EP3515881A1 - Produit pyrotechnique composite renfermant un agent anti-lueur de type sel de potassium. - Google Patents

Produit pyrotechnique composite renfermant un agent anti-lueur de type sel de potassium.

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EP3515881A1
EP3515881A1 EP17787216.5A EP17787216A EP3515881A1 EP 3515881 A1 EP3515881 A1 EP 3515881A1 EP 17787216 A EP17787216 A EP 17787216A EP 3515881 A1 EP3515881 A1 EP 3515881A1
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EP
European Patent Office
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potassium
agent
composite pyrotechnic
pyrotechnic product
energetic
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EP17787216.5A
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EP3515881B1 (fr
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Jérôme LAFARGE
Fabienne Morin
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ArianeGroup SAS
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B23/00—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents
    • C06B23/04—Compositions characterised by non-explosive or non-thermic constituents for cooling the explosion gases including antifouling and flash suppressing agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B45/00—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product
    • C06B45/04—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive
    • C06B45/06—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component
    • C06B45/10—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component the organic component containing a resin
    • C06B45/105—The resin being a polymer bearing energetic groups or containing a soluble organic explosive

Definitions

  • the present invention relates to composite pyrotechnic products, particularly suitable as solid propellants for propelling tactical missiles. It is more precisely composite pyrotechnic products, containing a high rate of organic energy charges in an energy binder.
  • the composition of said products is optimized with reference to the technical problem of the discretion of said products during their combustion, more specifically with reference to the technical problem of obtaining an interesting compromise in terms of discretion and energy power.
  • a so-called acceleration phase where the operating pressure is maximum (the value of this maximum operating pressure being obviously related to the energy power of the propellant in combustion) and a so-called cruise phase where the operating pressure is minimal (generally of the order of 2 to 3 MPa);
  • cryolite Na 3 AIF 6
  • potassium and aluminum fluoride potassium cryolite, (K 3 AIF 6 )
  • K 3 AIF 6 potassium cryolite,
  • potassium cryolite K 3 AIF 6
  • alkaline salts such as potassium sulphate (K 2 SO 4 ), potassium nitrate, potassium fluoride and aluminum fluoride
  • potassium cryolite (K 3 AIF 6 ) potassium cryolite (K 3 AIF 6 )
  • hydrogenated potassium tartrate as anti-glare additives
  • sodium cryolite K 3 AIF 6
  • tartrate of hydrogenated potassium as anti-glare additives
  • K 3 AIF 6 potassium cryolite
  • compositions typically contain essentially energetic fillers, nitrocellulose, cellulose acetate butyrate, an energetic plasticizer, and additives. They may also contain at least one additional energetic binder such as glycidyl polyazide (PAG; non-crosslinked) or non-energetic such as polybutadiene with terminal hydroxyl functions (PBHT).
  • PAG glycidyl polyazide
  • PBHT polybutadiene with terminal hydroxyl functions
  • the double-base solid propellants have a more modest energy performance than the composite propellants developed in a second time.
  • composite propellants such as Nitramite ® and Azamite ® .
  • Composite propellants of Nitramite ® type contain energetic charges (of the RDX or HMX type) in a crosslinked binder (of polyester, polyether or polycaprolactone type), plasticized with nitroglycerine.
  • their composition has been optimized in that it does not contain metal charges (such as aluminum charges) able to generate primary fumes, no or little inorganic energy charges (such as ammonium perchlorate charges) capable of generating secondary fumes and in that it contains effective anti-their agents capable of minimizing or even eliminate the phenomena of post combustion (it is noted here incidentally that the nature and quantity of anti-light agents are to be optimized insofar as said anti-glare agents are capable of generating primary and / or secondary fumes).
  • Composite propellants of the Azamite ® type are even more energetic propellants than those of the Nitramite ® type. They contain energetic charges (of the RDX or HMX type) in a crosslinked energy binder (of the glycidyl polyazide type (PAG)), plasticized with at least one energetic plasticizer. They are opportunely used up to firing pressures of the order of 16 MPa, in so-called acceleration phase. Under such conditions, the anti-light agents of the prior art (see above) have proved to be ineffective (in particular to substantially reduce the post-combustion phenomenon, more generally with reference to the technical problem of discretion).
  • the present invention thus relates to new composite pyrotechnic products, highly energetic. They are of the crosslinked energy binder type containing organic energy charges. They contain, more specifically, in a plasticized binder comprising a crosslinked energy polymer and at least one energetic plasticizer, organic energetic fillers and at least one anti-glow agent of the potassium salt type. Characteristically:
  • said crosslinked energy polymer consists of a glycidyl polyazide (PAG) having a number-average molecular weight
  • said at least one anti-glow agent of the potassium salt type is chosen from potassium cryolite (K3AIF 6 ), potassium monobasic tartrate (C4H5KO6) and mixtures thereof.
  • the structure of the composite pyrotechnic products of the invention therefore typically associates a specific binder (energetic) and at least one specific anti-glare agent (potassium salt type).
  • the nature of the binder (that of its precursor (energetic) polymer) therefore constitutes one of the key elements (of the composition) of the composite pyrotechnic products of the invention.
  • potassium cryolite K 3 AIF 6
  • monobasic potassium tartrate C 4 H 5 KO 6
  • said monobasic potassium tartrate advantageously consisting of monobasic potassium L-tartrate (see above)
  • potassium cryolite K 3 AIF 6
  • the infra-red signature of said potassium cryolite is more discrete than that of said monobasic potassium tartrate.
  • Said at least one original anti-glare agent is obviously conveniently present in an effective amount but not excessive (the (s) added potassium salt (s) suitable for minimizing the phenomenon of post combustion but likely to generate primary fumes and, in any case, have a negative influence on the energy output).
  • This effective and non-excessive amount is generally such that it provides in the composition of the product a potassium content of 0.2 to 5% by weight, preferably 0.2 to 2.5% by weight.
  • This advantageous potassium content of 0.2 to 2.5% by weight corresponds approximately to a mass content, in one and / or the other of said specific potassium salts, of 1 to 5%. It is conceivable that at the desired potassium equivalent content, the required dHsKOe content is higher than that required in K3AIF6.
  • binder energy binder, therefore
  • precursor polymer hydroxytelechelic glycidyl polyazide
  • the "one" glycidyl polyazide should read “at least one" glycidyl polyazide throughout the present text. Indeed, it is in no way excluded from the scope of the invention to use a mixture of at least two glycidyl polyazides (having molecular weights (between 700 and 3000 g / mol) and / or different branching ratios). as precursor polymer of the binder of the products of the invention.
  • the precursor energy polymer of the binder of the products of the invention is therefore a polyazide, a glycidyl polyazide (PAG) which has terminal hydroxy functions (a hydroxytelechelic PAG); hence 1) its energetic properties and 2) its ability to be crosslinked with the polyisocyanate crosslinking agents.
  • PAG glycidyl polyazide
  • Said polymer has an adequate molecular weight (in particular, with reference to its consistency (liquid) and the consistency of its mixture with essentially the (organic energy) charges and in particular reference to the relative content of the crosslinked binder in crosslinking agent (s)), a number-average molecular weight (Mn) of between 700 and 3000 g / mol, advantageously between 1700 and 2300 g / mol.
  • Mn number-average molecular weight
  • Crosslinking agents of the polyisocyanate type (at least bifunctional), which are suitable for the crosslinking of such a hydroxytelechelic glycidyl polyazide (PAG), are known per se. It may especially be di- or triisocyanates.
  • liquid polyisocyanates chosen from toluene diisocyanate (TDI), isophorone diisocyanate (IPDI), dicyclohexyl methylene diisocyanate (MDCl), hexamethylene diisocyanate (HDI), trimer of said hexamethylene diisocyanate (especially marketed by Bayer under the trade name Desmodur ® N 3300), biuret trihexane isocyanate (BTHI), the S ⁇ - ⁇ -hexamethylene trimethyl-diisocyanate and mixtures thereof.
  • the trimer of hexamethylene diisocyanate is used.
  • Said crosslinking agents are conventionally used in an amount necessary and sufficient to ensure the crosslinking of the polymer (not excessive so as not to pollute the crosslinked product obtained). They are conventionally used in an amount such that the bridging ratio (NCO (of the crosslinking agent) / OH (of the polymer)) is between 0.8 and 1.4, or advantageously 1.2.
  • the crosslinked energy polymer generally represents from 9 to 14% by weight of the total composition of the composite pyrotechnic products of the invention.
  • the energy polymer per is generally involved for 7 to 12% by weight, the at least one crosslinking agent for about 2% by weight.
  • binder of its precursor polymer
  • the interest of the invention is based on the combination of such an energetic binder precursor polymer with at least one specific anti-glare agent (potassium salt type).
  • the energy binder is associated with at least one energetic plasticizer.
  • the energy plasticizer (s) in question is (are) advantageously of the nitrate and / or nitramine type.
  • the energy plasticizer (s) in question is (are) very advantageously selected from diethylene glycol dinitrate (DEGDN), triethylene glycol dinitrate (TEGDN), butanetriol trinitrate (BTTN) trimethylolethane trinitrate (TMETN), a mixture of 2,4-dinitro-2,4-diaza-pentane, 2,4-dinitro-2,4-diaza-hexane and 3,5-dinitro-3, 5-diaza-heptane (and especially DNDA 5.7), nitrato ethyl nitramines (especially methyl-2-nitratoethyl nitramine (methylNENA) and ethyl-2-nitratoethyl nitramine (ethylNENA)
  • the plasticizer (s) of the pyrotechnic products of the invention generally represent (s) from 10 to 30% by weight, more generally from 15 to 25% by weight, of the total composition of said products.
  • the energy charges present are organic charges.
  • the organic energy charges involved are not per se original. These are known organic energy charges Persian and, for the most part, already packaged according to the prior art in crosslinked energy polymer binders (in particular PAG type). It is advantageously charges of hexogen (RDX), octogen (HMX), hexanitrohexaazaisowurtzitane (CL20), nitroguanidine (NGU), ethylene dinitramine (EDNA), dinitramide N-guanylurea (FOX 12 (GUDN)), 1,1-diamino-2,2-dinitroethylene (FOX 7 (DADE)), 5,5'-azotetrazolate bis (triaminoguanidinium) (TAGZT), 5,5'- Dihydrazinium azotetrazolate (DHDZT), 5,5'-bis (tetrazolyl) hydrazine (HBT), bis (2,2-dinitropropyl) nitramine (BDNPN), a nitropyrazole or
  • energy charges of RDX and / or H MX there are energy charges of RDX and / or H MX, more preferably energy charges of RDX or HMX.
  • hexogen charges and / or octogen charges are particularly recommended since these two types of charges offer a very satisfactory compromise: safety / energy efficiency and where it is also possible to take advantage of the scope of the invention, assets (resulting from the use of these two types of charges in the prior art).
  • Organic energy charges are conventionally in the form of solid grains, distributed homogeneously within the plasticized crosslinked binder. These solid grains suitably have, in a known manner per se, several particle size distributions.
  • the organic energy charges of the pyrotechnic products of the invention generally represent from 50 to 70% by weight, more generally from 55 to 65% by weight, of the total composition of said products. It is understood that said products are high load.
  • metal charges aluminum in particular
  • Such metal charges are indeed likely to generate particles during their combustion, ie to generate primary fumes.
  • inorganic energy charges of ammonium perchlorate, in particular
  • inorganic energy charges are necessarily, in reference to the discretion sought, in small quantities ( ⁇ 4% by weight). They can be considered as additives (see below). Their presence may be appropriate, with reference to the ballistic properties of the product.
  • the composite pyrotechnic products of the invention are moreover likely to contain, and generally contain, in their binder (crosslinked precursor polymer), in addition to plasticizers, organic energy charges and specific anti-glare agent (s). ), at least one additive. It is more apt to speak of at least one other additive, the anti-glare agents being quite capable of being analyzed as additives.
  • the anti-glare agents have been presently isolated from the other additives, insofar as they are present with reference to the technical problem currently considered and where they therefore constitute a key element of the products of the invention.
  • the composite pyrotechnic products of the invention therefore contain in their composition, in addition to the crosslinked polymer (PAG), the plasticizers (s), organic energy charges and the at least one specific anti-glare agent, at least one additive; said at least one additive comprising at least one crosslinking catalyst and / or at least one stabilizing agent of the plasticizer (s) present (s) and / or at least one combustion catalyst.
  • Said at least one polymerization catalyst may especially be chosen from triphenylbismuth and tin dibutyldilaurate (DBTL). Present, it is generally at a content not exceeding 100 ppm.
  • Said at least one stabilizing agent for the plasticizer (s) present) may especially consist of at least one aromatic amine, such as 2-nitrodiphenylamine (2-NDPA) and N-methylparanitroaniline (MNA). Present, it is generally at a content of about 1% by weight.
  • Said at least one combustion catalyst may especially be chosen from conventional combustion catalysts, such as lead salts and oxides, and bismuth citrate. Said bismuth citrate, especially because of its lower toxicity, is preferred.
  • the Applicant has described, in the patent application WO 2016/066245, the advantageous use of said citrate of bismuth as a combustion catalyst.
  • Said at least one combustion catalyst is generally present in the composition of the pyrotechnic products of the invention at a mass ratio of 1 to 6%, very generally at a mass ratio of 3 to 5%.
  • additives that may be present in the composition of the composite pyrotechnic products of the invention may especially consist of inorganic energetic charges (see above) and one or more implementing agents (auxiliaries). manufacturing).
  • the said agent (s) is (are) generally present at a content of 1 to 2% by weight.
  • the additives which may be present (in view of the above remarks, it has been understood that generally several types of additive are present) generally represent a maximum of 10% by weight of the composition of the composite pyrotechnic products of the invention. They generally represent from 0.1 to 10% by weight (often from 1.5 to 10% by weight) of the composition of said composite pyrotechnic products of the invention.
  • the composite pyrotechnic products of the invention are not of a new type but that they are new by the combination, in their composition, of a specific binder (PAG crosslinked with at least one polyisocyanate) and at least one specific anti-glare agent.
  • a specific binder PAG crosslinked with at least one polyisocyanate
  • at least one specific anti-glare agent PAG crosslinked with at least one polyisocyanate
  • composition of the composite pyrotechnic products of the invention thus contains:
  • said at least one antiglare potassium salt type selected from the potassium cryolite agent (K 3 AIF 6) monobasic potassium tartrate (QHSKO O) and mixtures thereof, in an amount ensuring a potassium content of said propellant from 0.2% to 2.5% by weight.
  • K 3 AIF 6 potassium cryolite agent
  • QHSKO O monobasic potassium tartrate
  • the advantageous ranges indicated above can quite be considered independently of each other. Preferably, they are in combination with each other.
  • said composition is generally free of any other ingredient (especially any metallic filler) and therefore consists of the ingredients listed above, present in the amounts indicated above.
  • composite pyrotechnic products are particularly suitable as solid propellants for propellant loading of tactical missiles. Their use for this purpose is particularly recommended. It is an integral part of the present invention.
  • the present invention therefore also relates to a method for preparing a composite pyrotechnic product as described above.
  • This process comprises:
  • the at least one anti-glare agent is introduced in powder form.
  • the partial vacuum mentioned is intended for degassing of the medium above which it is applied. It is usually 10 mm Hg. Incidentally, it is not necessarily constant intensity.
  • the heat treatment (crosslinking (of the hydroxytelechelic PAG)) is generally carried out at a temperature between 30 and 60 ° C (30 ° C ⁇ T ⁇ 60 ° C) for several days.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show, for each of the propellants tested (respectively that of Comparative Example C2 (with K 2 SO 4 (15 pm)), that of Example 1 and that of Example 2). the temperature (equivalent black body radiation temperature (° C)) according to the axis of the jet (of generated gases) as a function of the distance (measured distance (in m) from the outlet of the nozzle); the propellant tested being at an operating pressure of 16 MPa (see point 5 below).
  • the longitudinal thermal profiles shown were obtained using IR cameras on Band II. These cameras made it possible to draw a two-dimensional thermal profile of the jet emitted by the nozzle.
  • Examples 1 and 2 relate to propellants according to the invention comprising, in their composition:
  • RDX - hexogen charges
  • the oxidizing charge of hexogen is conventional: it consists of 60% by weight of a RDX of a particle size class of 0 - 100 ⁇ m and 40% by weight of a RDX of a particle size class of 2.5 ⁇ m. 5 pm;
  • BTTN trinitrate butanediol
  • TMETN trimethylolethane trinitrate
  • NINA N-methylparanitroaniline
  • 2-NDPA 2-nitrodiphenylamine
  • an anti-glare agent K 2 AIF 6 for example 1 of the invention and C4H5KO6 for example 2 of the invention.
  • the anti-glare agents were present in the propellant compositions (Comparative Examples C1 and C2 and Examples 1 and 2 of the invention), with almost iso-content (approximately 0.9% by weight) of potassium.
  • compositions of each of said propellants are shown in Table 1 below. We can more precisely speak about compositions mass of the precursor paste of each of said propellants (before crosslinking).
  • the crosslinking catalyst (DBTL (dibutyltin dilaurate) (55 ppm) was then added to said homogeneous paste and the medium was further stirred 30 min before the addition of the binder crosslinking agent (Desmodur ® N 3300). Said crosslinking agent was finally added and the medium was stirred for 15 minutes (still at 50 ° C. and under vacuum).
  • DBTL dibutyltin dilaurate
  • the batches of 800 g of pulp were partly used to assess the feasibility of the process of obtaining the propellants (to measure the pot life of the dough) and partly, after crosslinking, to evaluate the ballistic behavior of the propellant (for measure the burning rate of it).
  • the batches of 5 kg, divided in two, were crosslinked.
  • two blocks of propellants were prepared: two blocks of diameter 90 mm and length 150 mm. They have been tested (on the test bench: see point 5 below).
  • the pot life (which makes it possible to assess the feasibility of the process for obtaining the propellants) was determined by measuring the viscosity of the propellant paste in question (containing the crosslinking agent and the crosslinking catalyst) at over time, using a Brookfield viscometer (with the body No. 3 (mobile C) rotated at 1 rpm), at a temperature of 50 ° C. The time for which the viscosity reached 15 kPo was recorded to determine if the propellant met the industrialization criterion, i.e. if the said time was greater than 10 h. 4. DETERMINATION OF COMBUSTION SPEED OF PROPERGOLS
  • the burning rate was measured conventionally at 20 ° C and 10 MPa.
  • Some characteristics of the jet have been determined by optronic means, in particular by IR Band II observation, visible transmission / emission (at 632 nm), and transmission / emission in IR between 2 and 14 ⁇ m.
  • the longitudinal thermal profiles obtained by IR camera (Band II) make it possible to highlight in the jet gradients in black body equivalent temperature.
  • the levels of transmission in the visible and in the IR make it possible to highlight the notion of transparency and thus the effectiveness of the anti-light agents tested.
  • Example 1 of the invention For the propellant according to Example 1 of the invention, the composition of which contained K 3 AIF 6 , no post-combustion flame was detected. The jet was considered inert. The level of radiation in band II remained low: the maximum blackbody equivalent temperature was 600 ° C at the nozzle outlet (it did not exceed this value by moving away from the outlet plane of said nozzle).
  • Example 2 of the invention For the propellant according to Example 2 of the invention, the composition of which contained C4H5KO6, in the same way, no post-combustion flame was detected.
  • the jet was considered inert.
  • the level of radiation in band II remained low: the temperature
  • the maximum equivalent blackbody was 650 ° C at the nozzle outlet (it did not exceed this value by moving away from the exit plane of said nozzle). This maximum temperature is a little higher than that obtained with K 3 AIF 6 .

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Abstract

La présente invention a pour principal objet un produit pyrotechnique composite renfermant, dans un liant plastifié, comprenant un polymère énergétique réticulé et au moins un plastifiant énergétique, des charges énergétiques organiques et au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium. De façon caractéristique, ledit polymère énergétique réticulé consiste en un polyazoture de glycidyle (PAG), ayant une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) comprise entre 700 et 3000 g/mol, réticulé, via ses fonctions terminales hydroxyles, avec au moins un agent de réticulation de type polyisocyanate, et ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium est choisi parmi la cryolite de potassium (K3AIF6), le tartrate de potassium monobasique (C4H5KO6) et leurs mélanges. Le produit pyrotechnique composite en cause est intéressant en termes de discrétion et de pouvoir énergétique.

Description

Produit pyrotechnique composite renfermant un agent anti-lueur de type sel de potassium
La présente invention concerne des produits pyrotechniques composites, convenant notamment comme propergols solides pour chargements propulsifs de missiles tactiques. Il s'agit plus précisément de produits pyrotechniques composites, renfermant un fort taux de charges énergétiques organiques dans un liant énergétique. La composition desdits produits est optimisée en référence au problème technique de la discrétion desdits produits lors de leur combustion, plus précisément en référence au problème technique de l'obtention d'un compromis intéressant en termes de discrétion et de pouvoir énergétique.
Le problème technique de la discrétion (des propergols solides des chargements propulsifs) des missiles est un réel problème technique.
Il est bien connu de l'homme du métier :
- qu'ils existent deux phases de tir, lors du tir d'un missile tactique : une phase dite d'accélération où la pression de fonctionnement est maximale (la valeur de cette pression de fonctionnement maximale étant évidemment liée au pouvoir énergétique du propergol en combustion) et une phase dite de croisière où la pression de fonctionnement est minimale (généralement de l'ordre de 2 à 3 MPa) ;
- que la discrétion d'un missile tactique, i.e. celle de son chargement de propergol s'apprécie à l'aptitude dudit chargement, lors de sa combustion, à émettre des fumées (fumées primaires (résultant de la combustion, dans le jet de gaz produit, des particules solides également produites) et/ou fumées secondaires (si du perchlorate d'ammonium est présent dans la composition du propergol)) et à engendrer des lueurs (dues au phénomène de post combustion, i.e. à la ré-inflammation des gaz de combustion) ; et
- que ladite discrétion est évidemment plus difficile à gérer en phase dite d'accélération.
Dans ce contexte de la combustion des propergols, en référence au problème technique de la discrétion, voire à un problème technique de nature différente, il a été préconisé d'incorporer divers types d'additifs dans la composition de propergols.
Dans un premier temps, pour notamment les missiles tactiques, des propergols double base (nitrocellulose/nitroglycérine) ont été développés. De tels propergols, économiques à produire et très discrets (grâce à la présence, au sein de leur composition, d'additifs (agents anti-lueurs) performants), sont toujours d'actualité.
Dans ce contexte des propergols solides double base, il a notamment été décrit :
- l'utilisation de cryolite (Na3AIF6) et de fluorure de potassium et d'aluminium (= de cryolithe de potassium ; (K3AIF6)), comme additifs réduisant le flash émis au moment d'un tir d'arme à feu (voir la partie introductive du brevet US 4 078 955). De tels additifs, efficaces, présentent toutefois l'inconvénient (dans ce contexte) de générer, lors de la combustion, de l'alumine et des fluorures, qui provoquent usure et corrosion dans le canon ;
- l'utilisation de cryolite de potassium (K3AIF6), comme catalyseur de combustion et celle de sels alcalins, tels le sulfate de potassium (K2S04), le nitrate de potassium, le fluorure de potassium et d'aluminium (= la cryolithe de potassium ; (K3AIF6)), le tartrate de potassium hydrogéné, comme additifs anti-lueurs (voir l'enseignement du brevet US 4 381 270) ; - l'utilisation de ces mêmes sels alcalins : le sulfate de potassium (K2SO4), le nitrate de potassium, le fluorure de potassium et d'aluminium (= la cryolithe de potassium ; (K3AIF6)), le tartrate de potassium hydrogéné, comme additifs anti-lueurs (voir les enseignements du brevet US 3 960 621 et de la demande de brevet EP 0 219 431) ;
- l'utilisation de cryolite de potassium (K3AIF6), comme co-catalyseur (voir l'enseignement de la demande de brevet GB 2 258 230).
La demande de brevet US 2011/0284140 décrit l'éventuelle présence d'additifs anti-lueurs (notamment choisis parmi une cryolite, l'oxalate de sodium, le sulfate de potassium, le nitrate de potassium, un autre sel de potassium et leurs mélanges) dans des compositions double-base composites pour armes à tubes (armes légères). Lesdites compositions renferment typiquement essentiellement des charges énergétiques, de la nitrocellulose, du butyrate d'acétate de cellulose, un plastifiant énergétique et des additifs. Elles sont susceptibles de renfermer en outre au moins un liant supplémentaire, énergétique tel que le polyazoture de glycidyle (PAG ; non réticulé) ou non énergétique tel que le polybutadiène à fonctions hydroxyle terminales (PBHT).
Les propergols solides double base présentent toutefois des performances énergétiques plus modestes que celles des propergols composites développés dans un deuxième temps. Ont tout particulièrement été développés, notamment pour les missiles tactiques, des propergols composites de type Nitramite® et Azamite®.
Les propergols composites de type Nitramite® renferment des charges énergétiques (de type RDX ou HMX) dans un liant réticulé (de type polyester, polyéther ou polycaprolactone), plastifié avec de la nitroglycérine. En référence au problème technique de leur discrétion, leur composition a été optimisée en ce qu'elle ne renferme pas de charges métalliques (telles des charges d'aluminium) aptes à générer des fumées primaires, pas ou peu de charges énergétiques inorganiques (telles des charges de perchlorate d'ammonium) aptes à générer des fumées secondaires et en ce qu'elle renferme des agents anti-leurs efficaces aptes à minimiser, voire supprimer les phénomènes de post combustion (on note incidemment ici que les nature et quantité d'agents anti-lueurs sont à optimiser dans la mesure où lesdits agents anti-lueurs sont susceptibles de générer des fumées primaires et/ou secondaires). A titre d'agents anti-lueurs efficaces, il a été proposé des composés à base de métaux alcalins, sodium (Na2S04,...) et surtout potassium (K2SO4, KNO3, K3AIF6, ...)■ A ce propos, on peut se référer à l'enseignement du livre « Technologie des propergols solides » par Alain DAVENAS (Editeur Masson), 1988, page 549. Des résultats très satisfaisants ont ainsi été obtenus (notamment avec utilisation de K2SO4, comme agent anti-lueur) dans les conditions d'utilisation de ces propergols composites de type Nitramite® (pressions de tir jusqu'à 10-12 MPa, en phase dite d'accélération).
Les propergols composites de type Azamite®sont des propergols encore plus énergétiques que ceux de type Nitramite®. Ils renferment des charges énergétiques (de type RDX ou HMX) dans un liant énergétique réticulé (de type polyazoture de glycidyle (PAG)), plastifié avec au moins un plastifiant énergétique. Ils sont opportunément utilisés jusqu'à des pressions de tir de l'ordre de 16 MPa, en phase dite d'accélération. Dans de telles conditions, les agents anti-lueurs de l'art antérieur (voir ci-dessus) se sont révélés inefficaces (pour notamment réduire de façon substantielle le phénomène de post combustion ; plus généralement en référence au problème technique de la discrétion). Les inventeurs ont tout particulièrement mis en évidence (au sein donc de propergols de type Azamite®) l'inefficacité de K2SO4 (d5o = 285 μπι) conventionnellement utilisé au sein des propergols de type Nitramite®. Ils ont testé (au sein de propergols de type Azamite®) ce même agent anti-lueur de l'art antérieur, en l'utilisant à plus faible granulométrie (d5o = 15 μητι). Ils ont alors constaté que le phénomène de post combustion demeurait, malgré une amélioration sensible de la transmission dans le visible. Ils ont constaté qu'une flamme de post combustion était toujours présente (voir l'exemple comparatif C2 ci-après ainsi que la figure 1 annexée). L'homme du métier conçoit parfaitement que, dans un tel contexte, d'utilisation d'un propergol plus énergétique (Azamite®/Nitramite®) avec volonté d'optimiser les performances du moteur (pression en phase d'accélération : jusqu'à 16 MPa/10-12 MPa)), les problèmes de post combustion sont exacerbés. Il conçoit parfaitement que le problème technique de la discrétion est plus difficile à gérer.
De manière générale, l'homme du métier conçoit que la discrétion d'un produit pyrotechnique composite est d'autant plus problématique que les performances énergétiques dudit produit pyrotechnique composite sont élevées.
II est du mérite des inventeurs de proposer, dans un contexte particulier (de propergols très énergétiques, destinés à être mis en combustion à haute pression (en phase d'accélération)), des agents anti-lueurs efficaces (lesdits agents anti-lueurs sont présents conventionnellement dans la composition des propergols à l'état de poudres ; ils sont introduits, conventionnellement, à l'état de poudres, lors de la préparation desdits propergols). Il est du mérite des inventeurs de proposer un nouveau propergol composite à liant énergétique spécifique (liant = un polymère énergétique spécifique (de type polyazoture de glycidyle (PAG) hydroxytéléchélique) réticulé avec au moins un polyisocyanate), renfermant au moins un agent anti-lueur spécifique dans sa composition. Ce nouveau propergol composite est performant sur le plan énergétique (il présente notamment une haute vitesse de combustion) et reste discret (même en phase d'accélération, à des pressions jusqu'à 16 MPa).
Selon son premier objet, la présente invention concerne donc de nouveaux produits pyrotechniques composites, fortement énergétiques. Ils sont du type à liant énergétique réticulé renfermant des charges énergétiques organiques. Ils renferment, plus précisément, dans un liant plastifié, comprenant un polymère énergétique réticulé et au moins un plastifiant énergétique, des charges énergétiques organiques et au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium. De façon caractéristique :
- ledit polymère énergétique réticulé consiste en un polyazoture de glycidyle (PAG), ayant une masse moléculaire moyenne en nombre
( n) comprise entre 700 et 3000 g/mol, réticulé, via ses fonctions terminales hydroxyles, avec au moins un agent de réticulation de type polyisocyanate ; et
- ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium est choisi parmi la cryolite de potassium (K3AIF6), le tartrate de potassium monobasique (C4H5KO6) et leurs mélanges.
La structure des produits pyrotechniques composites de l'invention associe donc, de façon caractéristique, un liant spécifique (énergétique) et au moins un agent anti-lueur (de type sel de potassium) spécifique.
La nature du liant (celle de son polymère précurseur (énergétique)) constitue donc l'un des éléments clés (de la composition) des produits pyrotechniques composites de l'invention. La nature du au moins un agent anti-lueur (de type sel de potassium) présent constitue donc l'autre des éléments clés (de la composition) des produits pyrotechniques composites de l'invention.
Ledit au moins un agent anti-lueur présent dans la composition des produits pyrotechniques composites de l'invention consiste donc en la cryolite de potassium (= le fluorure de potassium et d'aluminium ; (K3AIF6)), le tartrate de potassium monobasique (C4H5KO6) (ledit tartrate de potassium monobasique consistant lui-même en le L-tartrate de potassium monobasique, le D-tartrate de potassium monobasique ou en un mélange de ces deux formes énantiomères ; il consiste avantageusement en le L-tartrate de potassium monobasique (moins onéreux que le D-tartrate de potassium monobasique)) ou un de leurs mélanges. Il consiste avantageusement en la cryolite de potassium (K3AIF6) ou en le tartrate de potassium monobasique (C4H5KO6) (ledit tartrate de potassium monobasique consistant avantageusement en le L-tartrate de potassium monobasique (voir ci-dessus)). Il consiste très avantageusement en la cryolite de potassium (K3AIF6) (la signature en infra-rouge de ladite cryolite de potassium est plus discrète que celle dudit tartrate de potassium monobasique). Ces sels spécifiques de potassium, dont il est proposé, dans le cadre de l'invention, une utilisation originale (comme agents anti-lueurs pour propergols très énergétiques du type précisé (destinés à être mis en combustion à haute pression (en phase d'accélération))), sont des composés connus, disponibles commercialement, à des granulométries conventionnelles (poudres avec des grains présentant généralement un d5o entre 1 et 300 pm).
Ledit au moins un agent anti-lueur original est évidemment opportunément présent en une quantité efficace mais non excessive (le(s) sel(s) de potassium ajouté(s) convenant pour minimiser le phénomène de post combustion mais étant susceptible(s) de générer des fumées primaires et, en tout état de cause, influant, de façon négative, sur le pouvoir énergétique). Cette quantité efficace et non excessive est généralement telle qu'elle assure dans la composition du produit une teneur en potassium de 0,2 à 5 % en masse, avantageusement de 0,2 à 2,5 % en masse. Cette teneur avantageuse en potassium de 0,2 à 2,5 % en masse correspond environ à une teneur massique, en l'un et/ou l'autre desdits sels spécifiques de potassium, de 1 à 5 %. On conçoit qu'à teneur équivalente en potassium recherchée, la teneur en dHsKOe requise est supérieure à celle requise en K3AIF6.
En référence à la nature du liant (liant énergétique donc), plus particulièrement à celle de son polymère précurseur (polyazoture de glycidyle hydroxytéléchélique), on peut ajouter ce qui suit.
Notons tout d'abord que le « un » polyazoture de glycidyle doit se lire « au moins un » polyazoture de glycidyle dans tout le présent texte. En effet, il est nullement exclu du cadre de l'invention qu'un mélange d'au moins deux polyazotures de glycidyle (présentant des masses moléculaires (entre 700 et 3000 g/mol) et/ou des taux de ramification différents) soit utilisé comme polymère précurseur du liant des produits de l'invention.
Le polymère énergétique précurseur du liant des produits de l'invention est donc un polyazoture, un polyazoture de glycidyle (PAG) qui présente des fonctions terminales hydroxy (un PAG hydroxytéléchélique) ; d'où 1) ses propriétés énergétiques et 2) sa capacité à être réticulé avec les agents de réticulation de type polyisocyanate.
Ledit polymère a une masse moléculaire adéquate (notamment, en référence à sa consistance (liquide) et à la consistance de son mélange avec essentiellement les charges (énergétiques organiques) et en référence à la teneur relative du liant réticulé en agent(s) de réticulation), masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) comprise entre 700 et 3000 g/mol, avantageusement entre 1700 et 2300 g/mol.
Les agents de réticulation, de type polyisocyanate (au moins bifonctionnels), convenant à la réticulation d'un tel polyazoture de glycidyle (PAG) hydroxytéléchélique sont connus per se. Il peut notamment s'agir de di- ou triisocyanates. Il s'agit avantageusement de polyisocyanates, liquides, choisis parmi le toluène diisocyanate (TDI), l'isophorone diisocyanate (IPDI), le dicyclohexyl méthylène diisocyanate (MDCI), l'hexaméthylène diisocyanate (HDI), le trimère dudit hexaméthylène diisocyanate (notamment commercialisé par la société Bayer sous la dénomination commerciale Desmodur® N 3300), le biuret trihexane isocyanate (BTHI), le S^^-triméthyl-l^-hexaméthylène diisocyanate et leurs mélanges. De façon particulièrement préférée, on utilise le trimère de l'hexaméthylène diisocyanate.
Lesdits agents de réticulation sont conventionnellement utilisés en quantité nécessaire et suffisante, pour assurer la réticulation du polymère (non excessive pour ne pas polluer le produit réticulé obtenu). Ils sont conventionnellement utilisés en une quantité telle que le rapport de pontage (NCO (de l'agent de réticulation) /OH (du polymère)) soit compris entre 0,8 et 1,4, soit avantageusement de 1,2.
Le polymère énergétique réticulé représente généralement de 9 à 14 % en masse de la composition totale des produits pyrotechniques composites de l'invention. Le polymère énergétique per se est généralement intervenu pour 7 à 12 % en masse, le au moins un agent de réticulation pour environ 2 % en masse.
On a bien compris que la nature du liant (de son polymère précurseur) n'est pas per se originale mais que l'intérêt de l'invention repose sur l'association d'un tel (polymère précurseur de) liant, énergétique, avec au moins un agent anti-lueur (de type sel de potassium) spécifique.
De façon conventionnelle, au liant énergétique, est associé au moins un plastifiant énergétique. Le(s) plastifiants) énergétique(s) en cause est(sont) avantageusement de type nitrate et/ou nitramine. Le(s) plastifiant(s) énergétique(s) en cause est(sont) très avantageusement choisi(s) parmi le dinitrate de diéthylène glycol (DEGDN), le dinitrate de triéthylène glycol (TEGDN), le trinitrate de butanetriol (BTTN), le trinitrate de triméthyloléthane (TMETN), un mélange de 2,4-dinitro-2,4-diaza- pentane, de 2,4-dinitro-2,4-diaza-hexane et de 3,5-dinitro-3,5-diaza- heptane (et tout particulièrement le DNDA 5,7), les nitrato éthyl nitramines (notamment le méthyl-2-nitratoéthyl nitramine (méthylNENA) et réthyl-2-nitratoéthyl nitramine (éthylNENA)) et leurs mélanges.
Le(s) plastifiant(s) des produits pyrotechniques de l'invention représente(nt) généralement de 10 à 30 % en masse, plus généralement de 15 à 25 % en masse, de la composition totale desdits produits.
Les charges énergétiques présentes sont des charges organiques.
Les charges énergétiques organiques en cause ne sont pas per se originales. Il s'agit de charges énergétiques organiques connues perse et, pour la plupart, déjà conditionnées selon l'art antérieur dans des liants polymériques énergétiques réticulés (notamment de type PAG). Il s'agit avantageusement de charges d'hexogène (RDX), d'octogène (HMX), d'hexanitrohexaazaisowurtzitane (CL20), de nitroguanidine (NGU), d'éthylène dinitramine (EDNA), de dinitramide de N-guanylurée (FOX 12 (GUDN)), de l,l-diamino-2,2-dinitro éthylène (FOX 7 (DADE)), de 5,5'- azotétrazolate de bis(triaminoguanidinium) (TAGZT), de 5,5'- azotétrazolate de dihydrazinium (DHDZT), de 5,5'-bis(tétrazolyl)hydrazine (HBT), de bis(2,2-dinitropropyl) nitramine (BDNPN), d'un nitropyrazole ou d'un mélange de ces charges (énergétiques organiques).
Au sein des produits pyrotechniques composites de l'invention, on trouve donc un type de charge énergétique, avantageusement choisi parmi la liste ci-dessus, ou un mélange d'au moins deux types de charge énergétique, avantageusement choisis parmi la liste ci-dessus.
De façon préférée, on y trouve des charges énergétiques de RDX et/ou H MX, de façon plus préférée, des charges énergétiques de RDX ou de HMX.
L'utilisation de charges d'hexogène et/ou de charges d'octogène est particulièrement préconisée dans la mesure où ces deux types de charges offrent un très satisfaisant compromis : sécurité/pouvoir énergétique et où il est aussi possible de mettre à profit, dans le cadre de l'invention, des acquis (résultant de l'utilisation de ces deux types de charges dans l'art antérieur).
Les charges énergétiques organiques se présentent conventionnellement sous la forme de grains solides, répartis de façon homogène au sein du liant réticulé plastifié. Ces grains solides présentent opportunément, de façon connue per se, plusieurs distributions granulométriques.
Les charges énergétiques organiques des produits pyrotechniques de l'invention représentent généralement de 50 à 70 % en masse, plus généralement de 55 à 65 % en masse, de la composition totale desdits produits. On a compris que lesdits produits sont à fort taux de charge.
En référence à la discrétion recherchée, la présence de charges métalliques (d'aluminium, notamment), au sein du liant plastifié des produits pyrotechniques de l'invention, est, elle, généralement exclue. De telles charges métalliques sont en effet susceptibles de générer des particules lors de leur combustion, i.e. de générer des fumées primaires.
La présence de charges énergétiques inorganiques (de perchlorate d'ammonium, notamment), au sein du liant plastifié des produits pyrotechniques de l'invention, n'est pas souhaitée mais ne saurait être totalement exclue. En tout état de cause, de telles charges énergétiques inorganiques, présentes, le sont obligatoirement, en référence à la discrétion recherchée, en faible quantité (< 4 % en masse). Elles peuvent être considérées comme des additifs (voir ci-après). Leur présence peut être opportune, en référence aux propriétés balistiques du produit.
Les produits pyrotechniques composites de l'invention sont par ailleurs susceptibles de renfermer, et renferment généralement, dans leur liant (polymère précurseur réticulé), outre les plastifia nt(s), charges énergétiques organiques et agent(s) anti-lueur spécifique(s), au moins un additif. On peut plus justement parler d'au moins un autre additif, les agents anti-lueur pouvant tout à fait s'analyser comme des additifs. Les agents anti-lueur ont été présentement isolés des autres additifs, dans la mesure où ils sont présents en référence au problème technique présentement considéré et où ils constituent donc un élément clé des produits de l'invention.
Parmi les additifs opportunément présents, on privilégie les additifs conventionnels ci-après : les catalyseurs de réticulation, les agents de stabilisation du(des) plastifia nt(s) énergétique(s) présent(s) et les catalyseurs de combustion. Ainsi, selon une variante avantageuse, les produits pyrotechniques composites de l'invention renferment donc dans leur composition, outre le polymère (PAG) réticulé, les plastifiant(s), charges énergétiques organiques et le au moins un agent anti-lueur spécifique, au moins un additif ; ledit au moins un additif comprenant au moins un catalyseur de réticulation et/ou au moins un agent de stabilisation du(des) plastifiant(s) présent(s) et/ou au moins un catalyseur de combustion. Ledit au moins un catalyseur de polymérisation peut notamment être choisi parmi le triphénylbismuth et le dibutyldilaurate d'étain (DBTL). Présent, il l'est généralement à une teneur ne dépassant pas 100 ppm. Ledit au moins un agent de stabilisation du(des) plastifiant(s) présents) peut notamment consister en au moins une aminé aromatique, telle la 2-nitrodiphénylamine (2-NDPA) et la N-méthylparanitroaniline (MNA). Présent, il l'est généralement à une teneur d'environ 1 % en masse. Ledit au moins un catalyseur de combustion peut notamment être choisi parmi les catalyseurs de combustion conventionnels, tels les sels et oxydes de plomb, et le citrate de bismuth. Ledit citrate de bismuth, en raison notamment de sa moindre toxicité, est préféré. La Demanderesse a décrit, dans la demande de brevet WO 2016/066245, l'utilisation avantageuse dudit citrate de bismuth comme catalyseur de combustion. Ledit au moins un catalyseur de combustion est généralement présent dans la composition des produits pyrotechniques de l'invention à un taux massique de 1 à 6 %, très généralement à un taux massique de 3 à 5 %.
D'autres additifs susceptibles d'être présents dans la composition des produits pyrotechniques composites de l'invention peuvent notamment consister en des charges énergétiques inorganiques (voir ci-dessus) et en un ou plusieurs agents de mise en œuvre (auxiliaire(s) de fabrication). Le(s)dit(s) agent(s) est(sont) généralement présent(s) à une teneur de 1 à 2 % en masse. Les additifs éventuellement présents (au vu des propos ci-dessus, on a compris que généralement plusieurs types d'additif sont présents) représentent généralement au maximum 10 % en masse de la composition des produits pyrotechniques composites de l'invention. Ils représentent très généralement de 0,1 à 10 % en masse (souvent de 1,5 à 10 % en masse) de la composition desdits produits pyrotechniques composites de l'invention.
Au vu des propos ci-dessus, on comprend que les produits pyrotechniques composites de l'invention ne sont pas d'un type nouveau mais qu'ils sont nouveaux de par l'association, dans leur composition, d'un liant spécifique (PAG réticulé par au moins un polyisocyanate) et d'au moins un agent anti-lueur spécifique.
Dans le cadre d'une variante avantageuse, la composition des produits pyrotechniques composites de l'invention, exprimée en pourcentages massiques, renferme donc :
- de 50 à 70 %, avantageusement de 55 à 65 %, de charges énergétiques organiques, et
- de 9 à 14 % du polymère énergétique (de type PAG hydroxytéléchélique) réticulé {via ses fonctions terminales hydroxy par au moins un polyisocyanate),
- de 10 à 30 %, avantageusement de 15 à 25 %, d'au moins un plastifiant énergétique,
- de 0 à 10 %, avantageusement de 0,1 à 10 %, d'au moins un additif, et
- ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium choisi parmi la cryolite de potassium (K3AIF6), le tartrate de potassium monobasique (QHSKOÔ) et leurs mélanges, en une quantité assurant une teneur en potassium dudit propergol de 0,2 % à 2,5 % en masse. On comprend que les plages avantageuses indiquées ci-dessus peuvent tout à fait être considérées indépendamment les unes des autres. De préférence, elles le sont en combinaison les unes avec les autres.
Dans le cadre de cette variante avantageuse, ladite composition est généralement exempte de tout autre ingrédient (notamment de toute charge métallique) et consiste donc en les ingrédients listés ci-dessus, présents en les quantités indiquées ci-dessus.
Le grand intérêt des produits de l'invention ressort à l'évidence des propos ci-dessus,
On rappelle, à toutes fins utiles, que lesdits produits pyrotechniques composites conviennent notamment comme propergols solides pour chargements propulsifs de missiles tactiques. Leur utilisation à cette fin est particulièrement préconisée. Elle fait partie intégrante de la présente invention.
La préparation desdits produits ne pose pas de difficultés particulières. Elle peut notamment être mise en œuvre par le procédé précisé ci-après, qui constitue un autre objet de l'invention. Il s'agit d'un procédé par analogie, qui, de façon caractéristique, fait intervenir le au moins un agent anti-lueur spécifique, dans la préparation d'un propergol avec liant de type PAG hydroxytéléchélique réticulé.
La présente invention concerne donc aussi un procédé de préparation d'un produit pyrotechnique composite, tel que décrit ci- dessus. Ce procédé comprend :
- la constitution d'une pâte homogène par
a) incorporation, avec agitation, à une température comprise entre 35 et 55°C, dans un polyazoture de glycidyle adéquat (PAG hydroxytéléchélique présentant une masse moléculaire en nombre telle que précisée ci-dessus), d'au moins un plastifiant énergétique, des charges énergétiques organiques et des autres ingrédients constitutifs du produit pyrotechnique composite recherché (incluant le au moins un agent anti-lueur (de type sel de potassium) spécifique) à l'exception d'un quelconque agent de réticulation et d'un quelconque catalyseur de réticulation, et
b) agitation du mélange résultant, sous vide partiel, à une (avantageusement ladite) température comprise entre 35 et 55°C ;
- sous vide partiel, à une (avantageusement ladite) température comprise entre 35 et 55°C, l'incorporation, dans ladite pâte homogène constituée, d'éventuellement au moins un catalyseur de réticulation et, dudit au moins un agent de réticulation, suivie d'une agitation du mélange constitué ;
- la coulée dudit mélange constitué (ayant été) agité (= du mélange obtenu) dans au moins une structure ; et
- le traitement thermique dudit mélange constitué (ayant été) agité coulé dans ladite au moins une structure.
Le au moins un agent anti-lueur est introduit à l'état pulvérulent.
Le vide partiel mentionné est destiné au dégazage du milieu au-dessus duquel il est appliqué. Il est généralement de 10 mm Hg. On note incidemment qu'il n'est pas forcément d'intensité constante.
Le traitement thermique (de réticulation (du PAG hydroxytéléchélique)) est généralement mis en œuvre à une température comprise entre 30 et 60°C (30°C < T < 60°C), pendant plusieurs jours.
On propose maintenant d'illustrer l'invention par les exemples et figures ci-après. On propose plus précisément deux exemples comparatifs (exemple comparatif Cl avec K2SO4 de forte granulométrie (dso = 285 pm), comme agent anti-lueur et exemple comparatif C2 avec K2SO4 de faible granulométrie (d5o = 15 pm), comme agent anti-lueur) et deux exemples de l'invention (exemple 1 (avec K3AIF6 (dso * 30 pm), comme agent anti-lueur) et exemple 2 (avec C4H5KO6 (d5o ~ 50 pm), comme agent anti-lueur)).
Les composés chimiques K2SO4, K3AIF6 et C4H5KO6 (L-tartrate de potassium monobasique) ont été obtenus auprès de la société SIGMA-ALDRICH.
Les figures 1, 2 et 3 annexées représentent, pour chacun des propergols testés (respectivement celui de l'exemple comparatif C2 (avec K2SO4 (15 pm)), celui de l'exemple 1 et celui de l'exemple 2) les variations de la température (température de rayonnement équivalente corps noir (°C)) selon l'axe du jet (de gaz générés) en fonction de la distance (distance mesurée (en m) à partir de la sortie de la tuyère) ; le propergol testé l'étant à une pression de fonctionnement de 16 MPa (voir le point 5 ci-après). Les profils longitudinaux thermiques montrés ont été obtenus à l'aide de caméras IR sur la Bande II. Ces caméras ont permis de dresser un profil thermique bidimensionnel du jet émis par la tuyère.
1. COMPOSITION MASSIQUE
Les exemples 1 et 2 sont relatifs à des propergols selon l'invention comprenant, dans leur composition :
- des charges d'hexogène (RDX). La charge oxydante d'hexogène est conventionnelle : elle est constituées à 60 % en masse d'un RDX d'une classe granulométrique 0 - 100 pm et à 40 % en masse d'un RDX d'une classe granulométrique 2,5 pm - 5 pm ;
- un liant à base d'un polymère énergétique de type PAG hydroxytéléchélique (commercialisé par la société EURENCO (Mn (masse moléculaire moyenne en nombre) = 1900 g/mol) réticulé (par le trimère de l'hexaméthylène diisocyanate commercialisé par la société Bayer sous la dénomination commerciale Desmodur® N 3300), plastifié par un mélange de deux plastifiants énergétiques (BTTN (trinitrate de butanediol)/TMETN (trinitrate de triméthyloléthane) : 50/50 (% massiques)) ;
- des agents de stabilisation desdits plastifiants (NINA (N-méthylparanitroaniline)/2-NDPA (2-nitrodiphénylamine) ; 68/32 (% massiques)),
- du citrate de bismuth en tant que catalyseur balistique ; et
- un agent anti-lueur (K2AIF6 pour l'exemple 1 de l'invention et C4H5KO6 pour l'exemple 2 de l'invention).
Lesdits propergols des exemples 1 et 2 de l'invention ont donc été comparés à des propergols (de composition similaire) renfermant K2SO4 à titre d'agent anti-lueur (les inventeurs ont donc testé l'utilisation, à titre d'agent anti-lueur, de K2SO4 dont le diamètre médian était de 285 pm et celle de K2S04 dont le diamètre médian était de 15 Mm. Dans les deux cas, ils ont observé une flamme de post combustion. La figure 1 montre les résultats obtenus avec le K2S04 de faible granulométrie (d50 = 15 pm) ; celle obtenue avec le K2SO4 de forte granulométrie (d5o = 285 m) était tout à fait similaire).
Les agents anti-lueurs étaient présents, dans les compositions des propergols (des exemples comparatifs Cl et C2 et des exemples 1 et 2 de l'invention), à quasi iso-teneur (environ 0,9 % en masse) en potassium.
Les compositions massiques de chacun desdits propergols (qui comprennent en outre des auxiliaires de fabrication) sont indiquées dans le Tableau 1 ci-après. On peut plus précisément parler des compositions massiques de la pâte précurseur de chacun desdits propergols (avant réticulation).
2. MODE OPERATOIRE DE PREPARATION DES PATES DE PROPERGOL ET DES PROPERGOLS Dans un malaxeur, on a introduit le (polymère précurseur du liant = le) polyazoture de glycidyl (PAG) puis les plastifiants (BTTN/TMETN) et les agents de stabilisation (MNA/2-NDPA) desdits plastifiants. Le mélange a été malaxé durant 15 min à une température de 50°C.
On a ensuite ajouté audit mélange, sous agitation, les charges énergétiques organiques (RDX), par portion, puis le catalyseur de combustion (citrate de bismuth), les additifs (autres que les agent et catalyseur de réticulation) et l'agent anti-lueur. L'agitation a alors été poursuivie pendant 2 h 30, à la température de 50°C et sous un vide de 10 mm de Hg (qui a permis le dégazage du milieu), pour l'obtention d'une pâte homogène.
Le catalyseur de réticulation (DBTL (dibutyldilaurate d'étain) (55 ppm)) a alors été ajouté à ladite pâte homogène et le milieu a encore été agité 30 min avant l'addition de l'agent de réticulation du liant (Desmodur® N 3300). Ledit agent de réticulation a enfin été ajouté et le milieu a encore été agité 15 min (toujours à 50°C et sous vide).
On a ainsi préparé des lots de 800 g et des lots de 5 kg de pâte de propergol.
Les lots de 800 g de pâte ont été en partie utilisés pour apprécier la faisabilité du procédé d'obtention des propergols (pour mesurer la vie de pot de la pâte) et en partie, après réticulation, pour évaluer le comportement balistique du propergol (pour mesurer la vitesse de combustion de celui-ci). Les lots de 5 kg, partagés en deux, ont été réticulés. En fait, deux blocs de propergols (pour chacune des compositions) ont été préparés : deux blocs de diamètre 90 mm et de longueur 150 mm. Ils ont été testés (au banc d'essai : voir le point 5 ci-après).
Quelle que soit la pâte en cause, pour sa réticulation, elle a été coulée dans une structure adaptée puis soumise au traitement thermique ci-après : cuisson pendant 14 jours à une température de 50°C.
3. DETERMINATION DE LA VIE DE POT DES PATES
La vie de pot (qui permet d'apprécier la faisabilité du procédé d'obtention des propergols) a été déterminée par la mesure de la viscosité de la pâte de propergol en cause (renfermant l'agent de réticulation et le catalyseur de réticulation) au cours du temps, au moyen d'un viscosimètre Brookfield (avec le corps n°3 (mobile C) mis en rotation à 1 tour/min), à une température de 50°C. On a relevé le temps pour lequel la viscosité a atteint 15 kPo, afin de déterminer si le propergol répondait au critère d'industrialisation, c'est-à-dire si ledit temps relevé était supérieur à 10 h. 4. DETERMINATION DE LA VITESSE DE COMBUSTION DES PROPERGOLS
La vitesse de combustion a été mesurée de façon conventionnelle à 20 °C et 10 MPa.
Les résultats de vie de pot et de vitesse de combustion figurent dans le Tableau 2 ci-après. Tableau 2
*Au vu des résultats de vie de pot indiqués, on voit que le critère d'industrialisation est largement satisfait.
**On note que les agents anti-lueurs de l'invention ont tendance à abaisser la vitesse de combustion. Cela dépend bien évidemment, des quantités utilisées. Il est opportun de minimiser ces quantités pour conserver des vitesses de combustion supérieures à
12 mm/s à 10 MPa.
5. TESTS AU BANC D'ESSAI Des blocs obtenus ont été testés au banc d'essai dans des conditions de fonctionnement « sévères » : pression de tir égale à 16 MPa (ce qui correspond à la pression maximale de fonctionnement lors du tir, ce qui correspond à la pression lors de la phase dite d'accélération).
Pour vérifier la discrétion d'un moteur, on s'est volontairement placé à la pression de fonctionnement la plus élevée soit à, donc, 16 MPa (i.e. dans les conditions où cette discrétion est la plus difficile à gérer).
Certaines caractéristiques du jet (gaz émis en sortie de tuyère) ont été déterminées par des moyens optroniques, notamment par observation par caméras IR en Bande II, par transmission/émission dans le visible (à 632 nm), et par transmission/émission dans l'IR entre 2 et 14 pm. Les profils longitudinaux thermiques obtenus par caméra IR (Bande II) permettent de mettre en évidence dans le jet des gradients en température équivalent corps noir. Les niveaux de transmission dans le visible et dans l'IR permettent de mettre en évidence la notion de transparence et donc l'efficacité des agents anti-lueurs testés.
Sur les figures 1, 2 et 3 annexées, on a donc montré les résultats de l'observation par caméra IR (Bande II), i.e. les profils longitudinaux thermiques pour, respectivement, le propergol selon l'exemple comparatif C2 avec K2S04 (15 pm), le propergol selon l'exemple 1 de l'invention et le propergol selon l'exemple 2 de l'invention.
Pour le propergol selon l'exemple comparatif C2, dont la composition contenait du K2SO4 (faible granulométrie), une flamme de post combustion était présente. Le niveau de rayonnement était élevé avec une température maximale équivalent corps noir de 1400°C, située à 1,2 m du plan de sortie de tuyère. La flamme de post combustion était parfaitement visible à l'œil nu.
Pour le propergol selon l'exemple 1 de l'invention, dont la composition contenait du K3AIF6, aucune flamme de post combustion n'a été décelée. Le jet a été considéré comme inerte. Le niveau de rayonnement en bande II est resté faible : la température maximale équivalent corps noir était de 600°C en sortie de tuyère (elle n'a pas dépassé cette valeur en s'éloignant du plan de sortie de ladite tuyère).
Pour le propergol selon l'exemple 2 de l'invention, dont la composition contenait du C4H5KO6, de la même façon, aucune flamme de post combustion n'a été décelée. Le jet a été considéré comme inerte. Le niveau de rayonnement en bande II est resté faible : la température maximale équivalent corps noir était de 650°C en sortie de tuyère (elle n'a pas dépassé cette valeur en s'éloignant du plan de sortie de ladite tuyère). Cette température maximale est un peu plus élevée que celle obtenue avec K3AIF6.
II n'a pas été observé, en présence de K3AIF6 (renfermant pourtant de l'aluminium) ou en présence de C4H5KO6, de fumées primaires (la transmission dans le visible à 632 nm était très élevée).

Claims

REVENDICATIONS
1. Produit pyrotechnique composite renfermant, dans un liant plastifié, comprenant un polymère énergétique réticulé et au moins un plastifiant énergétique, des charges énergétiques organiques et au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium, caractérisé en ce que :
- ledit polymère énergétique réticulé consiste en un polyazoture de glycidyle (PAG), ayant une masse moléculaire moyenne en nombre (Mn) comprise entre 700 et 3000 g/mol, réticulé, via ses fonctions terminales hydroxyles, avec au moins un agent de réticulation de type polyisocyanate ; et
- ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium est choisi parmi la cryolite de potassium (K3AIF6), le tartrate de potassium monobasique (C4H5KO6) et leurs mélanges.
2. Produit pyrotechnique composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium est présent en une quantité qui assure une teneur en potassium de 0,2 % à 2,5 % en masse.
3. Produit pyrotechnique composite selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit polyazoture de glycidyle (PAG) a une masse moléculaire en nombre (Mn) comprise entre 1700 et 2300 g/mol.
4. Produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un plastifiant énergétique est de type nitrate et/ou nitramine.
5. Produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites charges énergétiques organiques sont choisies parmi les charges d'hexogène, les charges d'octogène, et les mélanges de telles charges.
6. Produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il renferme en outre au moins un additif.
7. Produit pyrotechnique composite selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit au moins un additif est choisi parmi au moins un catalyseur de réticulation, au moins un agent de stabilisation du au moins un plastifiant énergétique, au moins un catalyseur de combustion et leurs mélanges.
8. Produit pyrotechnique composite selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il renferme du citrate de bismuth comme catalyseur de combustion.
9. Produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que sa composition, exprimée en pourcentages massiques, renferme :
- de 50 à 70 %, avantageusement de 55 à 65 %, desdites charges énergétique organiques,
- de 9 à 14 % dudit polymère énergétique réticulé,
- de 10 à 30 %, avantageusement de 15 à 25 %, dudit au moins un plastifiant énergétique, - de 0 à 10 %, avantageusement de 0,1 à 10 %, d'au moins un additif ; et
- ledit au moins un agent anti-lueur de type sel de potassium choisi parmi la cryolite de potassium (K3AIF6), le tartrate de potassium monobasique (QHSKOÔ) et leurs mélanges, en une quantité assurant une teneur en potassium dudit propergol de 0,2 % à 2,5 % en masse.
10. Produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour utilisation comme propergol solide d'un chargement propulsif d'un missile tactique.
11. Procédé de préparation d'un produit pyrotechnique composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend :
- la constitution d'une pâte homogène par
a) incorporation, à une température comprise entre 35 et 55°C, dans ledit polyazoture de glycidyle, dudit au moins un plastifiant énergétique, des charges énergétiques organiques et des autres ingrédients constitutifs du produit pyrotechnique composite recherché à l'exception d'un quelconque agent de réticulation et d'un quelconque catalyseur de réticulation, et
b) agitation du mélange résultant, sous vide partiel, à une température comprise entre 35 et 55°C ;
- sous vide partiel, à une température comprise entre 35 et 55°C, l'incorporation, dans ladite pâte homogène constituée, d'éventuellement au moins un catalyseur de réticulation et, dudit au moins un agent de réticulation, suivie d'une agitation du mélange constitué ; - la coulée dudit mélange constitué agité dans au moins une structure ; et
- le traitement thermique dudit mélange constitué agité coulé dans ladite au moins une structure.
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