EP0021896A2 - Nouveau procédé de fabrication de poudres propulsives à base de nitrocellulose sans déshydratation préalable - Google Patents
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- EP0021896A2 EP0021896A2 EP80400768A EP80400768A EP0021896A2 EP 0021896 A2 EP0021896 A2 EP 0021896A2 EP 80400768 A EP80400768 A EP 80400768A EP 80400768 A EP80400768 A EP 80400768A EP 0021896 A2 EP0021896 A2 EP 0021896A2
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
- C06B21/0033—Shaping the mixture
- C06B21/0066—Shaping the mixture by granulation, e.g. flaking
Definitions
- the present invention relates to the manufacture of propellant powders in grains based on nitrocellulose.
- the propellant powders in grains based on nitrocellulose are generally obtained by gelatinization of the fibrous nitrocellulose and cutting into grain of the nitrocellulose thus gelatinized.
- the gelatinization of the nitrocellulose is carried out by kneading the nitrocellulose fibers in the presence of suitable solvents and by extrusion of the paste thus formed.
- the extruded dough is cut into grains and the solvents are removed, often by soaking in water and air drying the powder grains which are then subjected to various surface treatments intended to fix agents on the powder grain surface.
- combustion moderators sino-called “smoothing” operation
- graphite in order to prevent the accumulation of static electricity on the powder grain (so-called “graphitizing” operation).
- nitrocellulose is a very sensitive and therefore dangerous body
- this product is kept wet with water so as to avoid any risk of ignition during storage or transport. It should therefore be dehydrated before using it for the production of a propellant powder.
- the dehydration of nitrocellulose is generally carried out by replacing the water with alcohol by means of a dehydrating press.
- the object of the present invention is to propose a simple and inexpensive process for manufacturing fine propellant powders based on non-dehydrated nitrocellulose.
- the starting point is aqueous nitrocellulose which is mixed in a kneader with a solvent.
- the choice of solvent is essential for the production and only the solvents chosen from the group consisting of methyl ethyl ketone, ethyl acetate or their mixtures in all proportions make it possible to achieve the result targeted by the invention: namely, thanks to a calendering operation, perfect elimination of the water contained in the nitrocellulose as well as good gelatinization of the latter.
- solvents usually used in the manufacture of powders such as acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl alcohol or ethyl ether do not make it possible to achieve the result targeted by the invention.
- the content of the solvents used is generally between 50% and 100% by weight relative to the weight of dry nitrocellulose and according to a preferred embodiment of the invention between 60% and 80%.
- a stabilizer such as, for example, diphenylamine or 2-nitrodiphenylamine and optionally a plasticizer such as, for example, toluene or dinitro centrali t e.
- the duration of the mixing is generally close to two hours and half.
- the dough thus obtained is then passed through a cold calender. During the calendering, the water contained in the dough is expelled and at the same time ensures cooling of the rollers of the calender; simultaneously, the passage between the rollers of the calender causes gelatinization of the nitrocellulose.
- the strip leaving the calendering machine is then wrung in air at room temperature and cut into flakes using a conventional cutter for strip powders.
- the powder grains thus obtained are soaked in hot water to remove the solvents and dried. They are then optionally smoothed so as to incorporate on their surface a combustion moderator such as camphor for example and finally they are graphitized.
- a combustion moderator such as camphor for example
- Seeds of propellant powder are thus obtained which are well suited for all applications of fine powders and in particular for small arms or hunting weapons.
- This example relates to the manufacture of propellant powder grains from wet nitrocellulose and ethyl acetate as a solvent.
- the powder grains thus obtained are soaked in hot water at 80 ° C for 8 hours and then air dried. Finally, the grains are graphitized in a bezel using 2% by weight of graphite relative to the weight of the powder.
- a propellant powder is thus obtained having a potential of 964 cal / g, an apparent density of 480 g / dm 3 , a weight content of residual solvent of 0.5% and a residual of 1.20% by weight. In addition, there are 5,000 grains per gram for this powder.
- This powder was fired into a 12.65 caliber shotgun.
- the cartridges contained 32 g of No. 6 ploms and a felt pad.
- the firing results were as follows:
- the powder according to the invention gives entirely satisfactory ballistic performance. Furthermore, the Applicant has observed that this powder lights up very well, this is understandable in view of the high number of grains per gram of powder.
- This example relates to the manufacture of propellant powder grains from wet nitrocellulose and ethyl acetate as a solvent.
- a propellant powder is thus obtained having a potential of 972 cal / g, an apparent density of 524 g / dm 3 , a weight content of residual solvent of 1.0% and a residual humidity of 1.28% by weight.
- This powder was fired into a 12.65 caliber shotgun.
- the cartridges contained 32 g of lead n ° 6 and a felt fill.
- the firing results were as follows:
- This example relates to the manufacture of propellant powder grains from wet nitrocellulose and a mixture of ethyl acetate, methyl ethyl ketone as solvent.
- a propellant powder is obtained having a potential of 967 cal / g, an apparent density of 500 g / dm3, a weight content of residual solvent of 0.60% and a residual humidity of 1.32% by weight.
- This example relates to the manufacture of propellant powder grains from wet nitrocellulose and a mixture of ethyl acetate, methyl ethyl ketone as solvent.
- the duration of the treatment is 2 hours.
- the dough is passed through a calendering machine, the rollers of which are spaced 0.08 mm apart.
- the strip coming out of the calendering machine is cut into 1 mm flake after half an hour of spinning.
- the powder grains are then soaked, dried and graphitized as described in Example 1.
- This example relates to the manufacture of propellant powder grains from wet nitrocellulose and methyl ethyl ketone as solvent.
- the duration of the mixing is two hours.
- the dough is passed through a calendering machine, the rollers of which are separated from 0.08 mm.
- the strip coming out of the calendering machine is cut into flakes of 1 mm sides after half an hour of spinning at room temperature.
- the powder grains are then soaked, dried and graphitized as described in Example 1.
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Abstract
- 1 - à mélanger dans un malaxeur la nitrocellulose non déshydratée en présence éventuellement d'un stabilisant avec un solvant choisi dans le groupe constitué par la méthyl éthyl cétone, l'acétate d'éthyle et les mélanges méthyl éthyl cétone et acétate d'éthyle, la teneur pondérale en solvant étant comprise entre 50 et 100% par rapport au poids de nitrocellulose sèche,
- 2 - à calandrer à froid la pâte ainsi obtenue,
- 3 - à découper en grains après essorage la bande ainsi obtenue.
Description
- La présente invention concerne la fabrication des poudres propulsives en grains à base de nitrocellulose.
- Les poudres propulsives en grains à base de nitrocellulose sont obtenues d'une manière générale par gélatinisation de la nitrocellulose fibreuse et découpage en grain de la nitrocellulose ainsi géla- tinisée. La gélatinisation de la nitrocellulose s'effectue par malaxage des fibres de nitrocellulose en présence de solvants appropriés et par extrusion de la pâte ainsi formée. La pâte extrudée est découpée en grains et les solvants sont éliminés, souvent par trempage à l'eau et séchage à l'air des grains de poudre qui subissent pour finir différents traitements de surface destinés à fixer sur la surface du grain de poudre des agents modérateurs de combustion (opération dite de "lissage") ou du graphite dans le but d'empêcher l'accumulation d'électricité statique sur le grain de poudre (opération dite de "graphitage"). Le procédé de fabrication des poudres propulsives à base de nitrocellulose, encore appelé "procédé avec solvant", est très bien décrit dans l'ouvrage "Les Poudres et Explosifs" de Messieurs VENNIN, BURLOT et LECORCHE, paru à la Librairie Polytechnique Ch. BERANGER en 1932, pages 578 et suivantes.
- La nitrocellulose fibreuse étant un corps très sensible et donc dangereux, ce produit est conservé mouillé à l'eau de manière à éviter tout risque de prise en feu pendant sa conservation ou son transport. Il convient donc avant de l'utiliser en vue de la fabrication d'une poudre propulsive de la déshydrater. La déshydratation de la nitrocellulose s'effectue en général en remplaçant l'eau par de l'alcool au moyen d'une presse à déshydrater.
- Le procédé de fabrication des poudres propulsives dit "avec solvant" est très performant mais présente un inconvénient majeur : il est d'une mise en oeuvre complexe et par là-même est relativement coûteux, ce qui limite son intérêt notamment dans le cas de la fabrication de poudres fines de consommation courante, comme les poudres de chasse. On a déjà cherché à simplifier les procédés de fabrication des poudres propulsives à base de nitrocellulose, notamment en travaillant sur des collodions de nitrocellulose comme décrit par exemple dans le brevet français 1 145 114, mais même dans ce type de procédés, on est obligé de passer par une étape de déshydratation préalable de la nitrocellulose.
- En pratique on ne savait pas, jusqu'à présent, gélatiniser correctement une nitrocellulose qui n'avait pas été au préalable déshydratée au moins partiellement. Le but de la présente invention est de proposer un procédé simple et peu onéreux de fabrication de poudres propulsives fines à base de nitrocellulose non déshydratée.
- Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que :
- 1 - on mélange dans un malaxeur la nitrocellulose aqueuse en présence éventuellement d'un stabilisant avec un solvant choisi dans le groupe constitué par la méthyl éthyl cétone, l'acétate d'éthyle ou les mélanges méthyl éthyl cétone et acétate d'éthyle, la teneur pondérale en solvant étant comprise entre 50 et 100% par rapport au poids de nitrocellulose sèche,
- 2 - on calandre à froid la pâte ainsi obtenue,
- 3 - on découpe en grains après essorage la bande ainsi obtenue.
- Grâce à un choix particulier de solvants, on dispose d'une technique qui permet en une seule opération de calandrage à la fois d'éliminer l'eau contenue dans la nitrocellulose et d'assurer la gélatinisation de cette dernière. Le procédé selon l'invention permet ainsi la fabrication simple et peu coûteuse de poudres propulsives fines à partir de nitrocellulose non déshydratée.
- On donne ci-après le mode de réalisation détaillée de l'invention.
- Comme il a été dit plus haut, on part de nitrocellulose aqueuse que l'on mélange dans un malaxeur avec un solvant. Le choix du solvant est essentiel pour la réalisation et seuls les solvants choisis dans le groupe constitué par la méthyl éthyl cétone, l'acétate d'éthyle ou leurs mélanges en toutes proportions permettent d'attein- dre le résultat visé par l'invention : à savoir, grâce à une opération de calandrage une élimination parfaite de l'eau contenue dans la nitrocellulose ainsi qu'une bonne gélatinisation de cette dernière. La demanderesse a ainsi observé que des solvants habituellement utilisés dans la fabrication des poudres tels que l'acétone, la méthyl isobutyl cétone, l'alcool éthylique ou l'éther éthylique ne permettent pas d'atteindre le résultat visé par l'invention.
- La demanderesse a au contraire constaté avec surprise que seuls la méthyl éthyl cétone, l'acétate d'éthyle ou leurs mélanges permettent de façon reproductible et quelle que soit la nitrocellulose de départ, d'atteindre le résultat visé par l'invention.
- La teneur des solvants utilisés est en général comprise entre 50% et 100% en poids par rapport au poids de nitrocellulose sèche et selon une réalisation préférée de l'invention entre 60% et 80%.
- Au cours du malaxage, on ajoute de préférence un stabilisant tel que, par exemple, la diphénylamine ou la nitro-2 diphénylamine et éventuellement un plastifiant comme, par exemple, le dinitro toluène ou la centralite.
- La durée du malaxage est en général voisine de deux heures et demie. La pâte ainsi obtenue est alors passée dans une calandreuse à froid. Au cours du calandrage l'eau contenue dans la pâte est expulsée et assure par là même occasion un refroidissement des rouleaux de la calandreuse ; simultanément, le passage entre les rouleaux de la calandreuse provoque la gélatinisation de la nitrocellulose.
- La bande sortant de la calandreuse est alors essorée à l'air à température ambiante et découpée en paillettes à l'aide d'une découpeuse classique pour poudres en bandes.
- Les grains de poudre ainsi obtenus sont trempés à l'eau chaude pour éliminer les solvants et séchés. Ils sont ensuite éventuellement lissés de manière à incorporer à leur surface un modérateur de combustion tel que le camphre par exemple et enfin ils sont graphités.
- On obtient ainsi des grains de poudre propulsive qui conviennent bien pour toutes les applications des poudres fines et notamment pour les armes de petit calibre ou les armes de chasse. -
- L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de mise en oeuvre donnés ci-après à titre non limitatif.
- Cet exemple concerne la fabrication de grains de poudre propulsive à partir de nitrocellulose humide et d'acétate d'éthyle comme solvant.
- On introduit dans un malaxeur 128 kg de nitrocellulose ayant un taux d'azote de 13,20% et mouillée à l'eau à 28% (28 kg d'eau pour 100 kg de nitrocellulose sèche), 65 kg d'acétate d'éthyle et 2 kg de nitro-2 diphénylamine. On laisse tourner le malaxeur pendant deux heures et demie. Après malaxage la pâte est passée dans une calandreuse dont les rouleaux sont écartés de 0,15 mm. La bande sortant de la calandreuse est découpée en paillettes de 1 mm de cotés après une demie heure d'essorage à température ambiante,
- Les grains de poudre ainsi obtenus sont trempés dans de l'eau chaude à 80°C pendant 8 heures puis séchés à l'air. Enfin les grains sont graphités dans un drageoir en utilisant 2% en poids de graphite par rapport au poids de la poudre.
- On obtient ainsi une poudre propulsive ayant un potentiel de 964 cal/g, une masse volumique apparente de 480 g/dm3, une teneur pondérale en solvant résiduel de 0,5% et une résiduelle de 1,20% en poids. Par ailleurs, on compte pour cette poudre 5 000 grains au gramme.
-
- On constate que la poudre selon l'invention donne des performances balistiques tout à fait satisfaisantes. Par ailleurs, la demanderesse a observé que cette poudre s'allume très bien, cela se comprend eu égard au nombre élevé de grains par gramme de poudre.
- Cet exemple concerne la fabrication de grains de poudre propulsive à partir de nitrocellulose humide et d'acétate d'éthyle comme solvant.
- On introduit dans un malaxeur 127 kg de nitrocellulose ayant un taux d'azote de 13,20% et mouillée à l'eau à 27% (27 kg d'eau pour 100 kg de nitrocellulose sèche), 80 kg d'acétate d'éthyle et 1,4 kg de nitro-2 diphénylamine. On laisse tourner le malaxeur pendant deux heures. Après malaxage la pâte est passée dans une calandreuse dont les rouleaux sont écartés de 0,10 mm. La bande sortant de da calandreuse est découpée en paillettes de 1 mm de cotés après deux heures d'essorage à température ambiante. Les grains de poudre ainsi obtenus sont trempés dans de l'eau chaude à 60°C pendant 48 heures puis séchés à l'air. Enfin, les grains sont graphités dans un drageoir en utilisant 2% en poids de graphite par rapport au poids de la poudre.
- On obtient ainsi une poudre propulsive ayant un potentiel de 972 cal/g, une masse volumique apparente de 524 g/dm3, une teneur pondérale en solvant résiduel de 1,0% et une humidité résiduelle de 1,28% en poids.
-
- Cet exemple concerne la fabrication de grains de poudre propulsive à partir de nitrocellulose humide et d'un mélange acétate d'éthyle, méthyl éthyl cétone comme solvant.
- On procède comme décrit dans l'exemple 2, en introduisant dans le malaxeur :
- - 127 kg de nitrocellulose humide (analogue à celle de l'exemple 2)
- - 40 kg d'acétate d'éthyle
- - 30 kg de méthyl éthyl cétone,
- - 1,4 kg de nitro-2 diphénylamine.
- On obtient une poudre propulsive ayant un potentiel de 967 cal/g, une masse volumique apparente de 500 g/dm3, une teneur pondérale en solvant résiduel de 0,60% et une humidité résiduelle de 1,32% en poids.
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- Cet exemple concerne la fabrication de grains de poudre propulsive à partir de nitrocellulose humide et d'un mélange acétate d'éthyle, méthyl éthyl cétone comme solvant.
- On procède comme décrit dans l'exemple 1 en introduisant dans le malaxeur :
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- La durée dumalaxage est de 2 heures. Après malaxage, la pâte est passée dans une calandreuse dont les rouleaux sont écartés de 0,08 mm. La bande sortant de la calandreuse est découpée en paillette de 1 mm de cotés après une demie heure d'essorage. Les grains de poudre sont ensuite trempés, séchés et graphités comme décrit dans l'exemple 1.
- On obtient ainsi une poudre dont le potentiel est de 965 cal/g.
- Cet exemple concerne la fabrication de grains de poudre propulsive à partir de nitrocellulose humide et de méthyl éthyl cétone comme solvant.
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- La durée du malaxage est de deux heures. Après malaxage, la pâte est passée dans une calandreuse dont les rouleaux sont écartés de 0,08 mm. La bande sortant de la calandreuse est découpée en paillettes de 1 mm de côtés après une demie heure d'essorage à température ambiante. Les grains de poudre sont ensuite trempés, séchés et graphités comme décrit dans l'exemple 1.
- On obtient ainsi une poudre dont le potentiel est de 988 cal/g.
- Ces exemples sont destinés à montrer l'importance dans le procédé selon l'invention de la nature du solvant. On a cherché à fabriquer par calandrage une poudre propulsive en grains à partir de nitrocellulose humide en employant des solvants classiques de la nitrocellulose.
- On a cherché à utiliser comme solvants des mélanges éther éthylique- alcool éthylique à 54 et à 56° Beaumé. Le calandrage s'est avéré impossible pour des teneurs pondérales en solvants comprises entre 50 et 140% par rapport au poids de nitrocellulose sèche.
- On a cherché à utiliser comme solvant un mélange acétone- alcool éthylique (40 : 30). Le calandrage s'est avéré impossible pour des teneurs pondérales en solvant comprises entre 50 et 100% par rapport au poids de nitrocellulose sèche.
- On a cherché à utiliser comme solvant la méthyl, isobutyl cétone. Pour une teneur pondérale en solvant de 65%, par rapport au poids de nitrocellulose sèche, le calandrage s'est avéré très difficile et il a été impossible d'assurer une élimination correcte du solvant sans dégradation chimique de la poudre.
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