FR2801883A1 - Composition explosive comprimable a vulnerabilite reduite et procede de preparation d'une telle composition - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet une composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite destinée notamment à la réalisation de chargements pour munitions explosives de moyen calibre. Elle est caractérisée en ce qu'elle comprend une composition explosive de base formée de : - 45% à 72% en masse d'oxynitrotriazole,- 10% à 35% en masse d'hexogène ou d'octogène,- 12% à 20% en masse de poudre d'aluminium,composition de base à laquelle est incorporé 0 à 1 parties en masse de poudre de graphite. Application au chargement en explosif des munitions de moyen calibre.
Description
Le domaine technique de l'invention est celui des compositions explosives comprimables très peu sensibles aux agressions mécaniques et/ou thermiques, destinées notamment à la fabrication de chargements explosifs pour munitions de moyen calibre.
Les compositions peu sensibles sont bien connues. On réalise aujourd'hui des munitions dites à risques atténués (MURAT), c'est-à-dire des munitions dont la vulnérabilité aux agressions extérieures, par exemple un échauffement lent ou rapide (feu de fuel), ou un impact de projectile ou encore un choc provoqué par la détonation d'une munition voisine est fortement atténuée voire nulle.
On sait réaliser des compositions explosives fusionnables mettant en #uvre le trinitrotoluène (TNT). Cet explosif a un point de fusion qui se situe aux environs de 80 C et il peut donc être facilement traité sous forme liquide dans une enveloppe de munition (par exemple dans un corps d'obus).
On connaît aussi les explosifs à base de polymères organiques réticulables dits explosifs composites (ou PBX en anglais - Plastic Bonded Explosives) réputés conférer la propriété MURAT aux munitions. Ces explosifs composites sont mis en ceuvre par coulée de l'explosif mélangé avec un liant et un additif de polymérisation. La solidification est obtenue par la cuisson du chargement.
Un tel type de chargement explosif présente de nombreux inconvénients.
Tout d'abord, la cuisson du chargement est longue, car elle dure plusieurs jours. Elle consomme donc beaucoup d'énergie et ne peut donc pas être mise en #uvre pour des quantités de munitions importantes. Il est donc exclu, pour des raisons de coût, d'utiliser un tel chargement dans les munitions produites en grandes séries, comme les obus de gros calibre ou les autres projectiles et il serait pratiquement impossible en temps de guerre de satisfaire des demandes de production massive de munitions. De plus, la plupart des liants utilisés sont spécifiques à cet emploi munitionnaire: I1 en résulte un risque du point de vue des commodités d'approvisionnement en quantité et en qualité.
Enfin, les munitions dotées d'un chargement en explosif composite sont difficiles à démilitariser. En effet, il n'est pas possible de faire fondre le chargement pour le sortir de son enveloppe. Les seules solutions possibles sont la destruction par voie chimique ou encore la détonation, solutions coûteuses et nuisibles à l'environnement.
Des travaux ont été conduits en France et aux Etats unis qui ont débouché sur la définition d'une composition explosive fusionnable/coulable qui associe du TNT (trinitrotoluène), de l'oxynitrotriazole (ONTA), de l'aluminium et de la cire. Le brevet FR2750131 décrit notamment une telle composition.
Du fait de la présence du TNT et de la cire, cette composition peut être mise en ceuvre par coulée. Elle présente également la propriété intéressante d'être très peu sensible aux principales épreuves de vulnérabilité telles que définies par exemple par les modes opératoires décrits par les normes AFNOR NFT 70510 à 70515 ou les épreuves ONU de la série 7. Cette relative insensibilité est due principalement à la présence de PONTA.
L'inconvénient principal de ces compositions coulables réside dans le fait qu'il est impossible de les utiliser dans des munitions explosives de moyen calibre.
En effet, les méthodes de chargement pour les munitions de gros calibre ne peuvent être utilisées pour les munitions de moyen calibre en raison de leur taille. En outre, le niveau d'amorçabilité lié au diamètre critique de la substance explosive n'est pas compatible. En effet, ces explosifs très peu sensibles pour les gros calibres ont des diamètres critiques de plusieurs centimètres qui sont supérieurs à la taille des munitions de moyen calibre (calibre inférieur ou égal à 50mm).
I1 en résulte une impossibilité d'initier des munitions de moyen calibre chargées d'un tel explosif.
Le but de l'invention est de proposer une composition explosive très peu sensible et donc à vulnérabilité réduite destinée notamment aux munitions de moyen calibre et n'ayant pas de tels inconvénients.
Ainsi la composition selon l'invention peut assurer un niveau de performance pratiquement équivalent à celui des compositions explosives classiques, par exemple à base d'HEXAL (hexogène/aluminium/cire) tout en réduisant de façon significative le niveau de sensibilité de la munition aux agressions thermiques et mécaniques.
Enfin la composition selon l'invention ne met en oeuvre que des ingrédients courants facilement approvisionnables. L'invention a donc pour objet une composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite destinée notamment à la réalisation de chargements pour munitions explosives de moyen calibre, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition explosive de base formée de - 45% à 72% en masse d'oxynitrotriazole, - 10% à 35% en masse d'hexogène ou d'octogène, - 12% à 20% en masse de poudre d'aluminium, composition de base à laquelle est incorporé 0 à 1 parties en masse de poudre de graphite.
Avantageusement, la composition explosive comprimable comprendra une composition explosive de base formée de - 49% à 72% en masse d'oxynitrotriazole, - 10% à 33% en masse d'hexogène ou d'octogène, - 14% à 17% en masse de poudre d'aluminium, Suivant différents exemples de réalisation la composition de base peut comprendre - 49% d'oxynitrotriazole, 33% d'hexogène, 14 % de poudre d'aluminium et 4% de cire, ou - 72% d'oxynitrotriazole, 10% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire, ou - 57% d'oxynitrotriazole, 19% d'hexogène, 17% de poudre d'aluminium et 7% de cire, ou - 59% d'oxynitrotriazole, 20% d'hexogène, 17% de poudre d'aluminium et 4% de cire, ou - 64% d'oxynitrotriazole, 15% d'hexogène, 17% de poudre d'aluminium et 4% de cire, ou - 57% d'oxynitrotriazole, 25% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire, ou - 64% d'oxynitrotriazole, 15% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire.
Avantageusement, la composition comprendra 0,5 parties en masse de poudre de graphite incorporées à la composition de base.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication qui permet de mettre en oeuvre une telle composition dans une munition de moyen calibre.
Ce procédé permet d'obtenir des granulés de composition qui peuvent ensuite être comprimés dans le corps des projectiles.
Ainsi avec le procédé selon l'invention la composition peut être mise en oeuvre en utilisant les procédés classique de chargement des munitions de moyen calibre, c'est à dire par compression. L'outil industriel peut donc être utilisé sans modifications majeures, ce qui réduit les coûts et les investissements.
Le procédé de préparation d'une composition explosive comprimable selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - dissolution de la cire dans un solvant de cette dernière qui ne dissout pas les autres ingrédients de la composition de base, - incorporation des ingrédients pulvérulents de la composition de base dans la solution obtenue et malaxage de l'ensemble jusqu'à l'obtention d'une pâte homogène, - granulation de la pâte.
Avantageusement, les ingrédients pulvérulents de la composition de base pourront être mélangés à sec avant incorporation dans la solution de cire.
La granulation pourra être réalisée dans une cuve mise sous dépression et chauffée afin d'éliminer le solvant.
La cuve de granulage sera de préférence chauffée à environ 60 C.
La poudre de graphite pourra être incorporée au cours de l'opération de granulation.
On procédera avantageusement après granulation à une opération de séchage.
Le mérite des inventeurs a été de concevoir un explosif comprimable peu sensible en utilisant un explosif lui-même peu sensible constituant l'élément prépondérant de la composition, tout en obtenant une bonne sensibilité à l'amorçage.
Un avantage de l'invention réside dans le fait que la composition explosive peut être mise en #uvre avec l'outil industriel existant sans modification importante et sans apport de constituants onéreux ou difficilement accessibles sur le marché.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de mise en ceuvre suivants qui illustrent quelques compositions et leur mode de préparation.
Comme indiqué précédemment, la composition explosive selon l'invention est peu sensible aux sollicitations extérieures et elle est comprimable pour constituer le chargement principal des munitions explosives de moyen calibre. Ces compositions sont susceptibles d'assurer un niveau de performance pratiquement équivalent à celui des compositions HEXAL (hexogène/Al/cire/graphite) qu'on utilise habituellement dans ces munitions, tout en limitant de manière significative le niveau de sensibilité aux agressions thermiques et mécaniques. Ces résultats s'expliquent par la redéfinition d'une nouvelle formulation à partir d'un explosif très peu sensible, l'oxynitrotriazole, qui est très peu utilisé dans ce domaine, et d'une nouvelle cire qui, à la fois, joue le rôle d'un flegmatisant et assure la tenue mécanique du chargement.
L'ONTA étant soluble dans l'eau, il n'est pas possible d'enrober les ingrédients solides à l'aide de la cire en appliquant la méthode classique qui consiste à refroidir sous agitation une émulsion cire/eau contenant les autres constituants.
Le procédé selon l'invention se déroule en trois phases principales - on procède d'abord à la dissolution de la cire dans un solvant approprié qui ne dissout pas les autres constituants, - tous les autres constituants de la composition de base sont ensuite incorporés dans la solution de cire qui est malaxée pour constituer une pâte homogène, - enfin, la pâte est introduite dans une cuve rotative de granulage qui est mise en dépression et chauffée.
Le solvant est récupéré par refroidissement des vapeurs et à la fin de cette dernière opération on obtient des granulés. Un séchage complémentaire peut être réalisé en étuve, ce qui permet d'obtenir des granulés de composition explosive totalement exempts de solvant.
Pour préparer une composition selon la présente invention, on procède de la manière suivante. L'ONTA, l'hexogène et l'octogène se présentent sous forme de poudres de granulométries variables que l'on choisira de préférence inférieures à 630 lin. La poudre d'aluminium présente une dimension de grain comprise entre 10 et 20 Dun. La cire sélectionnée est commercialisée par la société Hoechst sous la référence X102. Elle est choisie car elle est apte à jouer le rôle de flegmatisant et possède de très bonnes propriétés de tenue mécanique qu'elle transmet à la matière explosive comprimée. Elle présente également la propriété de se dissoudre très facilement dans l'essence F qui est choisie comme solvant, l'essence F est le mélange d'hydrocarbures provenant classiquement de la distillation des pétroles entre 100 C et 160 C (étage F des colonnes de distillation). Enfin, sa tenue à la température (elle fond à 80 C) est tout à fait suffisante pour l'application selon l'invention. La poudre de graphite utilisée a une granulométrie quelconque.
Les proportions des constituants indiquées précédemment sont définies pour garantir une bonne amorçabilité pour le moyen calibre, pour assurer un haut niveau de performance explosive en matière d'effet brisant et pour minimiser le niveau de sensibilité aux agressions thermiques et mécaniques.
On commence par mélanger à sec tous les constituants pulvérulents de la composition de base dans un mélangeur cubique ou par exemple du type TURBULA. Séparément, on met la cire en solution dans l'essence F que l'on chauffe à une température de l'ordre de 60 C. On obtient une phase liquide homogène contenant 20% en masse de cire. On introduit la solution de cire obtenue dans un malaxeur de type planétaire et on ajoute les constituants pulvérulents.
Après malaxage, on obtient une pâte qui est ensuite récupérée et placée dans une cuve cylindrique de granulage. On prépare ensuite les granulés de la composition de base par rotation de la cuve dans un bain chauffant maintenu à 60 C et en créant une dépression à l'aide d'une trompe à eau. En fin d'opération, on ajoute éventuellement de la poudre de graphite.
Pour parfaire l'élimination du solvant, on peut soumettre les granulés à un étuvage à 50 C pendant 24 heures.
<U>Exemple 1</U> On prépare ainsi la composition suivante Composition de base - 49% en masse d'ONTA, - 33% en masse d'hexogène, - 14% en masse de poudre d'aluminium, - 4% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
La composition explosive obtenue présente un excellent niveau énergétique tout en conservant un diamètre critique acceptable compris entre 5 et 10 mm et compatible avec toutes les définitions de munitions de moyen calibre. Ainsi, la vitesse de détonation (D) est de 7920 m/s et la pression de détonation calculée (PCJ) est de 285 108 Pa.
Si on compare la sensibilité de la composition obtenue à celle d'une composition explosive HEXAL connue de référence, on constate un gain particulièrement significatif puisque l'indice de sensibilité au choc (ISI) est supérieur à 50 Joules alors qu'il n'est que de 22 Joules pour l'HEXAL. Aucune réaction n'est enregistrée à l'épreuve de sensibilité à la friction sous une force d'appui de 353 N, alors que l'HEXAL présente 50% de réactions positives sous 263 N seulement.
Cette sensibilité de la composition selon l'invention est également confortée par le calcul du coefficient de sensibilité (CS) tel qu'il est défini par la publication de Maryse Vaullerin Prediction of explosives impact sensitivity publiée dans Propellants explosives pyrotechnics N 23 (1998) pages 237 à 238. On obtient pour l'HEXAL un CS de 158 kca12/mol, alors que la composition n'atteint que 120,5 kcal2/mol, soit une sensibilité beaucoup moindre.
Exemple <B><U>2</U></B> On prépare de la même manière la composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivante Composition de base - 72% en masse d'ONTA, - 10% en masse d'hexogène, - 14% en masse de poudre d'aluminium, - 4% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
On constate que le niveau énergétique de cette composition est moins élevé que celui de la composition selon l'exemple 1, mais il reste tout acceptable. Cette différence provient essentiellement du remplacement d'une fraction importante de l'hexogène par de PONTA. La vitesse de détonation D est de 7725 m/s et la pression de détonation calculée PCJ est de 274 108 Pa. Le diamètre critique est bien en conséquence plus important et il est compris entre 20 et 30 mm. Cette composition est bien adaptée aux munitions compatibles avec cette caractéristique.
Là encore, le calcul du coefficient de sensibilité montre un net avantage par rapport à l'HEXAL de référence. Ce coefficient CS est de 101 kcal2/mol, ce qui représente un gain encore plus élevé.
<B><U>Exemple 3</U></B> On prépare la composition suivante Composition de base - 57% en masse d'ONTA, - 19% en masse d'hexogène, - 17% en masse de poudre d'aluminium, - 7% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
On obtient les performances suivantes . D=7797 m/s ; PCJ= 288 108 Pa : CS=92 kca12/mol.
<B><U>Exemple 4</U></B> On prépare la composition suivante Composition de base: - 59% en masse d'ONTA, - 20% en masse d'hexogène, - 17% en masse de poudre d'aluminium, - 4% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
On obtient les performances suivantes . D=7876 m/s PCJ= 297<B>108</B> Pa ; CS=103 kca12/mol.
<B><U>Exemple 5</U></B> On prépare la composition suivante Composition de base - 64% en masse d'ONTA, - 15% en masse d'hexogène, - 17% en masse de poudre d'aluminium, - 4% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
On obtient les performances suivantes : D=7854 m/s ; PCJ= 297<B>108</B> Pa ; CS=99 kca12/mol.
<B><U>Exemple 6</U></B> On prépare la composition suivante Composition de base - 57% en masse d'ONTA, - 25% en masse d'hexogène, - 14% en masse de poudre d'aluminium, - 4% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite.
On obtient les performances suivantes . D=7901 m/s ; PCJ= 295<B>108</B> Pa ; CS=113 kca12/mol.
<B><U>Exemple 7</U></B> On prépare la composition suivante Composition de base - 64% en masse d'ONTA, - 15% en masse d'hexogène, - 14% en masse de poudre d'aluminium, - 7% en masse de cire.
On ajoute lors de la granulation 0,5 parties en masse de graphite. On obtient les performances suivantes . D=7781 m/s ; PCJ= 284 108 Pa ; CS=95 kcal`/mol.
Dans les exemples 3 à 7 ci-dessus, on a fait varier les taux des constituants des formulations. On notera que le taux d'hexogène doit être le plus faible possible, car c'est ce constituant qui augmente la sensibilité de la composition explosive. On préfère adopter une valeur inférieure à 35% en masse de la composition de base.
Avantageusement, on peut remplacer l'hexogène par l'octogène qui possède une meilleure tenue thermique, un pouvoir énergétique sensiblement plus élevé et une sensibilité aux chocs légèrement moins grande. A noter que le coût de l'octogène est supérieur à celui de l'hexogène.
L'ONTA est le constituant principal du chargement puisqu'il participe à la fois de façon très active à l'apport énergétique et à la désensibilisation de la composition. Sa proportion sera donc la plus élevée possible, sachant que les difficultés d'amorçage s'accroissent avec son taux de présence. Ce taux devra être supérieur à 45% en masse de la composition de base.
La poudre d'aluminium, substance non explosive, a un rôle de flegmatisant qui va rendre la composition moins sensible.
De plus, par ses bonnes propriétés de conductibilité thermique, elle améliore la tenue de la composition aux agressions thermiques.
Enfin, et c'est la raison principale pour laquelle certains chargement contiennent de l'aluminium, il va participer au fonctionnement énergétique de la composition en augmentant l'effet de souffle. On adoptera un taux compris entre 12 et 20% en masse de la composition de base.
La cire permet d'assurer la cohésion du chargement et aussi de le flegmatiser. Son taux doit être compris entre 4 et 10% en masse de la composition de base.
Le graphite est éventuellement ajouté à la composition de base. I1 permet d'améliorer l'écoulement des charges électrostatiques pour rendre plus sûre la manipulation des matières explosives, mais aussi pour faciliter le chargement en munition qui est réalisé par compression à température ambiante. Ce graphite est ajouté en faible quantité: moins de 1 partie par rapport à l'ensemble des autres constituants de la composition de base.
Ainsi pour 100 grammes de composition de base on ajoutera moins de 1 gramme de graphite.
La composition pourra être utilisé dans d'autres types de munitions que celles de moyen calibre. On pourra par exemple l'utiliser pour le chargement des grenades à charge formées dispersables par obus d'artillerie.
Claims (16)
1. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite destinée notamment à la réalisation de chargements pour munitions explosives de moyen calibre, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition explosive de base formée de - 45% à 72% en masse d'oxynitrotriazole, - 10% à 35% en masse d'hexogène ou d'octogène, - 12% à 20% en masse de poudre d'aluminium, composition de base à laquelle est incorporé 0 à 1 parties en masse de poudre de graphite.
2. Composition explosive comprimable selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une composition explosive de base formée de - 49% à 72% en masse d'oxynitrotriazole, - 10% à 33% en masse d'hexogène ou d'octogène, - 14% à 17% en masse de poudre d'aluminium,
3. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 49% d'oxynitrotriazole, 33% d'hexogène, 14 % de poudre d'aluminium et 4% de cire.
4. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 72% d'oxynitrotriazole, 10% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire.
5. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 57% d'oxynitrotriazole, 19% d'hexogène, 17% de poudre d'aluminium et 7% de cire.
6. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 59% d'oxynitrotriazole, 20% d'hexogène, 17%,de poudre d'aluminium et 4% de cire.
7. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 64% d'oxynitrotriazole, 15% d'hexogène, 17% de poudre d'aluminium et 4% de cire.
8. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 57% d'oxynitrotriazole, 25% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire.
9. Composition explosive comprimable à vulnérabilité réduite suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la composition de base comprend 64% d'oxynitrotriazole, 15% d'hexogène, 14% de poudre d'aluminium et 4% de cire.
10. Composition explosive comprimable selon une des revendication 2 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend 0,5 parties en masse de poudre de graphite incorporées à la composition de base.
11. Procédé de préparation d'une composition explosive comprimable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - dissolution de la cire dans un solvant de cette dernière qui ne dissout pas les autres ingrédients de la composition de base, - incorporation des ingrédients pulvérulents de la composition de base dans la solution obtenue et malaxage de l'ensemble jusqu'à l'obtention d'une pâte homogène, - granulation de la pâte.
12. Procédé de préparation selon la revendication 11, caractérisé en ce que les ingrédients pulvérulents de la composition de base sont mélangés à sec avant incorporation dans la solution de cire.
13. Procédé de préparation selon une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la granulation est réalisée dans une cuve mise sous dépression et chauffée afin d'éliminer le solvant.
14. Procédé de préparation selon la revendication 13, caractérisé en ce que la cuve de granulage est chauffée à environ 60 C.
15. Procédé de préparation selon une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la poudre de graphite est incorporée au cours de l'opération de granulation.
16. Procédé de préparation selon une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que on procède après granulation à une opération de séchage.
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