FR2518086A1 - Cellular, pyrotechnic material of adjustable porosity - comprising explosive material, inorganic oxidising agent, organic microspheres and hardenable binder - Google Patents

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Abstract

Agglomerated, cellular, pyrotechnic material with adjustable porosity, comprises (a) an explosive powder and/or an explosive nitro deriv.; (b) an inorganic oxidising agent; (c) organic microspheres; and (d) a hardenable binder, in the following resp. amts. 1-65 wt.%, 0-75 wt.%, 0.2-12 wt.% and 15-40%. The material has improved combustion speed due to the presence of micropores which increase the flame front and the emitted thermal flux. It also has improved mechanical props., good temp. resistance up to 200 deg.C while being susceptible to decompose and burn, good combustion giving little solid residues, and insensitivity to impacts and friction. It can be produced safely. Applications are combustible cases, primer casings, and primer carrier tubes for ammunitions.

Description

MATERlAU PYRCTECHNIQUE ALVEOLAIRE AGGLOMERE
Le secteur technique de la présente invention est celui des matériaux pyrotechniques alvéolaires utilisables dans la fabrication d'objets combustibles divers.
AGGLOMERE ALVEOLAR PYRCTECHNICAL MATERIAL
The technical field of the present invention is that of cellular pyrotechnic materials used in the manufacture of various combustible objects.

La fabrication d'explosifs alvéolaires est bien connue de l'homme de l'art. Ainsi, le brevet français 2 332 966 propose d'améliorer la porosité d'une poudre a la nitrocellulose en créant des cavités par incorporation, au moment du malaxage, d'un agent porogene se decomposant par effet thermique. On améliore la fJivacité de la poudre. il ne s'agit donc pas d'une composition agglomérez
On connait également un procédé de fabrication de charges propulsives et de douilles combustibles a base d'explosif moussé. L'explosif est mélan- gé a un prépolymère qui lors de sa reticulation degage du gaz carbonique et fournit au terme de la réaction un agrégat alvéolaire. Les alvéoles sont donc générés uniquement par réaction chimique.
The manufacture of cellular explosives is well known to those skilled in the art. Thus, French Patent 2,332,966 proposes to improve the porosity of a nitrocellulose powder by creating cavities by incorporating, at the time of mixing, a porogen decomposing by thermal effect. The effectiveness of the powder is improved. so it's not a composition agglomerate
There is also known a method of manufacturing propellant charges and fuel cartridges based explosive foamed. The explosive is mixed with a prepolymer which during its crosslinking releases carbon dioxide and provides at the end of the reaction an alveolar aggregate. The cells are therefore generated solely by chemical reaction.

On connait encore selon le brevet français 2 444 251 un procédé de fabrication d'un revêtement alvéolaire pour recouvrir des munitions sans douille en incorporant dans une solution d'un polymère des microballons phénoliques. On utilise cette solution sous forme de aouche mince pour assurer une protection thermique du chargement propulsif. Also known according to the French patent 2,444,251 a method of manufacturing a honeycomb coating to cover ammunition without sleeve by incorporating into a solution of a polymer of phenolic microballoons. This solution is used as a thin layer to provide thermal protection of the propellant charge.

On connait enfin selon le brevet 2 314 161 une composition pour boutons d'allumette dans laquelle on incorpore des microspheres organiques ou miné- rales. Il est indiqué que la présence de ces microsphères assure une bonne sensibilite d'inflammation ce qui constituerait une insécurité dans la fabrication des diverses compositions pyrotechniques. Finally, according to the patent 2,314,161, there is known a composition for match buttons in which organic or inorganic microspheres are incorporated. It is stated that the presence of these microspheres ensures a good ignition sensitivity which would constitute insecurity in the manufacture of the various pyrotechnic compositions.

Le but de la présente invention est de fournir un matériau pyrotechnique aggloméré alvéolaire dont la porosité est ajustable et soit susceptible de se presenter sous diverses formes telles des bâtonnets, des feuilles, des enveloppes, des cylindres, etc... The object of the present invention is to provide a cellular agglomerated pyrotechnic material whose porosity is adjustable and is likely to be in various forms such as rods, sheets, envelopes, cylinders, etc ...

L'invention a donc pour objet un matériau pyrotechnique alvéolaire ag gloméré a porosité ajustable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composé choisi dans le groupe constitué par Les poudres explosives et les dérivés nitrés explosifs, un oxydant mineral, des microballons organiques et un liant durcissable selon les pourcentages en masse respectifs 1 à 65%,
O a 75%, 0,2 a 12% et 15 à 40%.
The subject of the invention is therefore an agglomerated agular pyrometer material with adjustable porosity, characterized in that it comprises at least one compound chosen from the group consisting of explosive powders and explosive nitro derivatives, a mineral oxidizer and organic microballoons. and a binder curable according to the respective weight percentages 1 to 65%,
0 to 75%, 0.2 to 12% and 15 to 40%.

Avantageusement, l'explosif peut être constitué par la nitrocellulose, la nitroguanidine, l'hexogène, ou l'octogène, les dérivés nitres par les tétranitrocarbazols; l'oxydant minéral peut être choisi dans le groupe constitué par le nitrate ou perchlorate de potassium, le perchlorate d'ammonium, le nitrate d'amonium et l'oxalate d'ammonium; les microballons organiques sont de préférence des microballons phénoliques; Ze liant durcissable est constitué par un polyuréthane ou une resine araldite. Advantageously, the explosive may consist of nitrocellulose, nitroguanidine, hexogen, or octogen, nitro derivatives by tetranitrocarbazols; the inorganic oxidant may be selected from the group consisting of potassium nitrate or perchlorate, ammonium perchlorate, ammonium nitrate and ammonium oxalate; the organic microballoons are preferably phenolic microballoons; The curable binder is a polyurethane or an araldite resin.

Titre d'illustration les compositions suivantes peuvent être utilisées
- 63 % d'hexogène, 7 % microballons phenoliques et 30 % de liant
polyuréthane,
- 50 % d'hexogène, 10 % de tetranitrocarbazol, 7 % de microballons
phénoliques et 33 % polyuréthane,
- 40 % d'hexogène, 20 - de granulés nitrocellulosiques, 8 % de micro
ballons phénoliques et 32 % de liant polyuréthane,
- 30 % d'hexogène, 30 % d'oxalate d'ammonium, 8 % de microballons
phénoliques et 32 % de liant polyurethane.
Illustrative title the following compositions can be used
- 63% hexogen, 7% phenolic microballoons and 30% binder
polyurethane,
- 50% hexogen, 10% tetranitrocarbazol, 7% microballoons
phenolic and 33% polyurethane,
- 40% hexogen, 20 - nitrocellulose granules, 8% micro
phenolic balloons and 32% polyurethane binder,
- 30% hexogen, 30% ammonium oxalate, 8% microballoons
phenolic and 32% polyurethane binder.

Le matériau pyrotechnique selon l'invention présente l'avantage de réunir pour la premiere fois dans une même composition pyrotechnique une série de proprietés que l'homme de l'art n'avait pu obtenir qu'isolément. The pyrotechnic material according to the invention has the advantage of bringing together for the first time in the same pyrotechnic composition a series of properties that those skilled in the art could obtain only in isolation.

L'invention presente en effet l'avantage de réunir simultanément les crac; téristiques suivantes
- une porosité prévue a l'avance,
- une vitesse de combustion améliore par la présence de microcavités
en augmentant le front de flamme et le flux thermique émis;
- des propriétés mécaniques améliorées,
- une bonne tenue en température jusqu'a 200 C environ, tout en étant
apte a se décomposer et a brdler;
- une combustion donnant peu de résidus solides;
- une insensibilité aux chocs et à la friction et une absence de dangers
lors de la fabrication, autres que ceux inhérents à la fabrication des
compositions pyrotechniques.
The invention has indeed the advantage of simultaneously collecting the crac; following characteristics
- a predicted porosity in advance,
a combustion rate improves by the presence of microcavities
by increasing the flame front and the thermal flux emitted;
- improved mechanical properties,
a good temperature resistance up to about 200 ° C., while being
able to decompose and burn;
- combustion giving little solid residue;
- insensitivity to shock and friction and no danger
during manufacture, other than those inherent in the manufacture of
pyrotechnic compositions.

Le matériau selon l'invention est destiné à divers usages pyrotechniques par exemple pour fabriquer des objets combustibles ou thermogazéifiables tels les douilles combustibles pour munitions, des éléments de munitions rentrant dans la confection des charges propulsives, des tubes porte-amorce pour munitions, des boitiers d'initiateurs, des revêtements de protection thermique pour munitions sans douilles, des matériaux de remplissage interstitiel pour chargements propulsifs peu sensibles aux contraintes extérieures. The material according to the invention is intended for various pyrotechnic purposes for example to manufacture combustible or thermo-gasifiable objects such as fuel cartridges for ammunition, ammunition elements forming part of the manufacture of propellant charges, ammunition primer-carrying tubes, casings. initiators, thermal protection coatings for ammunition without bushings, interstitial filler materials for propellant loadings which are not very sensitive to external stresses.

Comme indiqué précédemment, la porosité du materiau pyrotechnique est ajustée par addition de microballons lors de la préparation du mélange. As indicated previously, the porosity of the pyrotechnic material is adjusted by addition of microballoons during the preparation of the mixture.

Ceux-ci sont couramment fabriqués dans l'industrie en polymère phénolique sous forme de sphères de diamètre compris le plus souvent entre 4 et 150 @ m. These are commonly manufactured in the phenolic polymer industry in the form of diameter spheres most often between 4 and 150 m.

pour obtenir des objects dont la tenu@ mécanique, la fragilité et la combustibilité sont rechenchées, on ajuste la quantité de liant durcissable necessaire. to obtain objects whose mechanical strength, brittleness and combustibility are rechenched, the amount of hardenable binder required is adjusted.

Après mélange des constituant de départ, les objets préparés peuvent être moulés, flués ou extrudés avec une pression de l'ordre de quel- ques Pascal. Il peut être necossaira de recourir à une action complémentaire de gonflement grâce à un pouvoir moussont conféré aux matières mises en oeuvre par êmploi d'un polyuréthane convenablement choisi. After mixing the starting components, the prepared articles can be molded, fluxed or extruded with a pressure of the order of a few Pascal. It may be necessary to resort to a complementary action of swelling by virtue of a moss power conferred on the materials used by the use of a suitably chosen polyurethane.

Le mélange des constituants est réalisé de façon classique et on procède soit par quantité unitaire soit par quantité plus importante permet- tant la préparation de matière pour plusieurs moules Le liant est choisi en fonction du procédé de moulage et des propriétés du matériau a obtenirs
Les polyuréthanes sont choisis préférentiellement en fonction du rapport fonctionnel NCO supérieur a 1; iis réagissent très bien avec les microbal- lons de nature phénolique. Avec cartains polyisocyanates à chaînes aliphatiques courtes, il n'est pas nécesseire d'utiliser des polyols pour la réticulation.
The mixing of the constituents is carried out in a conventional manner and either a unit quantity or a larger quantity allowing the preparation of material for several molds. The binder is chosen according to the molding process and the properties of the material to be obtained.
The polyurethanes are preferably chosen as a function of the NCO functional ratio greater than 1; They react very well with phenolic microballoons. With polyisocyanate cartons with short aliphatic chains, it is not necessary to use polyols for crosslinking.

Les exemples suivants illustrent des cas particuliers de mise en oeuvre de l'invention sans caractère limitatif. The following examples illustrate particular cases of implementation of the invention without limitation.

PREPARATION D'UNE DOOILLE COMBUSTIBLE POUR MUNITIONS DE 30 MM.PREPARATION OF A COMBUSTIBLE DOOIL FOR AMMUNITION OF 30 MM.

Les compositions suivantes sont préparées et homogénéisées puis
Dises en oeuvre par le procédé de fluage
1) hexogène 63 ' > -n masse
microhallons phénoliques 7 % en masse
liant polyuréthane 30 % en masse.
The following compositions are prepared and homogenized and
Implemented by the creep process
1) hexogen 63 '> -n mass
phenolic microhallons 7% by mass
polyurethane binder 30% by weight.

La protection thermique fournie par cette douille ainsi obtenue est telle que la poudre contenue dans celle-ci et en contact de la paroi se trouve protée à 100 C, après que la munition ait été introduite dans un simulateur de chambre d'arme porté préalablement à 150 C. The thermal protection provided by this sleeve thus obtained is such that the powder contained therein and in contact with the wall is protected at 100 ° C., after the munition has been introduced into a chamber simulator worn beforehand. 150 C.

On prépare les compos tlons suivantes pour confectionner par fluage des douilles combustibles :
2) hexogène 50 % en masse
tétranitrocarbazol 10 % en masse
microballons phénoliques 7% en masse
liant polyuréthane 33 % en masse 3) hexogène 40 % en masse
granulés nitrocellulosiques 20 % en masse
microballons phénoliques 8 % en masse
liant polyuréthane 32 % en masse 4) hexogène 30 % en masse
oxalate d'ammonium 30 i en masse
microballons phénoliques 8 i en masse
liant polyuréthane 32 % en masse.
The following compounds are prepared for creeping fuel sleeves:
2) Hexogen 50% by mass
tetranitrocarbazol 10% by weight
phenolic microballoons 7% by weight
polyurethane binder 33% by weight 3) hexogen 40% by weight
nitrocellulose granules 20% by weight
Phenolic microballoons 8% by weight
polyurethane binder 32% by weight 4) hexogen 30% by weight
ammonium oxalate 30 i by mass
phenolic microballoons 8 i by mass
Polyurethane binder 32% by weight.

Le même test opéré sur les compositions 2, 3 et 4 donne des résultats identiques à ceux obtenus avec la composition 1. The same test performed on compositions 2, 3 and 4 gives identical results to those obtained with composition 1.

PREPARATION D'UN BOITER D'INITIATEUR. PREPARATION OF AN INITIATOR BOX.

On peut réaliser ce boitier à partir des mélanges ci-dessous selon les pourcentages en masse suivants 1) nitrate de potassium 60 z
microballons 5 %
polyuréthane 35 % 2) granulés nitrocellulosiqaes 57 %
microballons 5 t
résine époxy 38 %
Ces mélanges sont moules par extrusion sous faible pression.
This unit can be made from the following mixtures according to the following percentages by weight 1) potassium nitrate 60 z
microballoons 5%
polyurethane 35% 2) nitrocellulose granules 57%
microballoons 5 t
epoxy resin 38%
These mixtures are molded by extrusion under low pressure.

PREPARATION D'UN REVETEMENT DE PROTECTION THERMIQUE
On peut réaliser ce revêtement à partir des mélanges ci-dessous selon les pourcentages en masse suivants 1) tétranitrocarbazol 30 %
microballons 10 %
polyuréthane 60 % 2) tétranitrocarbazol 30 %
nitrate de potassium 10 %
microballons 10 %
polyuréthane 50 %
PREPARATION D'UN MATERIAU DE @EMPLISSAGE INTERSTITIEL.
PREPARATION OF A THERMAL PROTECTION COATING
This coating can be prepared from the following mixtures according to the following percentages by mass: 1) tetranitrocarbazol 30%
microballoons 10%
polyurethane 60% 2) tetranitrocarbazol 30%
potassium nitrate 10%
microballoons 10%
polyurethane 50%
PREPARATION OF AN INTERSTITIAL FEEDING MATERIAL.

On peut réaliser le materiau de remplissage à partir des mélanges cidessous selon les pourcentages en nasse suivants 1) tétranitrocarbazol 20 %
microballons 5 %
polyuréthane 75 %
On obtient un liquide visqueux moussant.
The filling material can be produced from the following mixtures according to the following percentages of mackerel 1) tetranitrocarbazol 20%
microballoons 5%
polyurethane 75%
A viscous, foaming liquid is obtained.

2) tétranitrocarbazc 20 %
microballons 10 %
polyizocyanates 70 % 3) tétranitrocarbazol 30 %
microballons iS %
polyisociyanates 55 % 4) tétranitrocarbazol 20 %
nitrate de potassium 15 %
microballons 15 %
polyisocyanates 50 %
On obtient un mélange visqueux incorporable entre les grains de poudre propulsive pour obtenir une désensibilisation du chargement.
2) tetranitrocarbazc 20%
microballoons 10%
polyisocyanates 70% 3) tetranitrocarbazol 30%
microballoons iS%
polyisocyanates 55% 4) tetranitrocarbazol 20%
potassium nitrate 15%
microballoons 15%
polyisocyanates 50%
Obtainable viscous mixture is obtained between the grains of propellant powder to desensitize the load.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1 - Matériau pyrotechnique alvéolaire aggloméré à porosité ajustable, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un composé choisi dans le groupe constitué par les poudres explosives et les dérivés nitrés explosifs, un oxydant minéral, des microballons organiques et un liant durcissable selon les pourcentages en masse respectifs i a 65%, 0 a 75%, 0,2 a 12% et 15 a 40%.1 - agglomerated cellular pyrotechnic material with adjustable porosity, characterized in that it comprises at least one compound selected from the group consisting of explosive powders and explosive nitrates, a mineral oxidizer, organic microballoons and a binder curable according to the percentages in weight respective ia 65%, 0 to 75%, 0.2 to 12% and 15 to 40%. 2 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'explosif est constitue par la nitrocellulose, la nitroguanidine, l'hexogène, ou l'octogène, les dérivés nitrés par exemple les tétranitrocarbazols.2 - pyrotechnic material according to claim 1, characterized in that the explosive is constituted by nitrocellulose, nitroguanidine, hexogen, or octogen, nitro derivatives, for example tetranitrocarbazols. 3 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 2, caractérisé en ce-que l'oxydant minéral est choisi dans le groupe constitué par le nitrate ou le perchlorate de potassium, le perchlorate d'ammonium, le nitrate d'ammonium, et l'oxalate d'ammonium.3 - pyrotechnic material according to claim 2, characterized in that the inorganic oxidant is selected from the group consisting of nitrate or potassium perchlorate, ammonium perchlorate, ammonium nitrate, and oxalate d 'ammonium. 4 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les microballons organiques sont des microballons phénoliques et en ce que le liant durcissable est constitué par un polyuréthane ou une résine araldite.4 - pyrotechnic material according to claim 3, characterized in that the organic microballoons are phenolic microballoons and in that the curable binder is constituted by a polyurethane or an araldite resin. 5 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend 63% d'hexogène, 7% microballons phénoliques et 30% de liant polyuréthane.5 - pyrotechnic material according to claim 4, characterized in that it comprises 63% hexogen, 7% phenolic microballoons and 30% polyurethane binder. 6 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend 50% d'hexogène, 10% de tétranitrocarbazol, 7% de microballons phénoliques et 33% polyuréthane.6 - pyrotechnic material according to claim 4, characterized in that it comprises 50% hexogen, 10% tetranitrocarbazol, 7% phenolic microballoons and 33% polyurethane. 7 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend-40% d'hexogène, 20% de granulés nitrocellulosiques, 8% de microballons phénoliques et 32% de liant polyuréthane.7 - pyrotechnic material according to claim 4, characterized in that it comprises -40% hexogen, 20% nitrocellulosic granules, 8% of phenolic microballoons and 32% of polyurethane binder. 8 - Matériau pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend 30% d'hexogène, 30% d'oxalate d'ammonium, 8% de microballons phénoliques et 32% de liant polyuréthane.8 - pyrotechnic material according to claim 4, characterized in that it comprises 30% hexogen, 30% ammonium oxalate, 8% of phenolic microballoons and 32% of polyurethane binder. 9 - Application d'un matériau pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 a 83a la réalisation de douilles combustibles, de boîtiers d'initiateurs et de tubes porte-amorce pour munitions. 9 - Application of a pyrotechnic material according to any one of claims 1 to 83a the production of fuel sockets, initiator boxes and ammunition primer holder tubes.
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