FR2691963A1 - Extrudable gun propellant compsn. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne une composition extrudable d'agent propulsif pour canon ainsi qu'un agent propulsif extrudé pour canon préparé à partir de celle-ci. The invention relates to an extrudable barrel propellant composition and an extruded barrel propellant prepared therefrom.
On connaît une large gamme de compositions d'agents propulsifs extrudables à base de mélanges de nitroglycérine (NG) et de nitrocellulose (NC). La fabrication d'un agent propulsif à base NC/NG (aussi connu sous le nom d'agent propulsif colloïdal), tel qu'un agent propulsif à double base (à base de NG et NC seules) ou à triple base (à base de mélanges de NG, NC et de picrite), nécessite de nombreuses étapes de mélange des ingrédients avec une étape finale d'incorporation d'un solvant afin qu'une pâte extrudable puisse être formée.Après extrusion à la configuration voulue sous forme de tubes fendus ou de bâtonnets perforés longitudinalement, le matériau extrudé est mis à 1 r étuve afin que le solvant soit chassé et un agent propulsif très fragile se forme, ses propriétés physiques dépendant essentiellement d'un squelette cellulosique encapsulant une solution de NG. A wide range of extrudable propellant compositions are known based on mixtures of nitroglycerin (NG) and nitrocellulose (NC). The manufacture of an NC / NG-based propellant (also known as a colloidal propellant), such as a double-base propellant (based on NG and NC alone) or triple-base propellant (based mixtures of NG, NC and picrite), requires many steps of mixing the ingredients with a final step of incorporating a solvent so that an extrudable paste can be formed. After extrusion to the desired configuration in the form of tubes split or rods perforated longitudinally, the extruded material is put in 1 r oven so that the solvent is removed and a very fragile propellant is formed, its physical properties depending essentially on a cellulosic skeleton encapsulating an NG solution.
Les conditions principales que doivent remplir un agent propulsif extrudable pour canon sont le fait qu'il doit posséder une teneur énergétique spécifique élevée compatible avec les nécessités d'une munition moderne de hautes performances pour les canons d'artillerie et les chars de bataille en particulier, et qu'il doit pouvoir être traité pour être mis à la forme voulue d'agent propulsif. La première condition signifie que la constante de force F de l'agent propulsif durci doit être dans un cas idéal d'au moins 1 100 kJ/kg, avec
F = nRT
o n étant le nombre de moles de produit gazeux de l'agent propulsif par kilogramme de cet agent, R étant la constante des gaz et T étant la température de flamme adiabatique.The main conditions to be met by an extrudable propellant for cannon are the fact that it must have a high specific energy content compatible with the needs of modern high performance ammunition for artillery guns and battle tanks in particular. , and that it must be capable of being treated in order to be made into the desired form of propellant. The first condition means that the force constant F of the hardened propellant must in an ideal case be at least 1100 kJ / kg, with
F = nRT
one being the number of moles of gaseous product of the propellant per kilogram of this agent, R being the gas constant and T being the adiabatic flame temperature.
o
La seconde condition est remplie par détermination du fait que, à une température habituelle de traitement de l'agent propulsif (habituellement comprise entre 30 et 70 "C), l'agent propulsif extrudable possède une viscosité comprise dans une plage qui permet une extrusion relativement facile à la configuration voulue pour l'incorporation à la charge et qui assure aussi, après la formation de l'élément extrudé, l'absence relative d'adhésivité de cet agent et la conservation de sa configuration sans affaissement.o
The second condition is fulfilled by determining that, at a usual propellant treatment temperature (usually between 30 and 70 "C), the extrudable propellant has a viscosity in a range which allows relatively extrusion easy to the desired configuration for incorporation into the load and which also ensures, after the formation of the extruded element, the relative absence of adhesiveness of this agent and the preservation of its configuration without sagging.
Une condition supplémentaire qui a une importance croissante est le fait que l'agent propulsif, sous sa forme finale extrudée et durcie, doit posséder une faible vulnérabilité à l'allumage accidentel ou par attaque. Cette propriété est particulièrement importante dans le cas d'un agent propulsif pour canon qui doit être utilisé dans une munition stockée dans un espace de faible dimension, par exemple dans la coque d'un char de combat, qui risque d'être soumis à une attaque par l'ennemi, en particulier par des fragments à grande vitesse provenant d'éclats d'obus et/ou des jets de pénétration à grande vitesse des cônes à charge creuse. An additional condition which is of increasing importance is the fact that the propellant, in its final extruded and hardened form, must have a low vulnerability to accidental ignition or attack. This property is particularly important in the case of a propellant for cannon which must be used in an ammunition stored in a small space, for example in the hull of a combat tank, which risks being subjected to a attack by the enemy, in particular by high speed fragments from shrapnel and / or high speed penetration jets from hollow charge cones.
Les agents propulsifs colloïdaux connus remplissent certaines de ces conditions, mais pas toutes. En particulier, ils ont tendance à présenter une grande vulnérabilité à l'attaque par une charge creuse. On sait que la constante de force de ces compositions peut être accrue, par exemple par addition de matière particulaire explosive de charge d'énergie élevée, par exemple des nitramines cycliques sensibles RDX et HMX, mais cette disposition a tendance à augmenter encore la vulnérabilité de l'agent propulsif. Known colloidal propellants meet some, but not all, of these conditions. In particular, they tend to be highly vulnerable to attack by a shaped charge. It is known that the force constant of these compositions can be increased, for example by adding explosive particulate matter with a high energy charge, for example sensitive cyclic nitramines RDX and HMX, but this arrangement tends to further increase the vulnerability of the propellant.
La présente invention a pour objet de supprimer ou au moins de réduire en partie cet inconvénient. The object of the present invention is to eliminate or at least partially reduce this drawback.
Ainsi, la présente invention concerne une composition extrudable d'agent propulsif pour canon, comprenant 65 à 85 % en poids d'une charge particulaire explosive, 10 à 30 % en poids d'un mélange durcissable d'un prépolymère d'éther alkylique à substituant nitratoalkyle à terminaison fonctionnelle et d'un agent de réticulation, et 1 à 12 % en poids d'un agent plastifiant d'énergie élevée. Thus, the present invention relates to an extrudable propellant composition for cannon, comprising 65 to 85% by weight of an explosive particulate charge, 10 to 30% by weight of a curable mixture of an alkyl ether prepolymer with substituent functional terminated nitratoalkyl and a crosslinking agent, and 1 to 12% by weight of a high energy plasticizing agent.
On a constaté que les compositions d'agent propulsif pour canon selon l'invention formaient des pâtes extrudables et, lorsqu'elles étaient extrudées sous forme utilisable et durcie, possédaient des constantes de force supérieures à 1 200 kJ/kg. Cependant, bien qu'elles puissent contenir de grandes quantités d'explosif particulaire sensible tel que RDX ou HMX, elles sont notablement moins vulnérables à l'attaque par les charges creuses que les agents propulsifs colloïdaux, de manière imprévue. It has been found that the gun propellant compositions according to the invention form extrudable pastes and, when extruded in usable and hardened form, have force constants greater than 1200 kJ / kg. However, although they may contain large amounts of sensitive particulate explosive such as RDX or HMX, they are notably less vulnerable to attack by shaped charges than colloidal propellants, unexpectedly.
La composition selon l'invention contient de préférence 70 à 82 % en poids de la charge explosive, 12 à 25 % en poids du mélange du prépolymère et de l'agent de réticulation, et 2 à 10 % en poids, de préférence 4 à 8 % en poids, de l'agent plastifiant de forte énergie. Pour des charges du mélange de prépolymère et agent de réticulation inférieures à 12 % en poids, la composition a tendance à être rigide et difficile à extruder, alors que, pour des charges dépassant 25 g en poids, la matière extrudée a tendance à s'affaisser sous son propre poids. The composition according to the invention preferably contains 70 to 82% by weight of the explosive charge, 12 to 25% by weight of the mixture of the prepolymer and the crosslinking agent, and 2 to 10% by weight, preferably 4 to 8% by weight, of the high energy plasticizing agent. For loads of the mixture of prepolymer and crosslinking agent of less than 12% by weight, the composition tends to be rigid and difficult to extrude, whereas, for loads exceeding 25 g by weight, the extruded material tends to sag under its own weight.
La charge explosive contient de préférence au moins une nitramine cyclique telle que RDX ou HMX, afin que la composition possède une constante de force élevée. The explosive charge preferably contains at least one cyclic nitramine such as RDX or HMX, so that the composition has a high force constant.
Comme la composition selon l'invention contient à la fois un prépolymère formant un liant d'énergie élevée et un agent plastifiant d'énergie élevée, une constante de force relativement élevée peut être conservée par augmentation dans une certaine mesure des proportions de ces ingrédients dans la composition avec réduction de la quantité de charge explosive. Bien que ceci présente l'avantage de réduire la vulnérabilité de la composition, une réduction de la quantité de charge explosive a un effet important sur les propriétés de traitement de la composition. Par exemple, lorsque la charge est une nitramine cyclique sous forme de fines particules, la composition doit contenir une proportion élevée de charge, par exemple supérieure à 78 %, car, dans le cas contraire, la matière extrudée est trop molle et a tendance à s'affaisser sous son propre poids. As the composition according to the invention contains both a high energy binder prepolymer and a high energy plasticizer, a relatively high force constant can be maintained by increasing to some extent the proportions of these ingredients in the composition with reduction of the amount of explosive charge. Although this has the advantage of reducing the vulnerability of the composition, a reduction in the amount of explosive charge has a significant effect on the processing properties of the composition. For example, when the filler is a cyclic nitramine in the form of fine particles, the composition must contain a high proportion of filler, for example greater than 78%, because, otherwise, the extruded material is too soft and tends to sag under its own weight.
On a cependant découvert que, lorsque 40 s en poids au maximum et de préférence 10 à 25 % en poids de la charge contenaient de la picrite explosive insensible d'énergie relativement faible (nitroguanidine), la proportion totale de la charge de la composition pouvait être réduite avantageusement à moins de 78 % et même à moins de 75 %. La présence de particules cristallines de forme aciculaire de la picrite dans la composition facilite le renforcement de l'élément extrudé sans réduction excessive de la constante de force. L'effet de la réduction à la fois de la quantité totale de charge et de la teneur en explosif de forte énergie de la charge (c'est-à-dire par incorporation de picrite) est une réduction supplémentaire de la vulnérabi- lité de la composition de l'agent propulsif durci. However, it has been found that when 40 s by weight maximum and preferably 10 to 25% by weight of the charge contained relatively low energy insensitive explosive picrite (nitroguanidine), the total proportion of the charge of the composition could advantageously be reduced to less than 78% and even less than 75%. The presence of needle-shaped crystalline particles of picrite in the composition facilitates the reinforcement of the extruded element without excessive reduction of the force constant. The effect of reducing both the total amount of charge and the high-energy explosive content of the charge (i.e. by incorporating picrite) is a further reduction in the vulnerability of the composition of the cured propellant.
Le prépolymère contient de préférence un éther cyclique à substituant nitratoalkyle à terminaison hydroxy, l'éther cyclique étant de préférence un oxétane ou un oxirane. L'éther cyclique a de préférence au maximum deux groupes substituants nitratoalkyle et très avantageusement un seul. Des exemples convenables d'éther cyclique sont le 3-nitrométhyl-3-méthyloxétane et le nitrate de glycidyle. The prepolymer preferably contains a hydroxy terminated nitratoalkyl substituted cyclic ether, the cyclic ether preferably being an oxetane or an oxirane. The cyclic ether preferably has at most two nitratoalkyl substituent groups and very advantageously only one. Suitable examples of the cyclic ether are 3-nitromethyl-3-methyloxetane and glycidyl nitrate.
La masse moléculaire du prépolymère, qui est dans un cas idéal un liquide visqueux à une température comprise entre 30 et 50 "C, est de préférence comprise entre 2 000 et 15 000 et très avantageusement entre 3 000 et 10 000 afin que la composition d'agent propulsif extrudable possède des propriétés convenables de traitement. Des prépolymères convenables à terminaison hydroxy, à base d'éther cyclique à substituant nitratoalkyle, sont décrits dans les demandes en cours d'examen PCT/GB 90/00838 et PCT/GB 90/00837 de la
Demanderesse.The molecular weight of the prepolymer, which is in an ideal case a viscous liquid at a temperature between 30 and 50 "C, is preferably between 2,000 and 15,000 and very advantageously between 3,000 and 10,000 so that the composition d extrudable propellant has suitable processing properties. Suitable hydroxy-terminated prepolymers based on nitratoalkyl-substituted cyclic ether are described in the pending applications PCT / GB 90/00838 and PCT / GB 90 / 00837 of the
Applicant.
La fonctionnalité moyenne du prépolymère est de préférence comprise entre 1,5 et 3,5 et très avantageusement entre 1,7 et 3,2. Il est souhaitable que la combinaison du prépolymère et de l'agent de polymérisation ne réagisse pas en donnant une structure très réticulée dans la composition, après extrusion et durcissement. Il est donc préférable que, lorsque la fonctionnalité moyenne du prépolymère est inférieure ou égale à 2, l'agent de durcissement soit polyfonctionnel alors que, lorsque la fonctionnalité du prépolymère dépasse 2, l'agent de durcissement est bifonctionnel. The average functionality of the prepolymer is preferably between 1.5 and 3.5 and very advantageously between 1.7 and 3.2. It is desirable that the combination of the prepolymer and the polymerization agent does not react giving a highly crosslinked structure in the composition, after extrusion and hardening. It is therefore preferable that, when the average functionality of the prepolymer is less than or equal to 2, the curing agent is polyfunctional whereas, when the functionality of the prepolymer exceeds 2, the curing agent is bifunctional.
La quantité d'agent de réticulation est normalement choisie de manière que celui-ci réagisse de manière à peu près stoechiométrique avec tous les groupes terminaux disponibles sur le prépolymère. Elle comprend normalement plus de 15 % en poids du mélange du prépolymère et de l'agent de réticulation. The amount of crosslinking agent is normally chosen so that it reacts roughly stoichiometrically with all of the terminal groups available on the prepolymer. It normally comprises more than 15% by weight of the mixture of the prepolymer and the crosslinking agent.
Le prépolymère est de préférence du type à terminaison hydroxy et l'agent de réticulation un isocyanate si bien que le mélange du prépolymère et de l'agent de réticulation peut subir une réaction de polymérisation du type de l'uréthanne. The prepolymer is preferably of the hydroxy-terminated type and the crosslinking agent an isocyanate so that the mixture of the prepolymer and the crosslinking agent can undergo a urethane type polymerization reaction.
On a constaté que la présence d'un agent plastifiant de forte énergie était importante pour le mouillage de la charge explosive, pour le ramollissement de la composition afin que ses propriétés d'extrusion soient améliorées et afin que la composition possède une constante de force élevée. L'agent plastifiant d'énergie élevée contient de préférence au moins un agent plastifiant à groupe nitrato, tel que le trinitrate de butanetriol et très avantageusement au moins un agent plastifiant nitré tel que le bis2,2-dinitropropylformal, le bis-2,2-dinitropropylacétal ou les mélanges de ces deux substances.Les agents plastifiants nitrés, en particulier dans un rapport pondéral de l'agent plastifiant au prépolymère compris entre 1/2 et 1/5, sont miscibles avec le prépolymère et réduisent considérablement l'adhésivité du prépolymère, surtout lorsque celui-ci a des terminaisons hydroxy. En outre, les agents plastifiants nitrés présentent l'avantage supplémentaire que, lorsque le prépolymère a des terminaisons hydroxy et l'agent de réticulation est un isocyanate, la présence de ces agents plastifiants n'ont pas d'effet nuisible sur la réaction de polymérisation du type d'un uréthanne entre le prepolymère et l'agent de réticulation et peuvent même augmenter la durée de conservation en pot du mélange qui polymérise à des températures inférieures à 70 "C. Ceci augmente alors le temps de traitement disponible avant que la réaction de polymérisation ne rende la composition trop rigide pour être extrudée. It has been found that the presence of a high energy plasticizer is important for wetting the explosive charge, for softening the composition so that its extrusion properties are improved and so that the composition has a high force constant . The high-energy plasticizing agent preferably contains at least one plasticizing agent with a nitrato group, such as butanetriol trinitrate and very advantageously at least one nitrated plasticizing agent such as bis2,2-dinitropropylformal, bis-2,2 -dinitropropylacetal or mixtures of these two substances. Nitrated plasticizers, in particular in a weight ratio of the plasticizer to the prepolymer of between 1/2 and 1/5, are miscible with the prepolymer and considerably reduce the adhesiveness of the prepolymer, especially when it has hydroxy endings. In addition, nitrated plasticizers have the additional advantage that, when the prepolymer has hydroxy endings and the crosslinking agent is an isocyanate, the presence of these plasticizers has no detrimental effect on the polymerization reaction. of the type of a urethane between the prepolymer and the crosslinking agent and can even increase the pot life of the mixture which polymerizes at temperatures below 70 "C. This then increases the treatment time available before the reaction polymerization does not make the composition too rigid to be extruded.
Les compositions extrudables d'agent propulsif pour canon selon la présente invention et un élément extrudé durci préparé avec elles sont maintenant décrits à titre purement illustratif. The extrudable gun propellant compositions according to the present invention and a hardened extruded member prepared therewith are now described by way of illustration only.
Ingrédients
On a utiliser les ingrédients suivants dans les exemples d'agents propulsifs extrudables selon l'invention.Ingredients
The following ingredients were used in the examples of extrudable propellants according to the invention.
Charges explosives
RDX : RDX monomodal micronisé [CH2NNO2]3
HMX : HMX monomodal micronisé (CH2NN02]4
Picrite : nitroguanidine cristalline broyée
Prépolymères
Poly(NIMMO)1 : poly(3-nitratométhyl-3-méthyloxétane) bifonctionnel à terminaison hydroxy ayant les propriétés suivantes
viscosité à 30 "C 1 610 poises
à 40 "C 560 poises
à 60 "C 100 poises
indice d'hydroxyle 18 à 22 mg KOH/g
masse moléculaire 5 500
fonctionnalité moyenne < 2, par exemple 1,9
masse volumique 1,26 g/cm3
chaleur de formation - 73,9 kcal/mol
chaleur d'explosion 28,8 kcal/mol
Poly(NIMMO)2 :: poly(3-nitratométhyl-3-méthyloxétane) tri fonctionnel à terminaison hydroxy ayant les propriétés suivantes
viscosité à 30 "C 200 poises
masse moléculaire 2 000 à 3 000
fonctionnalité moyenne environ 3
Les poly(NIMMO)1 et 2 ont été préparés tous deux par le procédé général décrit dans la demande PCT en cours d'examen de la Demanderesse n" PCT/GB90/00838.Explosive charges
RDX: Micronized single-mode RDX [CH2NNO2] 3
HMX: Micronized single-mode HMX (CH2NN02] 4
Picrite: crushed crystalline nitroguanidine
Prepolymers
Poly (NIMMO) 1: bifunctional poly (3-nitratomethyl-3-methyloxetane) with hydroxy termination having the following properties
viscosity at 30 "C 1,610 poises
at 40 "C 560 poises
at 60 "C 100 poises
hydroxyl number 18 to 22 mg KOH / g
molecular mass 5,500
average functionality <2, for example 1.9
density 1.26 g / cm3
heat of formation - 73.9 kcal / mol
heat of explosion 28.8 kcal / mol
Poly (NIMMO) 2 :: poly (3-nitratomethyl-3-methyloxetane) tri functional with hydroxy termination having the following properties
viscosity at 30 "C 200 poises
molecular weight 2,000 to 3,000
average functionality about 3
Poly (NIMMO) 1 and 2 were both prepared by the general process described in PCT application under examination by Applicant No. PCT / GB90 / 00838.
Agent plastifiant :
BDNPA/F : mélange à 50/50 en poids de bis-dinitropropylacétal et de bis-dinitropropylformal, commercialisés par Aerojet Corporation, Etats-Unis d'Amérique.Plasticizer:
BDNPA / F: 50/50 mixture by weight of bis-dinitropropylacetal and bis-dinitropropylformal, sold by Aerojet Corporation, United States of America.
Agent de réticulation
"Desmodur" N100 : isocyanate visqueux polyfonctionnel fabriqué par Bayer AG, Allemagne
MDI : 4,4-diisocyanato-diphénylméthane
Catalyseur
DBDTL : dilaurate de dibutylétain
Exemple 1
Ingrédients Parties en poids
RDX 80,4
Poly(NIMMO)1 14,16
"Desmodur" N100 0,54
BDNPA/F 4,9
DBDTL 50 ppm de poly(NIMMO)1
La pâte obtenue par mélange de ces ingrédients s'est révélée extrudable dans une plage de températures comprise entre 45 et 60 "C, elle possédait une bonne durée de conservation en pot à ces températures, et elle a formé un élément extrudé lisse et légèrement collant.Les propriétés mécaniques de l'élément extrudé durci ont été déterminées comme étant relativement molles du fait de la faible densité de réticulation du poly(NIMMO)1 durci, et sa teneur en caoutchouc insoluble mesurée par extraction par un solvant a été déterminée comme variant entre 40 et 60 %.Crosslinking agent
"Desmodur" N100: polyfunctional viscous isocyanate manufactured by Bayer AG, Germany
MDI: 4,4-diisocyanato-diphenylmethane
Catalyst
DBDTL: dibutyltin dilaurate
Example 1
Ingredients Parts by weight
RDX 80.4
Poly (NIMMO) 1 14.16
"Desmodur" N100 0.54
BDNPA / F 4.9
DBDTL 50 ppm poly (NIMMO) 1
The dough obtained by mixing these ingredients was found to be extrudable in a temperature range between 45 and 60 "C, it had a good pot life at these temperatures, and it formed a smooth, slightly sticky extruded element. The mechanical properties of the hardened extruded element were determined to be relatively soft due to the low crosslinking density of the hardened poly (NIMMO) 1, and its insoluble rubber content measured by solvent extraction was determined to be a variant. between 40 and 60%.
Exemple 2
Ingrédients Parties en poids
RDX 78,7
Poly(NIMMO)1 15,57
"Desmodur" N100 0,54
BDNPA/F 5,19
DBDTL 50 ppm de poly(NIMMO)1
La pâte obtenue par mélange de ces ingrédients a pu être extrudée à 45 "C et possédait une bonne durée de conservation en pot à cette température.Example 2
Ingredients Parts by weight
RDX 78.7
Poly (NIMMO) 1 15.57
"Desmodur" N100 0.54
BDNPA / F 5.19
DBDTL 50 ppm poly (NIMMO) 1
The dough obtained by mixing these ingredients could be extruded at 45 "C and had a good pot life at this temperature.
Exemple 3
Ingrédients Parties en poids
RDX 67,3
Picrite 7,8
BDNPA/F 6,4
Poly(NIMMO)1 17,9
"Desmodur" N100 1,31
DBDTL 50 ppm de poly(NIMMO)1
Exemple 4
Les ingrédients et leurs parties en poids de l'agent propulsif extrudable de l'exemple étaient les mêmes que ceux de l'exemple 3, mais RDX a été remplacé par HMX.Example 3
Ingredients Parts by weight
RDX 67.3
Picrite 7.8
BDNPA / F 6.4
Poly (NIMMO) 1 17.9
"Desmodur" N100 1.31
DBDTL 50 ppm poly (NIMMO) 1
Example 4
The ingredients and their parts by weight of the extrudable propellant of example were the same as those of example 3, but RDX was replaced by HMX.
Exemple 5
Ingrédients Parties en poids
HMX 64,3
Picrite 9,1
BDNPA/F 6,8
Poly(NIMMO)1 18,24
"Desmodur" N100 1,56
DBDTL 50 ppm de poly(NIMMO)1
Exemple 6
Ingrédients Parties en poids
RDX 67
Picrite 8
Poly(NIMMO)2 16,3
BDNPA/F 6,7
MDI 1,8
DBDTL
Chacune des pâtes produites par mélange des ingrédients des exemples 3 à 6 a été déterminée comme pouvant être extrudée dans la plage de températures allant de 45 à 60 "C, elle possédait une bonne durée de conservation en pot à ces températures, elle ne collait pas et on a constaté qu'elle s'écoulait sous pression si bien que, à l'état prépolymérisé, l'élément extrudé a gardé sa forme et ne s'est pas affaissé. Le produit polymérisé de l'exemple 6 était plus ferme que celui produit avec les ingrédients des exemples 3 à 5, car son constituant caoutchouteux avait une plus grande densité de réticulation.Le constituant caoutchouteux du produit polymérisé de l'exemple 6 avait une teneur en caoutchouc insoluble comprise entre 75 et 85 *. Example 5
Ingredients Parts by weight
HMX 64.3
Picrite 9.1
BDNPA / F 6.8
Poly (NIMMO) 1 18.24
"Desmodur" N100 1.56
DBDTL 50 ppm poly (NIMMO) 1
Example 6
Ingredients Parts by weight
RDX 67
Picrite 8
Poly (NIMMO) 2 16.3
BDNPA / F 6.7
MDI 1.8
DBDTL
Each of the doughs produced by mixing the ingredients of Examples 3 to 6 was determined to be able to be extruded in the temperature range from 45 to 60 "C, it had a good pot life at these temperatures, it did not stick and it was found to flow under pressure so that, in the prepolymerized state, the extruded member retained its shape and did not collapse. The polymerized product of Example 6 was firmer than that produced with the ingredients of Examples 3 to 5, because its rubber component had a higher crosslinking density. The rubber component of the polymerized product of Example 6 had an insoluble rubber content of between 75 and 85 *.
Procédé de préparation - procédure générale
Des compositions d'agent propulsif extrudable pour canon selon les compositions des exemples, et l'élément extrudé formé à partir de ces compositions, ont été préparés par la procédure suivante.Preparation process - general procedure
Extrudable barrel propellant compositions according to the compositions of the examples, and the extruded member formed therefrom, were prepared by the following procedure.
1. Un mélange d'agent plastifiant nitré, de prépolymère et de catalyseur de polymérisation (le cas échéant) a été ajouté à un mélangeur planétaire vertical. Le mélange a commencé et une quantité suffisante de nitramine cyclique sous forme de particules sèches a été ajoutée jusqu'a ce qu'un prémélange mou se forme. La température du prémélange a été maintenue à 50 "C en permanence. 1. A mixture of nitrated plasticizer, prepolymer and polymerization catalyst (if applicable) was added to a vertical planetary mixer. Mixing has started and a sufficient amount of cyclic nitramine in the form of dry particles has been added until a soft premix is formed. The temperature of the premix was kept at 50 "C permanently.
2. Le prémélange mou a été transféré à un appareil horizontal d'incorporation et le reste de la nitramine cyclique a été ajouté par portions et mélangé au prémélange. L'opération a été suivie d'une addition progressive et du mélange de la picrite, le cas échéant. Enfin, l'agent de réticulation a été ajouté et mélangé pendant 10 min. La température dans l'appareil d'incorporation a été maintenue à 60 "C pendant l'addition et le mélange. 2. The soft premix was transferred to a horizontal incorporator and the rest of the cyclic nitramine was added in portions and mixed with the premix. The operation was followed by a gradual addition and mixing of the picrite, if necessary. Finally, the crosslinking agent was added and mixed for 10 min. The temperature in the incorporating apparatus was maintained at 60 ° C during the addition and mixing.
3. La pâte résultante d'agent propulsif a alors été retirée de l'appareil d'incorporation et a été chargée dans le corps d'une extrudeuse à piston chauffant, ayant une filière destinée à la formation d'un élément extrudé sous forme d'un tube fendu. La température de l'extrudeuse a été maintenue à 60 "C. Le piston a été mis sous pression afin que la vitesse d'extrusion obtenue soit commode. L'élément extrudé a été collecté sur des plateaux et chauffé pendant 100 h à 60 "C afin que la polymérisation du prépolymère et de l'agent de réticulation soit assurée. 3. The resulting propellant paste was then removed from the incorporating apparatus and loaded into the body of a heating piston extruder, having a die for the formation of an extruded element in the form of 'a split tube. The extruder temperature was kept at 60 "C. The piston was pressurized so that the extrusion speed obtained was convenient. The extruded element was collected on trays and heated for 100 h at 60" C so that the polymerization of the prepolymer and of the crosslinking agent is ensured.
Lors de l'utilisation d'un catalyseur de polymérisation, la quantité utilisée a été choisie afin que le mélange du prépolymère, de l'agent de réticulation et de l'agent plastifiant possède une durée convenable de conservation en pot, permettant le mélange et l'extrusion avant que l'agent propulsif ne devienne trop rigide du fait de la polymérisation. Une définition convenable de la durée de conservation en pot a été déterminée comme étant le temps nécessaire pour que la viscosité du mélange du prépolymère et de l'agent de réticulation atteigne 20 000 poises. Les durées observées de conservation en pot de ces mélanges sont données dans le tableau 1 qui suit. When using a polymerization catalyst, the amount used was chosen so that the mixture of the prepolymer, the crosslinking agent and the plasticizing agent has a suitable shelf life, allowing mixing and extrusion before the propellant becomes too rigid due to polymerization. A suitable definition of the pot life has been determined to be the time required for the viscosity of the mixture of the prepolymer and the crosslinking agent to reach 20,000 poises. The observed storage times in pots for these mixtures are given in Table 1 below.
TABLEAU 1
Ingrédients, parties en poids Durée de
Tempé- conserva Poly(NIMMO)1 BDNPA/F "Desmodur" DBDTL rature tion en pot
N100 (ppm) ("C) (min)
2,79 - 0,21 50 60 123
2,79 - 0,21 50 70 83
2,79 1 0,21 50 50 310
2,79 1 0,21 50 60 155
2,79 1 0,21 50 70 82
Des études ont été réalisées par la détermination de l'élévation de viscosité pendant la polymérisation de ces mélanges et elles ont montré une terminaison bien déterminée de la durée de conservation en pot avec une très faible augmentation de la viscosité jusqu'à la gélification des mélanges. On peut noter dans le tableau 1 que la présence de l'agent plastifiant nitré a un effet avantageux d'augmentation de la durée de conservation en pot à la température de polymérisation inférieure à 70 "C. TABLE 1
Ingredients, parts by weight Duration of
Poly-tempera- ture (NIMMO) 1 BDNPA / F "Desmodur" DBDTL rature in pot
N100 (ppm) ("C) (min)
2.79 - 0.21 50 60 123
2.79 - 0.21 50 70 83
2.79 1 0.21 50 50 310
2.79 1 0.21 50 60 155
2.79 1 0.21 50 70 82
Studies have been carried out by determining the increase in viscosity during the polymerization of these mixtures and they have shown a well-defined termination of the shelf life with a very slight increase in viscosity until the mixtures gelatinize. . It can be noted in table 1 that the presence of the nitrated plasticizing agent has an advantageous effect of increasing the shelf life in pots at the polymerization temperature below 70 "C.
TABLEAU 2
Teneur énergétique spécifique de l'agent propulsif polymérisé
Exemple Constante de force
(kJ/kg)
1 1200-1250
2 1200-1250
3 1213
4 1236
5 1228
6 1200-1250
Evaluation de la vulnérabilité
Un essai d'attaque par une charge creuse, décrit dans la suite, a été utilisé pour l'évaluation de la vulnérabilité des compositions d'agent propulsif selon l'invention.TABLE 2
Specific energy content of the polymerized propellant
Force constant example
(kJ / kg)
1 1200-1250
2 1200-1250
3 1213
4 1236
5 1228
6 1200-1250
Vulnerability assessment
A hollow charge attack test, described below, was used to assess the vulnerability of the propellant compositions according to the invention.
Une charge creuse est montée à six diamètres de la charge au-dessus d'une plaque de couverture d'acier doux de 25,4 mm d'épaisseur, et à douze diamètres de la charge audessus d'une cible comprenant une masse de 2 kg de la composition d'agent propulsif polymérisé extrudé à éprouver. La charge creuse était formée d'une charge explosive cylindrique de 63 mm de diamètre ayant une extrémité conique concave avant ayant une revêtement conique de cuivre à 45". La charge explosive était un mélange moulé constitué de 86 * de HMX particulaire dispersé dans 14 * d'un liant caoutchouteux. A hollow charge is mounted six diameters of the charge above a 25.4 mm thick mild steel cover plate, and twelve diameters of the charge above a target comprising a mass of 2 kg of the composition of extruded polymerized propellant to be tested. The hollow charge consisted of a 63 mm diameter cylindrical explosive charge having a concave conical front end having a 45 "copper conical coating. The explosive charge was a molded mixture consisting of 86 * of particulate HMX dispersed in 14 * a rubbery binder.
La cible est formée d'un tronçon de 166 mm de longueur d'une douille de cartouche combustible de 120 mm de diamètre placée sur le côté, chargée de bâtonnets de la composition d'agent propulsif polymérisé extrudé éprouvé ayant une masse totale de 2 kg. Chaque bâtonnet était formé d'un tube d'agent propulsif ouvert aux deux extrémités et ayant une fente longitudinale sur toute sa longueur. The target is formed from a 166 mm long section of a 120 mm diameter combustible cartridge case placed on the side, loaded with rods of the proven extruded polymerized propellant composition having a total mass of 2 kg . Each rod was formed from a tube of propellant open at both ends and having a longitudinal slot over its entire length.
L'épaisseur ou dimension de feuille du bâtonnet désigne la différence entre les diamètres externe et interne.The thickness or dimension of the stick sheet designates the difference between the external and internal diameters.
Une série de plaques d'acier imbriquées de carton destinées à arrêter le jet de la charge creuse après son passage à travers la cible est placée au-dessous de la cible. Une jauge de souffle est montée à 1,9 m de la cible, juste au-dessus du niveau de la plaque de couverture. A series of nested steel plates of cardboard intended to stop the jet of the shaped charge after it has passed through the target is placed below the target. A blast gauge was mounted 1.9 m from the target, just above the level of the cover plate.
Lors du tir de la charge creuse, la surpression créée par la réponse de la cible est enregistrée. Le signal explosif net est exprimé sous forme d'un rapport massique qui est la masse d'un mélange explosif de référence qui détone (mélange 60/40 de RDX et TNT) donnant la même surpression divisée par la masse de l'agent propulsif. When firing the shaped charge, the overpressure created by the target's response is recorded. The net explosive signal is expressed in the form of a mass ratio which is the mass of a reference explosive mixture which detonates (60/40 mixture of RDX and TNT) giving the same overpressure divided by the mass of the propellant.
Pour toutes les compositions éprouvées, les tirs ont été réalisés sur une certaine gamme de dimensions de feuille et les résultats sont présentés sous forme de la variation du signal explosif (rapport massique) en fonction de l'épaisseur de feuille. For all the compositions tested, the shots were taken on a certain range of sheet dimensions and the results are presented in the form of the variation of the explosive signal (mass ratio) as a function of the sheet thickness.
La composition de l'exemple 5 a été évaluée au cours de l'essai et les résultats sont indiqués sur la figure 1. The composition of Example 5 was evaluated during the test and the results are shown in Figure 1.
A titre comparatif, les résultats du même essai de vulnérabilité réalisé sur un agent propulsif colloïdal classique à triple base (nitroglycérine/nitrocellulose/picrite) à teneur énergétique élevée (constante de force 1 135 kJ/kg) sont indiqués sur la figure 2. Ces résultats montrent que la composition de l'exemple 5 est beaucoup moins vulnérable à l'attaque par une charge creuse qu'un agent propulsif pour canon à triple base classique. For comparison, the results of the same vulnerability test carried out on a conventional colloidal propellant with triple base (nitroglycerin / nitrocellulose / picrite) with high energy content (force constant 1135 kJ / kg) are shown in Figure 2. These results show that the composition of Example 5 is much less vulnerable to attack by a hollow charge than a conventional triple base gun propellant.
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