BR112017013554B1

BR112017013554B1 - Composição de espoleta

Info

Publication number: BR112017013554B1
Application number: BR112017013554-0A
Authority: BR
Inventors: Benoit Jolicoeur; Marc Palardy
Original assignee: General Dynamics, Ots - Canada, Inc
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2022-05-03
Also published as: CA2972106A1; BR112017013554A2; EP3237361A1; CA2972106C; US20180258007A1; WO2016101057A1; EP3237361A4; KR20170134319A

Abstract

COMPOSIÇÃO DE ESPOLETA E COMPOSIÇÃO DE DETONAÇÃO. Uma composição de espoleta é fornecida apresentando um explosivo primário e um sistema oxidante contendo pelo menos um óxido de tungstênio ou composto de tungstato. O sistema oxidante pode ser não higroscópico e não tóxico. A espoleta pode incluir agentes redutores, sensibilizadores, aglutinantes e agentes de produção de gás. A composição de espoleta, de maneira geral, é aplicável a qualquer aplicação ou dispositivo que empregue ignição de um propelente, um combustível, uma carga de relé, uma carga de retardo ou uma carga de amplificação, incluindo, mas não limitados a, sistemas de gerador de gás para air bag, dispositivos de sinalização, assentos de ejeção, espoletas de munição para armas de pequeno, médio e grande calibres, e os similares.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] As modalidades da presente invenção estão relacionadas de modo geral a cargas ou misturas de espoleta (primer) e, mais particularmente, se refere a misturas de detonação (priming) pretendidas para munição.

HISTÓRICO

[0002] As formulações anteriores sensíveis ao impacto, às quais se refere frequentemente como composições de detonação de percussão, composição de espoleta, misturas de espoleta, misturas de espoleta, misturas de detonação, misturas de detonação ou cargas de espoleta, de maneira geral, consistem em um explosivo primário (explosivo altamente sensível), um material de geração de gás, um oxidante, um combustível, ocasionalmente um material abrasivo para aumentar a sensibilidade à iniciação, e um aglutinante. A maioria das espoletas elétricas e de percussão modernas ainda contém estifnato de chumbo ou azida de chumbo, como explosivo primário, trissulfeto de antimônio, como combustível, e nitrato de bário, como oxidante, em adição a vários outros ingredientes. A presença de um oxidante em misturas de detonação é necessária por causa do pobre teor em oxigênio de explosivos com base em chumbo. A toxicidade dessas composições de espoleta convencionais provoca procedimentos de manejo caros para produção e descarte. Além disso, a contaminação de alcance de tiro, tanto em ambientes fechados quanto ao ar livre, causam, às organizações militares e civis ao redor do mundo, enormes custos de remediação. Em um esforço conjunto para reduzir esses custos, governos e indústrias estão atualmente desenvolvendo espoletas não tóxicas para munição, dedicada a aplicações militares e civis.

[0003] Esforços consideráveis têm sido direcionados à remoção do chumbo de composições de espoleta. No entanto, menos atenção tem sido devotada ao nitrato de bário, que também é altamente tóxico e amplamente usado como um oxidante. Ver, por exemplo, a Patente U.S. No. 5.684.268 e a Patente U.S. No. 5.831.208. Uma alternativa em potencial é o nitrato de potássio, que se observou ter um desempenho tão bom quanto o nitrato de bário. No entanto, tais sais de nitrato, tal como nitrato de potássio, são muito suscetíveis à umidade atmosférica, devido a sua higroscopicidade. Consequentemente, as taxas de falha para tais espoletas são aumentadas e condições ambientais de elevada umidade. Agentes oxidantes, tais como sais de clorato e perclorato, também são tóxicos. Além disso, o clorato de potássio é higroscópico e corrosivo aos tambores de armas de aço. Ver a Patente U.S. No. 8.460.486.

[0004] Outra alternativa em potencial, para evitar o uso de metais pesados e tóxicos em composições de espoleta, é o uso de compósitos intersticiais metastáveis (MIC). Essas composições, também conhecidas como compósitos nanoenergéticos metastáveis (NMC), nanotermites ou supertermites, tipicamente incluem Al- MoO3, Al-WO3, Al-CuO e Al-Bi2O3. Em tais compósitos, tanto o alumínio quanto os pós de oxidante apresentam tamanhos de partícula de menos do que 0,1 micrômetro e, mais preferivelmente, de 20 a 50 nanômetros. A sensibilidade e a eficiência (output) em elevada temperatura da MIC são obtidas pela elevada área de superfície das partículas. A taxa de queima das partículas é proporcional à área de superfície. A íntima proximidade do oxidante e do agente redutor fornece elevada sensibilidade ao atrito. No entanto, a MIC tem se mostrado difícil de manusear, devido a sua sensibilidade à descarga eletrostática (ESD), ao atrito e a sua reatividade ao ar. Essas características resultam em um processo de fabricação em grande escala, que é menos eficaz quanto aos custos e mais perigoso do que com misturas de espoleta convencionais. Ver, por exemplo, a Patente U.S. No. 5.717.159 e a Patente U.S. No. 7.670.446.

[0005] Portanto, seria desejável se ter uma composição de espoleta não tóxica, não corrosiva, não higroscópica e segura ao manuseio. Tentativas têm sido feitas ao longo dos anos para se desenvolver um agente oxidante adequado para atender a essas características. Conforme será reconhecido pelos técnicos especializados no assunto, agentes oxidantes para composições de espoleta devem apresentar baixa solubilidade, baixa higroscopicidade, elevada estabilidade sob várias condições, elevado calor de decomposição, boa compatibilidade com outros ingredientes contidos na composição de espoleta, assim como ser um bom doador de oxigênio. Uma mistura de espoleta contendo um tal agente oxidante seria adequada para uma grande variedade de aplicações no campo de composições de espoleta.

[0006] Consequentemente, há ainda uma demanda por uma composição de detonação apresentando uma ampla gama de capacidade de ignição e abordando os problemas anteriores e outros problemas relacionados e não relacionados na técnica.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0007] Descrita de maneira breve, a presente invenção se refere a uma composição de espoleta incluindo pelo menos um explosivo sensível, pelo menos um combustível e pelo menos um oxidante. Exemplos de aplicações e de dispositivos, que podem empregar a composição de espoleta desta invenção, incluem, mas não estão limitadas a, um tensionador de cinto de segurança, um air bag, um sinalizador, uma granada de mão, uma granada de lançamento mecânico, uma granada de fumaça, uma sistema de restrição, um assento de ejeção, uma campânula explosiva, um extrator de paraquedas de estabilização, um chamariz aéreo, uma ferramenta manual energizada, uma ferramenta industrial, um dispositivo de fixação, um lançador de granadas, uma granada de gás, uma granada de atordoamento, uma submunição, um lançador de projéteis, um dispositivo de retardamento de iniciação pirotécnica, um motor de impulsão, um detonador com retardo, um detonador de mecha, um esmagador de rochas, um dispositivo de corte de cabos, um dispositivo de explosivo sísmico, um projétil explosivo, uma carga conformada, um aparelho de perfuração de poços, uma ogiva antiarmadura, uma arma de fogo de carregamento pela boca, um dispositivo de extermínio de animais entocados, um dispositivo de controle de predadores, um ignitor para iniciar incêndios, um sistema de ignição para aquecedores químicos, e os similares.

[0008] A Patente U.S. No. 8.597.445 se refere, na coluna 4, a várias Patentes U.S., que revelam e descrevem várias aplicações e dispositivos, que podem empregar a composição de espoleta da presente invenção. Aquelas aplicações e dispositivos são dados como exemplos, mas não estão limitadas a eles.

[0009] Em uma modalidade, as composições de espoleta da presente invenção incluem pelo menos um explosivo primário, um combustível e um sistema oxidante, compreendendo pelo menos uma forma de óxido de tungstênio ou de composto de tungstato. Em maiores detalhes, o agente oxidante da presente invenção pode ser selecionado a partir de, mas não está limitado a, o grupo de óxidos de tungstênio ou de compostos de tungstato consistindo em óxido de tungstênio (III) (W2O3), óxido de tungstênio (IV) (WO2), óxido de tungstênio (VI) (WO3), tungstato de bismuto, tungstato de alumínio, tungstato de bário, tungstato de cálcio, tungstato de cádmio, tungstato de cobre, tungstato de cobalto, tungstato de ferro, tungstato de chumbo, tungstato de magnésio, tungstato de níquel, tungstato de sódio, tungstato de potássio, tungstato de lítio, tungstato de manganês, tungstato de estrôncio, tungstato de zinco e tungstato de zircônio, isoladamente ou em combinação. Compostos de tungstato, de maneira geral, se referem a compostos que contenham um oxiânion de tungstênio ou um óxido misto contendo tungstênio, o íon de tungstato mais simples sendo WO42-.

[0010] Em uma outra modalidade, a composição de espoleta contém até cerca de 70% em peso de explosivos primários, de cerca de 15% a cerca de 50% em peso de oxidante, e de cerca de 5% a cerca de 30% em peso de um agente redutor. Essas composições de espoleta opcionalmente podem incluir aproximadamente até cerca de 30% em peso de sensibilizador de explosivo, até cerca de 25% em peso de um agente de produção de gás, até cerca de 20% em peso de agente de atrito, até cerca de 10% em peso de um agente de remoção de cobre e até cerca de 20% em peso de um componente condutor.

[0011] De maneira geral, a composição de espoleta desta invenção pode empregar qualquer explosivo primário em combinação com óxidos de tungstênio ou compostos de tungstato. Exemplos de explosivos primários, que podem ser usados, incluem, mas não estão limitados a, sais de trinitro-resorcinol, dinitro-benzofuroxano (DNBF), dinitro-benzofuroxano de potássio (KDNBF), diazo- dinitro-fenol (DDNP, também conhecido como DINOL), azida de chumbo, azida de prata, sais de fulminato, sais do ácido hidrazóico, sais de 5-nitro-tetrazol, tetrazeno, sais de tetrazeno, sais de amino-guanidina, sais de cianamida, sais de nitro-cianamida, sais de nitro-fenol, sais de nitroso-fenol, sais de nitramina, sais do ácido metazônico, sais oxálicos, peróxidos, sais de acetileto, sulfeto de nitrogênio, seleneto de nitrogênio, sais tiociânicos, perclorato de prata, hexanitro-manitol, e os similares, incluindo qualquer combinação dos mesmos. A palavra sais pretende incluir todos os sais que possam funcionar como explosivos primários. O explosivo primário da presente invenção pode ser não tóxico e substancialmente livre de chumbo, ou pode conter somente compostos de chumbo, tais como explosivos contendo chumbo. O agente redutor, também chamado combustível, pode ser selecionado a partir de, mas não limitado a, alumínio, boro, silício, titânio, tungstênio, manganês, zircônio, sulfeto de bismuto, sulfeto de zinco e quaisquer combinações dos mesmos.

[0012] Em uma modalidade preferida, a composição de espoleta contém de cerca de 15% a cerca de 50% em peso de DDNP, como explosivo primário, de cerca de 25% a cerca de 40% em peso de óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI) e/ou tungstato de bismuto, como oxidante, de cerca de 5% a cerca de 20% em peso de sulfeto de zinco, hidreto de zircônio, titânio, alumínio e/ou magnésio, como agente redutor, de cerca de 5% a cerca de 20% em peso de tetrazeno, como sensibilizador de explosivo, de cerca de 3% a cerca de 15% em peso de PETN, como explosivo secundário ou agente de produção de gás, e de cerca de 5% a cerca de 15% em peso de vidro pulverizado, carbeto de silício ou siliceto de cálcio, como agente de atrito, e de cerca de 0% a cerca de 10% em peso de pó de bismuto, como agente de remoção de cobre. As percentagens em peso de todos os ingredientes mencionados acima são baseadas nos pesos dos ingredientes secos.

[0013] A composição de espoleta da modalidade preferida utiliza agentes oxidantes, que são de baixa toxicidade, livres de metais pesados, estáveis ao envelhecimento, não higroscópica e não corrosiva.

[0014] Os subprodutos de combustão da modalidade preferida não incluem compostos de metais pesados de chumbo, bário, mercúrio, antimônio, berílio, césio, cádmio, arsênico, cromo, selênio, estrôncio, estanho ou tálio.

[0015] Um outro objeto da presente invenção é fornecer uma composição de espoleta, que possa ser fabricada sob condições de elevada umidade, sem reações químicas colaterais deletérias. Tipicamente, a mistura de espoleta é processada a úmido, durante a produção, por razões de segurança. A mistura de espoleta formada a úmido pode, então, ser enrolada e carregada em cápsulas de espoleta. Variações de ingredientes e suas quantidades relativas resultam em sistemas químicos, que possuem propriedades de sensibilidade e de eficiência feitas sob medida para exigências específicas.

[0016] Constatou-se que a mistura de detonação, de acordo com a presente invenção, apresenta uma eficiência balística comparável àquela de misturas de estifnato de chumbo tradicionais, assim como completamente dentro dos limites de desempenho padrão do SAAMI (Sporting Arms and Ammunition Manufacturers' Institute) e da NATO (North Atlantic Treaty Organization), dependendo do uso pretendido. Além disso, a mistura de detonação da invenção funciona de maneira excelente, mesmo em baixas temperaturas, conforme exigido pelos padrões da NATO, e pode, portanto, ser usada não somente para cartuchos de prática ou de faixa de alvo, como a maioria das composições de espoleta livres de metais pesados conhecidas, mas, também, para munições de combate e dispositivos operacionais.

[0017] De modo a melhor explicar os princípios inovadores da presente invenção e as vantagens que ela oferece sobre a técnica anterior, modalidades das misturas de detonação, que aplicam os princípios acima, serão descritas nas partes que se seguem.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0018] A presente invenção é principalmente dirigida a composições de detonação contendo compostos de óxido de tungstênio e seus derivados, como oxidantes. Em maiores detalhes, o agente oxidante pode ser selecionado a partir de, mas não limitado a, o grupo consistindo em óxido de tungstênio (III), óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI), tungstato de bismuto, tungstato de alumínio, tungstato de bário, tungstato de cálcio, tungstato de cádmio, tungstato de cobre, tungstato de cobalto, tungstato de ferro, tungstato de chumbo, tungstato de magnésio, tungstato de níquel, tungstato de sódio, tungstato de potássio, tungstato de lítio, tungstato de manganês, tungstato de estrôncio, tungstato de zinco e tungstato de zircônio, isoladamente ou em combinação. As misturas de detonação desta invenção, em adição ao oxidante, incluem pelo menos um explosivo primário e pode conter outros componentes de detonação, tais como explosivos secundários, agentes de produção de gás, sensibilizadores, agentes redutores e agentes de atrito.

[0019] Esta invenção, mesmo se ela pudesse ser usada em qualquer aparelho ou dispositivo, que exija uma composição de espoleta para ignição de um propelente, um combustível, uma carga de relé, uma carga de retardo ou uma carga de amplificação, ela é especificamente concentrada em espoletas para munição. Conforme usada aqui, a expressão armas pequenas se refere a armas de fogo que possam ser portadas por uma pessoa e disparadas sem suporte mecânico e apresentando um diâmetro de orifício de uma polegada (2,54 cm) ou menor. Esta invenção de misturas de detonação, contendo óxido de tungstênio e seus derivados, como oxidante, pode ser utilizada em quaisquer tipos de munição de pequeno calibre para armas pequenas. Esse oxidante também pode ser incluído em composições de espoleta convencionais contendo metais pesados ou ela poderia ser incluída em composições de espoleta de baixa toxicidade. Essa expressão se refere a misturas de detonação contendo não mais do que quantidades traço de chumbo, bário, mercúrio, antimônio, berílio, césio, cádmio, arsênico, cromo, selênio, estrôncio, estanho e tálio. Além disso, composições de detonação contendo compostos de óxido de tungstênio ou tungstato e seus derivados, como oxidantes, podem ser usadas espoletas elétricas compreendendo composições de espoleta condutoras ou não condutoras.

[0020] As misturas de detonação desta invenção podem incluir de cerca de 15% a cerca de 50% em peso de um sistema oxidante, compreendendo óxidos de tungstênio, tungstato e seus derivados, em combinação com um ou mais outros oxidantes conhecidos. Espera-se que, se os oxidantes da presente invenção forem misturados com qualquer outro oxidante conhecido, a reação em cadeia, que permite a ignição de detonação, estará acoplada. O sistema oxidante pode incluir óxido de tungstênio e seus derivados, isoladamente ou em combinação com um ou mais outros oxidantes. Em mais detalhes, o segundo oxidante pode ser selecionado do grupo de, mas não está limitado a, óxido de bismuto, nitrato de potássio, peróxido de zinco, dióxido de manganês, trióxido de molibdênio, nitrato de estrôncio, peróxido de estrôncio, nitrato de bário, óxido de estanho e óxido de ferro. Na modalidade preferida, os sistemas de mistura de detonação podem conter 25% a 40% em peso de um sistema oxidante, incluindo óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI) ou tungstato de bismuto. O sistema oxidado apresenta uma textura suficiente para permitir que o sistema oxidante escoe, quando combinado com os outros ingredientes, tal que a composição de detonação seja substancialmente homogênea.

[0021] Em adição a um sistema oxidante com um óxido de tungstênio ou com um composto de tungstato, as misturas de detonação incluem um ou mais explosivos primários. De maneira geral, aqueles oxidantes poderiam ser usados com quaisquer explosivos primários. Uma lista completa de explosivos primários, que podem ser usados pode ser encontrada em Chemistry and Technology of Explosives por Tadeusz Urbanski; MacMillan Publishing Company, 1984; reimpresso por Pergamon Press, 1990, que é inforporado aqui por referência em sua totalidade. As misturas de detonação da presente invenção incluem um ou mais explosivos primários em uma taxa de até 70%. Nas modalidades preferidas, as misturas de detonação contêm de cerca de 15% a cerca de 50% em peso de um explosivo primário, tal como DDNP.

[0022] As misturas de detonação da presente invenção também incluem um ou mais explosivos secundários atuando como sensibilizador. Esse componente acelerará ou modificará a velocidade da reação na espoleta e, por meio disto, aumentará a sensibilidade. Uma grande variedade de sensibilizadores poderia ser usada em misturas de detonação. No presente caso, o sensibilizador fora escolhido, em parte, por causa de sua compatibilidade com o explosivo primário escolhido. Na modalidade preferida, o tetrazeno é selecionado como um explosivo secundário a ser combinado com DDNP. O tetrazeno, também conhecido como tetraceno, hidrato de tetrazolil-guanil-tetrazeno ou monoidrato de tetrazeno- 1-carboxamidina-4-(1-H-tetrazol-5-ila), é tipicamente adicionado à mistura em combinação com DDNP, para aumentar a sensibilidade da carga. Em uma modalidade, o segundo explosivo, atuando como um sensibilizador, é adicionado à mistura em uma quantidade de 0 a cerca de 30% em peso da mistura de detonação. Na modalidade preferida, as misturas de detonação contêm de cerca de 5% a cerca de 20% em peso de tetrazeno.

[0023] A mistura de detonação também pode incluir outros sensibilizadores não explosivos. Aqueles sensibilizadores, também chamados de agentes de atrito, usualmente são substâncias inertes, que poderiam aumentar as sensibilidades ao atrito e ao impacto da composição de espoleta. Exemplos de sensibilizadores, que podem ser usados, incluem, mas não estão limitados a, vidro pulverizado, carbeto de silício, siliceto de cálcio, sulfeto de ferro, carbeto de ferro, óxido de cobre, nitreto de silício e silicato de alumínio. Tipicamente, a mistura de detonação contém de 0% a cerca de 20% em peso desse material. Em uma modalidade particular, o siliceto de cálcio é adicionado à mistura em uma faixa de cerca de 5% a cerca de 15% em peso.

[0024] De modo a fornecer fontes de gás de expansão, quando a mistura de detonação for ativada, um agente de produção de gás também pode ser incluído na mistura. Propelentes de base única ou dupla ou explosivos secundários, tais como tetranitrato de pentaeritritol ou trinitro-tolueno, poderiam criar este efeito. Tipicamente, as misturas de detonação contêm de 0% a cerca de 25% em peso de um ou mais agentes de produção de gás. Na modalidade preferida, a mistura de detonação contém de 3% a 15% em peso de PETN, como agente de produção de gás.

[0025] As misturas de detonação podem incluir um ou mais agentes redutores. Esse componente em particular pode ser adicionado na mistura de detonação a fim de aumentar o calor de combustão. Ele também pode ser chamado de combustível. Ele pode ser um combustível metálico ou não metálico ou uma combinação de ambos. Exemplos de agentes redutores em potencial compreendem, mas não estão limitados a, alumínio, sulfeto de zinco, magnésio, titânio, boro, hidreto de zircônio, siliceto de cálcio, liga de alumínio-magnésio, silício e zircônio. Em geral, a mistura de detonação da presente invenção pode conter de cerca de 5% a cerca de 30% em peso de tal material. Em algumas modalidades em particular, a mistura de detonação incorpora de cerca de 5% a cerca de 20% em peso de sulfeto de zinco, titânio, alumínio, magnésio ou qualquer combinação dos mesmos, como agente redutor.

[0026] As misturas de detonação também podem incluir um ou mais agentes de remoção de cobre. Tipicamente, esse agente é um aditivo dedicado às espoletas que se pretenda sejam usadas em munição. Na maioria das vezes, o agente de remoção de cobre é parte da mistura propelente. No entanto, em alguns calibres, devido a um propelente especial ou a ausência de propelente, o agente de remoção de cobre pode ser adicionado à mistura de detonação. Essa substância é um aditivo conhecido para a finalidade de remoção do cobre formado na superfície interna do orifício da arma. Um agente de remoção de cobre é usualmente selecionado do grupo de, mas não é limitado a, metal e compostos de estanho, metal e compostos de bismuto ou metal e compostos de chumbo. Em uma modalidade, a mistura de detonação contém de 0% a cerca de 10% em peso de bismuto.

[0027] A composição de espoleta da presente invenção também pode conter até cerca de 2% de aglutinante, para minimizar a formação de poeira, aumentando, assim, a segurança durante o processo. Tipicamente, de cerca de 0,5% a cerca de 1,5% em peso são usados em misturas de detonação. O aglutinante em particular usado será selecionado, dentre outras razões, por sua compatibilidade com a formulação de explosivo preparada. Aglutinantes a serem usados podem ser selecionados a partir de uma variedade de gomas, tais como goma arábica, goma guar ou a partir de uma grande variedade de polímeros. Um tal aglutinante pode estar na forma de qualquer composição solúvel em água adequada, que não reaja de maneira adversa com os outros componentes da invenção e que realizará a sua função de consolidação da mistura de espoleta, depois da secagem. Na modalidade preferida, um polímero acrílico de estireno está contido na mistura de detonação em uma faixa de cerca de 0,5% a cerca de 1,5% em peso.

[0028] Um aspecto particular da invenção, e aquele preferido, envolve uma composição de espoleta de baixa toxicidade usando óxido de tungstênio, tungstato e outros derivados, como um oxidante, que possa ser usada em munição de treinamento. Nesse tipo de composição de detonação, cada componente é escolhido pela ausência de metais pesados. Nessa modalidade preferida, a espoleta não deve conter mais do que quantidades traço de chumbo, bário, mercúrio, antimônio, berílio, césio, cádmio, arsênico, cromo, selênio, estrôncio, estanho e tálio.

[0029] Tipicamente, nesta modalidade em particular, o explosivo primário com base em chumbo convencional é substituído por DDNP, KDNBF ou qualquer outro explosivo primário não tóxico, isoladamente ou em combinação. Aqueles componentes são conhecidos como sendo substancialmente livres de metais pesados e são não tóxicos. De maneira geral, os componentes, compreendendo uma mistura de detonação, serão selecionados ou projetados para apresentar propriedades balísticas similares ou melhores do que formulações de detonação contendo estifnato de chumbo. Na modalidade preferida, a composição de espoleta contém de cerca de 15% a cerca de 50% em peso de DDNP, como explosivo primário, acoplado com de cerca de 25% a cerca de 40% em peso de óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI), tungstato de bismuto como oxidante ou uma combinação dos mesmos. Conforme mostrado em exemplos adicionais, essa composição preferida dá resultados comparáveis a espoletas com chumbo.

[0030] Uma aplicação em particular, para espoletas com baixa toxicidade da presente invenção, é seu uso na classe de munição, que pode ser descrita como munição de energia reduzida ou de baixa energia. Tal munição é usada para finalidades de treinamento. Exemplos de tal munição de treinamento são descritos nas Patentes U.S. Nos. 5.035.183 e 5.359.937.

[0031] A mistura de detonação da presente invenção, contendo óxido de tungstênio, tungstato e seus derivados, como oxidante, pode ser utilizada naqueles tipos de munição. A mistura de detonação, em algumas modalidades, pode servir como uma fonte de gases aperfeiçoada, a serem gerados e direcionados para propelir os projéteis. Em outra modalidade, ela pode servir para ignição de uma quantidade relativamente pequena de propelente, que propelirá o projétil. Em ambos os casos, para ser eficaz nas finalidades mencionadas acima, uma composição de espoleta, para uso em munição de baixa energia, deve gerar uma quantidade de gás substancial quando da ignição. Essa eficiência é alcançada com as formulações de detonação da presente invenção. Na modalidade preferida, uma pequena quantidade de propelente será usada para assegurar que pressão na câmara suficiente seja gerada para ciclo de mecanismos de armas de pequeno calibre convencionais.

[0032] Devido ao fato de que o projétil presente em munição de energia reduzida, como descrito na Patente U.S. No. 5.359.937, é tipicamente composto por um casco frangível contendo um composto de marcação com base em água, existe um foco importante colocado sobre a não higroscopicidade e a estabilidade química da composição de espoleta e, muitíssimo particularmente, em relação a seu oxidante. A expressão não higroscópico(a), conforme usada aqui, se refere a um artigo, composto ou sistema que não absorva prontamente e retenha umidade, especialmente quando expostos à umidade. A composição de detonação da modalidade preferida, compreendendo óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI) ou tungstato de bismuto, resiste e não é particularmente afetada por um tempo de armazenamento longo, em condições úmidas.

[0033] Espoletas de acordo com a presente invenção, incorporadas em um cartucho de baixa energia, apresentando uma bala frangível com um composto de marcação com base em água, têm sido armazenadas em uma embalagem estanque à água durante testes de envelhecimento. Essa configuração foi capaz de desempenhar, de maneira adequada, em testes balísticos, depois de exposição a um ambiente de elevada umidade durante muitos meses. Os resultados de funcionamento de armas foram comparáveis a cartuchos utilizando composições de detonação com base em chumbo, armazenados sob as mesmas condições.

[0034] Outro aspecto particular da invenção é seu uso em espoletas elétricas. A presente invenção pode ser usada em uma variedade de dispositivos iniciados eletricamente. Exemplos de tais dispositivos incluem, mas não estão limitados a, ponte de ignição, ponte de ignição explosiva, iniciador de folha fina explosiva, ponte de semicondutor, ignição com laser, indução, ignição com centelhador, contato térmico direto e os similares. Adicionalmente, a composição de espoleta pode incluir uma quantidade suficiente de material condutor para permitir a sua ignição por aquecimento ôhmico em espoletas elétricas. Materiais condutores, que podem ser usados, incluem, mas não estão limitados a, grafite, negro de acetileno, negro de carbono, nanotubos de carbono e fibras de carbono e os similares, incluindo qualquer combinação dos mesmos. Exemplos de dispositivos iniciados eletricamente, utilizando a presente invenção, incluem, mas não estão limitados a, aqueles descritos na Patente U.S. No. 8.597.445, cada um dos quais é aqui incorporado por referência em sua totalidade.

EXEMPLO 1

[0035] Uma modalidade desta invenção é o uso de espoleta de baixa toxicidade em munição de treinamento de 9 mm de energia reduzida. Testes balísticos foram realizados para estabelecer as seguintes percentagens em peso preferidas (Tabela I), para uma composição de espoleta não tóxica de acordo com a invenção: TABELA I

[0036] Os componentes acima são misturados como se segue: os componentes não explosivos, no estado seco, são primeiramente misturados em conjunto; a essa mistura seca, são adicionados os componentes explosivos (DDNP, tetrazeno e tetranitrato de pentaeritritol) mantidos em umidade tal que a umidade final da mistura varie entre 10 e 15% em peso; finalmente, o aglutinante em solução aquosa é adicionado à mistura. A mistura de espoleta resultante é adicionada dosadamente em espoletas compreendendo cápsulas de percussão de disparo central para cartuchos de calibre de 9 mm NATO, cada um compreendendo uma cápsula e bigorna relativa e contendo aproximadamente 0,018 g da mistura preparada. As espoletas são, então, ajustadas de uma maneira conhecida aos cartuchos acima mencionados.

[0037] Usando-se uma mistura de amortecimento, permite-se que ela seja adicionada dosadamente mais facilmente nas cápsulas, e propicia segurança máxima quando da preparação e do processamento das espoletas.

[0038] Para ilustrar que essa classe de óxido de tungstênio de oxidante estava funcionando bem em composições de detonação não tóxicas, diferentes compostos de óxido de tungstênio e de tungstato foram testados com os mesmos componentes de mistura. Na modalidade preferida, por causa da composição de marcação com base em água, dentro do projétil de treinamento frangível, somente um oxidante não higroscópico foi selecionado (óxido de tungstênio (IV), óxido de tungstênio (VI) e tungstato de bismuto). No entanto, é óbvio que outros compostos de tungstato higroscópicos dariam resultados de sensibilidade similares antes do envelhecimento. Três diferentes misturas foram preparadas para ilustrar a compatibilidade e a capacidade de cada oxidante com outros componentes de espoleta. Descrições de mistura são encontradas na Tabela II. TABELA II

[0039] Uma vez misturados, esses componentes foram montados em espoletas de armas de pequeno calibre. Depois da secagem, essas espoletas foram testadas de acordo com as especificações do (SAAMI) para sensibilidade de munição de armas de pequeno calibre. Para espoletas de calibre de 9 mm, o padrão de desempenho aceito exige que a altura média (H0), quando um peso de 1,94 onças for gotejado, menos 2 desvios- padrão (DP), tem que ser maior do que 1 polegada (2,54 cm), e esta altura média (H0) mais 4 desvios-padrão (DP) tem que ser menor do que 11 polegadas (27,94 cm). A altura média (H0) é o valor, em que, estatisticamente, 50% das espoletas disparam.

[0040] A Tabela III mostra os resultados de sensibilidade para essas misturas de detonação em espoletas de calibre de 9 mm. TABELA III

[0041] A Tabela III demonstra que, embora haja algumas diferenças de sensibilidade entre cada oxidante, essas três amostras exibem resultados dentro das diretrizes do SAAMI. Aqueles três oxidantes de óxido de tungstênio em uma formulação típica, portanto, atendem ao padrão de desempenho do SAAMI.

EXEMPLO 2

[0042] A fim de demonstrar a versatilidade dos compostos de óxido de tungstênio e tungstato, este exemplo relata os resultados obtidos para misturas de detonação de óxido de tungstênio e tungstato com uma grande variedade de agentes redutores e agentes de atrito. A Tabela IV apresenta muitas formulações compreendendo tungstato de bismuto, WO2 e WO3, como oxidantes, com algum agente redutor ou agente de atrito. A modalidade preferida foi também usada para este exemplo. TABELA IV

[0043] Uma vez que as espoletas contendo esta formulação de espoleta estavam montadas, elas foram secadas e inseridas em caixas de cartuchos de calibre de 9 mm e ulteriormente testadas em relação a sua sensibilidade ao impacto, de acordo com as especificações do SAAMI. Os resultados do teste de sensibilidade são apresentados na Tabela V. TABELA V

[0044] Cada formulação de espoleta atendeu às especificações do SAAMI em relação à sensibilidade ao impacto. Consequentemente, é evidente que compostos de óxido de tungstênio e tungstato têm bom desempenho com uma variedade de agentes de atrito ou de agentes redutores. No entanto, a sensibilidade não é o único critério que uma espoleta tem que atender. As normas balísticas de formulação também foram avaliadas por carregamento das espoletas em cartuchos de “energia reduzida” de calibre de 9 mm. Aquelas munições especiais não são testadas usando teste Electronic Pressure Velocity and Action Time (EPVAT) padrão, que mede a pressão de pico balística interna, velocidade na boca do cano e tempo de ação. Ao invés disso, eles são avaliados na velocidade de projétil próxima à boca do cano e por % de defeitos de funcionamento da arma. A velocidade de projétil média próxima à boca do cano tem que ser de pelo menos 140 m/s a 3 metros a partir da boca do cano da arma e a taxa de defeitos tem que ser menor do que 3,5% em tipos de armas de calibre de 9 mm, em três temperaturas específicas.

[0045] A Tabela VI mostra os resultados de testes de velocidade e de funcionamento de quatro daquelas formulações, em comparação com uma espoleta de chumbo convencional. Essa espoleta de comparação é uma espoleta de pistola pequena CCI 500, com um explosivo primário de estifnato de chumbo e um oxidante de nitrato de bário. Ela foi selecionada por causa de sua sensibilidade, boa funcionalidade e resistência à umidade conhecidas. TABELA VI

[0046] Devido ao fato de ser uma questão importante em munição de “energia reduzida”, um teste de resistência ao envelhecimento foi realizado sobre aquelas espoletas montadas. A fim de comprovar a estabilidade de composição de espoleta ao longo do tempo, um processo de aceleração de envelhecimento foi realizado sobre cartuchos, por condicionamento dos mesmos durante 3 meses, à +40°C, em bolsas de barreira hermética, sob uma atmosfera de elevada umidade. Depois desse período de incubação, as mesmas medições balísticas foram realizadas. A Tabela VII apresenta resultados de funcionamento depois do envelhecimento acelerado. TABELA VII

[0047] Conforme esperado, depois do envelhecimento acelerado, a velocidade do projétil diminuiu, mas a percentagem de defeitos ainda está dentro das exigências que confirmam a resistência à umidade dessas formulações. Aqueles resultados são somente para finalidades informacionais, porque não há exigências de desempenho específicas depois do envelhecimento. A percentagem de defeitos total é gerada por 11 tipos diferentes de defeitos individuais combinados em munição de marcação de energia reduzida. Uma espoleta solta no bolso, sabot quebrado (um sabot é uma peça plástica usada em munição de energia reduzida, conforme descrita na Patente U.S No. 5.359.937), ou cápsula de espoleta perfurada representam alguns exemplos dos defeitos compilados. Aqueles são altamente modulados pela pressão de espoleta desenvolvida durante o tiro. Considerando que essa pressão é mais elevada antes do envelhecimento acelerado, é normal, se a espoleta retiver sua boa funcionalidade ao longo do tempo e não se deteriorar, se medir uma taxa mais baixa de defeitos depois do envelhecimento.

[0048] A partir dos dados acima, se tornam evidentes a versatilidade e a robustez dos óxidos de tungstênio e dos compostos de tungstato, em uma variedade de formulações de detonação, que podem ser usadas com sucesso em munição de treinamento e de serviço com armas de pequeno calibre de energia reduzida.

EXEMPLO 3

[0049] Uma série de composições de espoleta foi preparada, como no Exemplo 1, de acordo com a modalidade preferida. Todos os exemplos mostrados na Tabela VIII continham 0,8% em peso em excesso de polímero de acrilato de estireno como aglutinante. Essas composições de espoleta foram carregadas em cápsulas de percussão de disparo central para cartuchos de calibre de 0,5 NATO (também conhecido como calibre de 12,7 mm). Depois da montagem e da secagem, elas foram testadas para comparação com espoletas tradicionais contendo uma mistura de detonação de estifnato de chumbo comprovada, conhecida como FA-958, também fabricada pela requerente. TABELA VIII

[0050] A testagem compreendeu testes de sensibilidade e EPVAT, ambos realizados de acordo com os documentos da NATO Manual of Proof and Inspection (MOPI) Multi-Caliber (seção 24 datado de Outubro/2004) e manual padrão AC225, e os resultados dos quais são mostrados na Tabela IX e na Tabela X. Para a finalidade dessa avaliação, as espoletas foram montadas em cartuchos de Prática de Alvo (TP) de calibre de 0,50. TABELA IX

TABELA X

[0051] A partir dos exemplos acima, os desempenhos dos óxidos de tungstênio e dos compostos de tungstato, em uma variedade de formulações de detonação, mostram que eles podem ser usados em munição para armas de pequeno calibre de treinamento e operacionais.

Claims

1. Composição de espoleta, caracterizada pelo fato de que compreende: um explosivo primário; um agente oxidante; e um agente redutor; caracterizada por o agente oxidante incluir compostos de tungstato metálico que consiste essencialmente em óxidos de tungstênio ou composto de tungstato; em que a composição compreende ainda: a) de 15% a 50% em peso de um composto explosivo primário sensível à percussão que compreende o explosivo primário; b) de 25% a 40% em peso de um oxidante não higroscópico que compreende o agente oxidante; c) de 5% a 20% em peso do agente redutor; d) de 5% a 20% em peso de um sensibilizador; e) de 3% a 15% em peso de um agente de produção de gás; f) de 5% a 15% em peso de um agente de atrito; e g) de 0% a 10% em peso de um agente de remoção de cobre.

2. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o explosivo primário orgânico sensível à percussão compreende um composto selecionado a partir de sais de trinitro-resorcinol, dinitro-benzofuroxano (DNBF), dinitro-benzofuroxano de potássio (KDNBF), diazo- dinitro-fenol (DDNP), azida de chumbo, azida de prata, sais de fulminato, sais do ácido hidrazóico, sais de 5- nitro-tetrazol, tetrazeno, sais de tetrazeno, sais de amino-guanidina, sais de cianamida, sais de nitro- cianamida, sais de nitro-fenol, sais de nitroso-fenol, sais de nitramina, sais do ácido metazônico, sais oxálicos, peróxidos, sais de acetileto, sulfeto de nitrogênio, seleneto de nitrogênio, sais tiociânicos, perclorato de prata, hexanitro-manitol, e os similares, incluindo qualquer combinação dos mesmos.

3. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o oxidante é um composto de tungstato selecionado a partir do grupo consistindo em tungstato de bismuto, tungstato de alumínio, tungstato de bário, tungstato de cálcio, tungstato de cádmio, tungstato de cobre, tungstato de cobalto, tungstato de ferro, tungstato de chumbo, tungstato de magnésio, tungstato de níquel, tungstato de sódio, tungstato de potássio, tungstato de lítio, tungstato de manganês, tungstato de estrôncio, tungstato de zinco e tungstato de zircônio, ou qualquer combinação dos mesmos.

4. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente redutor é selecionado a partir de alumínio, sulfeto de zinco, magnésio, titânio, boro, hidreto de zircônio, siliceto de cálcio, liga de magnésio-alumínio, silício, zircônio, e qualquer combinação dos mesmos.

5. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sensibilizador compreende tetrazeno.

6. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de produção de gás compreende tetranitrato de pentaeritritol, trinitro-tolueno ou uma combinação dos mesmos.

7. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de atrito é selecionado a partir de vidro pulverizado, carbeto de silício, siliceto de cálcio, sulfeto de ferro, carbeto de ferro, óxido de cobre, nitreto de silício, silicato de alumínio, e qualquer combinação dos mesmos.

8. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de remoção de cobre é selecionado a partir de metal e compostos de estanho, metal e compostos de bismuto, e metal e compostos de chumbo.

9. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o composto explosivo primário orgânico sensível à percussão compreende um composto selecionado a partir de dinitro-benzofuroxano (DNBF), dinitro-benzofuroxano de potássio (KDNBF), diazo-dinitro-fenol (DDNP), e qualquer combinação dos mesmos, ou em que o oxidante não higroscópico compreende um tungstato de bismuto, ou em que o agente redutor/combustível é selecionado a partir de sulfeto de zinco, hidreto de zircônio, alumínio, magnésio, titânio, e qualquer combinação dos mesmos, ou em que o sensibilizador compreende tetrazeno, ou em que o agente de produção de gás compreende tetranitrato de pentaeritritol, ou em que o agente de atrito é selecionado a partir de vidro pulverizado, carbeto de silício, siliceto de cálcio, ou qualquer combinação dos mesmos, ou em que o agente de remoção de cobre compreende um pó de bismuto, ou em que a composição de espoleta é livre de metais pesados.

10. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que contém adicionalmente até 5% em peso de um aglutinante.

11. Composição de espoleta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aglutinante compreende um composto de polímero acrílico de estireno.