additionné de 2 à 15% de liant filmogène, préalablement mis en solution dans un solvant. La laque est déposée sur l'élément résistif et le solvant est évaporé.
Une autre réalisation connue est celle décrite dans la demande de brevet FR 2794235 déposée sous priorité US 09275555. La laque explosive comprend une matière pyrotechnique sous forme de particules et un liant constitué d'une résine polymérique en particules. La laque peut en outre comprendre un solvant, l'alcool éthylique. La laque est d'abord déposée sur l'élément résistif puis chauffée à une première température, de l'ordre de 100°C, pour chasser le solvant puis à une deuxième température de l'ordre de 150°C, pour agglomérer entre elles les particules du liant et pour lier la laque à l'élément résistif.
Ces deux modes de réalisation présentent des inconvénients. En effet, dans un atelier destiné à de gros volumes de production, la nécessité de manipuler une substance explosive en présence de solvants volatils inflammables et de chauffer de telles substances à de fortes températures représente une contrainte non négligeable sur le plan de la sécurité. De plus, des vapeurs toxiques peuvent être produites lors de l'élimination du solvant volatil.
Un autre mode de réalisation connu pour coller la substance thermosensible sur l'élément résistif est la polymérisation in situ. Le brevet FR 2781878 décrit un tel mode de réalisation. La substance thermosensible comprend de 40 à 60% en poids de substance pyrotechnique pulvérulente en suspension dans 60 à 40% en poids de liant inerte, susceptible de durcir par polymérisation. La substance thermosensible est déposée sur l'élément résistif et la polymérisation est obtenue par chauffage ou par rayonnement. Ce mode de réalisation nécessite dans la pratique des teneurs élevées en liant. Cela limite donc la proportion de matière pyrotechnique dans la substance thermosensible, augmente sa dispersion, et de ce fait diminue la sensibilité de l'initiateur.
L'homme du métier est donc toujours à la recherche d'un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique qui ne présente pas de risques pour la sécurité du personnel et qui permette de déposer et de coller sur l'élément résistif une substance thermosensible, de manière fiable et stable dans le temps.
La présente invention a pour objet un tel procédé.
L'invention concerne un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique comprenant une laque pyrotechnique initiée par un élément résistif chauffant, caractérisé en ce que ladite laque pyrotechnique est obtenue, par dépôt sur l'élément résistif, d'une colle aqueuse constituée d'une dispersion d'une substance explosive et d'additifs dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère choisi parmi les copolymères éthylène/acétate de vinyle et les copolymères acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène, puis par séchage de ladite colle aqueuse à une température comprise entre 55°C et 75°C. Dans la présente demande, on appelle laque l'élément solide obtenu par évaporation de l'eau contenue dans la goutte de colle aqueuse déposée sur l'initiateur. Cette laque est aussi parfois appelée perle d'allumage.
L'invention présente l'avantage de ne pas mettre en oeuvre de solvants volatils et inflammables. En effet, seule de l'eau est utilisée. Contrairement aux préjugés indiqués dans le brevet FR 2781878, l'eau est éliminée facilement, l'étape de séchage n'est pas longue et cela ne dégrade pas les performances de la substance thermosensible.
Un autre avantage de l'invention est de réaliser une dispersion de la substance explosive dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère. Cela permet d'insensibiliser la substance explosive et de la manipuler sans danger à l'état liquide.
La colle aqueuse est déposée liquide sur l'élément résistif sous la forme d'une goutte calibrée, à l'aide d'un laqueur comprenant un doseur pneumatique. La goutte de colle aqueuse est ensuite séchée à une température comprise entre 55°C et 75°C, de préférence à 60°C. Le fait de chauffer à une température inférieure à 80°C permet d'éviter la formation de bulles et donc un mauvais contact avec l'élément résistif.
Le séchage est effectué selon un mode de séchage courant dans l'industrie tel que le rayonnement infra-rouge, l'air chaud pulsé ou l'induction. Un mode de séchage préféré est le rayonnement infra-rouge.
La substance explosive entrant dans la composition de la colle aqueuse est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur. Selon une première variante préférée de l'invention, l'explosif primaire est un sel de dinitrobenzofuroxane et, mieux encore, l'explosif primaire est le dinitrobenzofuroxanate de potassium. Selon une deuxième variante préférée de l'invention, la substance explosive est un mélange de zirconium et de perchlorate de potassium.
Ce procédé de réalisation permet de réaliser des colles aqueuses exemptes de plomb. En effet, la substance explosive entrant dans la composition peut être exempte de plomb, ce qui permet de réaliser des colles aqueuses compatibles avec l'environnement.
La teneur en substance explosive de la laque pyrotechnique après séchage est comprise entre 65% et 95% en poids par rapport au poids total de la laque pyrotechnique.
La teneur en eau de la colle aqueuse avant séchage est comprise entre 55% et 70% en poids par rapport au poids total de la colle aqueuse. Ce procédé de réalisation permet donc d'avoir, avant séchage, une proportion importante d'eau, ce qui facilite la mise en oeuvre et après séchage, une proportion importante de substance explosive, ce qui rend l'initiateur très réactif.
Selon une variante préférée de l'invention, la suspension aqueuse à base de copolymère est obtenue par mise en émulsion de copolymère éthylène/acétate de vinyle ou acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène en présence de tensioactif. Les tensioactifs préférés sont les tensioactifs anioniques et l'alcool polyvinylique. La quantité de tensioactif utilisée est comprise entre 0,1 % et 2 % en poids par rapport au poids de la suspension aqueuse à base de copolymère.
Selon une autre variante préférée de l'invention, la suspension aqueuse à base de copolymère comprend en outre un plastifiant. Ce plastifiant est choisi parmi les phtalates. Un plastifiant préféré est le phtalate de dibutyle. Ce composé permet d'améliorer l'adhérence de la colle sur l'élément résistif et d'ajuster la dureté de la colle. La quantité de plastifiant est comprise entre 0 % et 20 % en poids par rapport au poids de la suspension aqueuse à base de copolymère.
De préférence, le copolymère est un copolymère éthylène/acétate de vinyle et la proportion d'éthylène est comprise entre 10 et 30% en poids par rapport au poids total du copolymère éthylène/acétate de vinyle. La quantité de copolymère est comprise entre 50 % et 60 % en poids par rapport au poids total de la suspension aqueuse à base dudit copolymère.
Selon une variante préférée de l'invention, la colle aqueuse comprend en outre des additifs tels qu'un agent épaississant et un marqueur RX.
L'agent épaississant est à base de cellulose modifiée, cela permet d'ajuster la viscosité de la colle, entre 6,5 et 9 Pa.s, au procédé de dépôt. On peut citer notamment comme agent épaississant l'hydroxypropylcellulose, la carboxyméthylcellulose, la méthylhydroxypropylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose. La quantité d'agent épaississant est comprise entre 0,5 et 2,5 % en poids par rapport au poids total de la colle aqueuse avant séchage.
Enfin, la colle peut aussi contenir un marqueur RX. Son rôle est de rendre la colle opaque aux rayons X dans le cas où les autres constituants de la colle aqueuse, et en particulier la substance explosive, ne contiennent pas de métaux lourds. Le marqueur RX est constitué par une poudre de métal ou un sel de métal, ledit métal devant absorber suffisamment les rayons X, tout en étant compatible avec l'environnement. Il est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent. Ce marqueur permet donc de contrôler l'initiateur au niveau de son procédé de fabrication.
L'originalité fondamentale de l'invention réside dans le fait d'utiliser une colle aqueuse comprenant une substance explosive et un copolymère en suspension dans l'eau. La colle est déposée à l'aide d'un laqueur comprenant un doseur pneumatique, sous la forme d'une goutte calibrée sur l'élément résistif chauffant puis l'eau est évaporée. L'évaporation de l'eau et la nature du copolymère permettent d'obtenir, comme le montrent les essais effectués, une très bonne adhérence de la colle sur l'élément résistif.
L'invention concerne également un initiateur électro-pyrotechnique réalisé selon le procédé précédemment décrit, comprenant une laque pyrotechnique initiée par un élément résistif chauffant, caractérisé en ce que ladite laque pyrotechnique comprend :
  • de 60 à 95% en poids de substance explosive,
  • de 5 à 15% en poids de tensioactif et de copolymère éthylène/acétate de vinyle ou acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène,
  • de 0 à 25% en poids d'additifs.
Le tensioactif est choisi parmi les tensioactifs anioniques et l'alcool polyvinylique.
Les additifs contiennent un agent épaississant et un marqueur RX. L'agent épaississant permet d'ajuster la viscosité de la colle, il est à base de cellulose modifiée. Le marqueur RX permet de rendre la laque pyrotechnique opaque aux rayons X. C'est une poudre de métal ou un sel de métal, le métal étant choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent.
La substance explosive est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur. Un explosif primaire préféré est un sel de dinitrobenzofuroxanne, et mieux encore le dinitrobenzofuroxanate de potassium et un mélange oxydant-réducteur préféré est le mélange zirconium/perchlorate de potassium.
Un tel initiateur électro-pyrotechnique fonctionne avec n'importe quel type d'élément résistif chauffant. De préférence, l'élément résistif chauffant est un filament cylindrique, un pont directement photogravé sur un support de circuit imprimé ou un pont en couches minces monté en surface sur un support de circuit imprimé.
Selon une variante préférée de l'invention, la substance explosive est un explosif primaire et l'élément résistif est un pont semi-conducteur souvent désigné par l'abréviation SCB provenant de sa désignation anglo-saxonne "semi conductor bridge".
On décrit ci-après une réalisation préférée de l'invention en se référant aux figures 1 et 2.
La figure 1 représente, vu en coupe, un initiateur électro-pyrotechnique réalisé selon le procédé objet de l'invention, dans lequel l'élément résistif est monté en surface.
La figure 2 est un schéma du dispositif permettant de réaliser le procédé objet de l'invention.
En se reportant plus particulièrement à la figure 1, on observe que cet initiateur électro-pyrotechnique 1 est réalisé à partir d'une traversée verre/métal comportant un chemisage métallique 9 et un élément isolant 2 portant les deux électrodes 3, 4. Chacune de ces deux électrodes 3, 4 présente, d'une part, une extrémité supérieure fixée par soudure à un circuit imprimé 5 comportant un élément résistif chauffant 11 du type CMS ("composant monté en surface"), et d'autre part, une extrémité inférieure destinée à être connectée à une fiche tubulaire correspondante. Le circuit imprimé 5 est lui-même rapporté sur l'élément isolant 2. Une laque pyrotechnique 6 est collée sur le circuit imprimé 5 et l'élément résistif 11 et est surmontée par un capuchon métallique 7 renfermant une composition pyrotechnique renforçatrice 8, ce capuchon métallique 7 étant soudé sur le chemisage 9 métallique cylindrique de la traversée verre/métal.
Un surmoulage 10 de résine thermoplastique enrobe partiellement les électrodes 3, 4 et assure, avec le capuchon métallique 7, l'étanchéité de l'initiateur 1.
En se référant à la figure 2, on décrit maintenant un mode préféré de réalisation de l'initiateur décrit précédemment.
On place dans un véhicule 13 des initiateurs électro-pyrotechniques 1 non encore assemblés avec le capuchon métallique 7 et la composition pyrotechnique renforçatrice 8. Ce véhicule 13 contient 10 rangées de 20 inflammateurs.
Le véhicule 13 est placé sur un tapis transporteur 14.On place dans un laqueur 15, représenté en coupe, 20g de colle aqueuse. La colle aqueuse est constituée de 2,5% en poids d'éthylène vinylpolyacétate et de tensioactif, de 29% en poids de dinitrobenzofuroxanate de potassium, de 8% en poids de tungstène, de 59,5% en poids d'eau et on rajoute 1% en poids d'hydroxypropyl cellulose pour ajuster la viscosité aux environs de 8 Pa.s. Le laqueur 15 est constitué d'un agitateur rotatif 16. Cet agitateur rotatif 16 est mis en mouvement avec une vitesse de rotation de 35 ± 5 tours par minute afin de maintenir en suspension les éléments de la colle.
On créé, dans l'atmosphère surmontant la colle, à l'aide d'un doseur pneumatique 18 une surpression temporaire sur la colle aqueuse afin de permettre la constitution de gouttes de colle aqueuse au niveau de la buse 19 de diamètre 0,85mm.
Le véhicule 20 contenant les inflammateurs dont l'élément résistif 11 est recouvert d'une goutte de colle aqueuse est ensuite amené, par le tapis transporteur 14 dans un four 21 à rayonnement infra-rouge. La température du four est de 60°C et la durée de séjour des inflammateurs dans le four est de 30 minutes.
On récupère ensuite, à la sortie du four, le véhicule 22 contenant les inflammateurs séchés, c'est-à-dire recouvert d'une goutte de laque pyrotechnique 6 de masse 9mg ± 3mg.
Après séchage, la laque pyrotechnique est constituée de 72% en poids de dinitrobenzofuroxanate de potassium, de 6% en poids d'éthylène vinylpolyacétate et de tensioactif, de 2% en poids d'hydroxypropyl cellulose et de 20% en poids de tungstène en poudre.
Les exemples qui suivent illustrent les performances des initiateurs électro-pyrotechniques réalisés selon le procédé objet de l'invention. Pour mesurer ces performances, on a testé deux compositions de laque pyrotechnique, une composition A selon l'invention et une composition B selon l'état de la technique.
Composition A :
  • colle aqueuse selon l'invention, avant séchage :
    • dinitrobenzofuroxanate de potassium          29,0 ± 1,0%
    • eau          59,5 ± 1,0%
    • éthylène vinylpolyacétate (EVA) + alcool polyvinylique          2,5 ± 0,2%
    • hydroxypropyl cellulose          1,0 ± 0,05%
    • tungstène en poudre          8,0 ± 1,0%
    La suspension aqueuse d'éthylène vinylpolyacétate est commercialisée par la société Labord SA sous la dénomination 239M.
  • laque pyrotechnique selon l'invention, après séchage :
    • dinitrobenzofuroxanate de potassium          72,0 ± 1,0%
    • éthylène vinylpolyacétate (EVA) + alcool polyvinylique          6,0 ± 0,5%
    • hydroxypropyl cellulose          2,0 ± 0,05%
    • tungstène en poudre          20,0 ± 1,0%
Composition B :
  • colle, avec solvant, selon l'état de la technique (brevet FR 2 704 944 et son correspondant US 5 544 585), avant séchage
    • trinitrorésorcinate neutre de plomb ultra-fin          59,1 ± 1,0%
    • acétochlorure de polyvinyle          5,8 ± 0,5%
    • méthyléthylcétone          19,8 ± 1,0%
    • acétate de butyle          14,9 ± 1,0%
    • dilaurate de dibutylétain (stabilisant)          0,4 ± 0,05%
  • laque pyrotechnique selon l'état de la technique, après séchage :
    • trinitrorésorcinate neutre de plomb ultra-fin          90,5 ± 1,0%
    • acétochlorure de polyvinyle          8,9 ± 0,5%
    • dilaurate de dibutylétain (stabilisant)          0,6 ± 0,05%
Exemple 1 : Adhérence de la laque pyrotechnique sur l'élément résistif.
Deux types d'essais permettent de quantifier l'adhérence de la laque pyrotechnique sur l'élément résistif. Pour réaliser ces deux essais, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique décrit précédemment.
Le premier essai consiste à soumettre l'initiateur à une accélération supérieure à 20 000g, soit supérieure à 196 000m/s2 dans le sens positif de l'axe de l'initiateur perpendiculaire au plan de collage de la laque pyrotechnique.
Ce test est renouvelé sur le même initiateur jusqu'à mettre en évidence la séparation de la laque pyrotechnique de l'élément résistif sur lequel elle est collée.
Un second essai consiste à tester l'adhérence d'une laque pyrotechnique non active, c'est-à-dire dans laquelle la substance explosive a été remplacée, pour des raisons de sécurité, par une substance inerte, sur un support métallique. Pour cela, on colle deux éprouvettes avec cette laque pyrotechnique non active, on effectue un essai de traction sur ces deux éprouvettes et on mesure la contrainte maximale que peut supporter la laque pyrotechnique.
Figure 00130001
Le premier essai montre que les allumeurs comprenant un initiateur réalisé selon le procédé objet de l'invention peuvent supporter jusqu'à 6 fois 20 000g d'accélération, c'est-à-dire jusqu'à 6 fois une accélération de 196 000 m/s2.
La laque pyrotechnique selon l'invention (composition A) présente donc une meilleure adhérence sur l'élément résistif. Dans le cadre du second essai, on voit que la contrainte maximale mesurée pour obtenir le décollement des deux éprouvettes collées par la perle d'allumage de composition A, c'est-à-dire selon l'invention, est 8,5 fois supérieure à celle mesurée pour obtenir le décollement des deux éprouvettes collées par la perle d'allumage de composition B, c'est-à-dire selon l'état de la technique.
Exemple 2 : Performance d'un initiateur réalisé selon le procédé objet de l'invention
Pour réaliser ce test de performance, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique décrit précédemment.
Ce test consiste à conditionner l'initiateur à -40°C pendant 2 heures puis à le placer dans une bombe manométrique et à le soumettre à une impulsion électrique d'une amplitude de 1,2A pendant 2ms. On mesure alors la pression générée par l'initiateur à l'intérieur de la bombe. On appelle "temps d'apparition de pression" le temps nécessaire pour qu'une pression de 0,2.105 Pa, soit 0,2 bar soit générée à l'intérieur de la bombe manométrique.
On prend comme temps t0 le moment où l'on envoie l'impulsion électrique.
Figure 00140001
Les initiateurs dont l'élément résistif est recouvert de la laque pyrotechnique selon l'invention (composition A) donnent des temps de fonctionnement plus courts et plus reproductibles que les initiateurs selon l'état de la technique (composition B).
Exemple 3 : Aptitude de la laque pyrotechnique à initier la charge renforçatrice de l'initiateur électro-pyrotechnique
Pour réaliser ce test, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique précédemment décrit. On sépare physiquement la charge renforçatrice du corps de l'initiateur.
A cet effet, on place dans une bombe manométrique d'une part l'initiateur comprenant seulement l'élément résistif recouvert de la laque pyrotechnique et d'autre part la charge renforçatrice. Ces deux éléments sont placés à une distance calibrée l'un de l'autre. On soumet, à température ambiante, l'initiateur à une impulsion électrique d'une amplitude de 1,2A pendant 2ms. On enregistre la courbe de pression et on mesure les temps correspondants à la première montée en pression et à la deuxième montée en pression, à partir du temps to correspondant au début de l'impulsion électrique. On calcule ensuite le temps Δt qui s'écoule entre les deux montées en pression (Δt = t2 - t1).
La première montée en pression est due à la combustion de la laque pyrotechnique et la deuxième montée en pression est due à la combustion de la charge renforçatrice.
On effectue cet essai sur des initiateurs neufs et sur des initiateurs vieillis (vieillissement accéléré de 400 heures à 107°C).
Figure 00160001
Ce test montre donc que la laque pyrotechnique objet de l'invention possède un meilleur pouvoir d'allumage de la charge renforçatrice de l'initiateur qu'une laque pyrotechnique selon l'état de la technique, cela se remarque d'autant plus avec des initiateurs vieillis.

Claims (25)

  1. Procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique (1) comprenant une laque pyrotechnique (6) initiée par un élément résistif chauffant (11), caractérisé en ce que ladite laque pyrotechnique est obtenue par dépôt, sur l'élément résistif, d'une colle aqueuse constituée d'une dispersion d'une substance explosive et d'additifs dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère choisi parmi les copolymères éthylène/acétate de vinyle et les copolymères acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène, puis par séchage de ladite colle aqueuse à une température comprise entre 55°C et 75°C.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le séchage de la colle aqueuse est effectué par rayonnement infra-rouge.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle aqueuse est déposée liquide sur l'élément résistif sous la forme d'une goutte calibrée, à l'aide d'un laqueur (15) comprenant un doseur pneumatique (18).
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la substance explosive est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'explosif primaire est un sel de dinitrobenzofuroxanne.
  6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'explosif primaire est le dinitrobenzofuroxanate de potassium.
  7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la substance explosive est un mélange de zirconium et de perchlorate de potassium.
  8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en eau de la colle aqueuse avant séchage est comprise entre 55 et 70% en poids par rapport au poids de la colle aqueuse.
  9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en substance explosive de la laque pyrotechnique après séchage est comprise entre 65 et 95% en poids par rapport au poids total de la laque pyrotechnique.
  10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de copolymère est comprise entre 50 et 60% en poids par rapport au poids total de la suspension aqueuse à base dudit copolymère.
  11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension aqueuse à base de copolymère contient en outre un tensio-actif choisi dans le groupe constitué par les tensio-actifs anioniques et l'alcool polyvinylique.
  12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension aqueuse à base de copolymère contient en outre un plastifiant choisi parmi les phtalates.
  13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle aqueuse contient en outre un agent épaississant à base de cellulose modifiée.
  14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle aqueuse contient en outre une poudre de métal ou un sel de métal, opaque aux rayons X.
  15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le métal est choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent.
  16. Initiateur électro-pyrotechnique (1) réalisé selon la revendication 1, comprenant une laque pyrotechnique (6) initiée par un élément résistif chauffant (11), caractérisé en ce que la laque pyrotechnique comprend :
    de 60 à 95 % en poids de substance explosive,
    de 5 à 15 % en poids de tensioactif et de copolymère éthylène/acétate de vinyle ou acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène,
    de 0 à 25 % en poids d'additifs.
  17. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 16, caractérisé en ce que les additifs contiennent un agent épaississant et un marqueur RX.
  18. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'agent épaississant est à base de cellulose modifiée.
  19. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 17, caractérisé en ce que le marqueur RX est une poudre de métal ou un sel de métal, le métal étant choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent.
  20. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 16, caractérisé en ce que la substance explosive est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur.
  21. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (11) est un filament cylindrique.
  22. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (11) est un pont directement photogravé sur un support de'circuit imprimé.
  23. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (11) est un pont en couches minces monté en surface sur un support de circuit imprimé.
  24. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 20, caractérisé en ce que la substance explosive est un explosif primaire.
  25. Initiateur électro-pyrotechnique (1) selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (11) est un pont semi-conducteur dit SCB.
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