ES3041164T3 - Insensitive munition propellants - Google Patents

Insensitive munition propellants

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ES3041164T3 ES21151135T ES21151135T ES3041164T3 ES 3041164 T3 ES3041164 T3 ES 3041164T3 ES 21151135 T ES21151135 T ES 21151135T ES 21151135 T ES21151135 T ES 21151135T ES 3041164 T3 ES3041164 T3 ES 3041164T3
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Abstract

La invención se refiere a materiales energéticos para municiones insensibles (IM), en particular a composiciones de propulsores IM, y además a propulsores IM sin nitrocelulosa. Una composición energética adecuada para su uso como propulsor comprende los siguientes componentes en las siguientes proporciones relativas: componente A; del 5% al 25% en peso de un relleno energético IM; componente B: del 50% al 80% en peso de un relleno altamente energético que comprende al menos un compuesto de nitramina; componente C: del 5% al 20% en peso de un aglutinante; y componente D: del 3% al 15% en peso de un plastificante; los porcentajes en peso de los componentes A, B, C y D, junto con aditivos menores, si los hubiera, suman el 100%. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Propelentes de munición insensible
La invención se refiere a materiales energéticos de munición insensible (IM), particularmente a composiciones propelentes de IM, y además a propelentes de IM exentos de nitrocelulosa.
Los propelentes de armas de fuego de fuego de baja y alta energía y sus composiciones energéticas se basan en mezclas coloidales de nitroglicerina, nitrocelulosa y nitroguanidina (también denominada picrita) en proporciones variables, tal como las descritas en la patente GB2371297. La tecnología utilizada para fabricar estos materiales ha cambiado poco en 100 años. La patente US5034072 se refiere al uso de un nuevo compuesto de triazol para su uso en pólvora, formulaciones de nitramina y propelentes de doble o triple base.
Las composiciones coloidales se clasifican, generalmente, como composiciones de base única, doble o triple dependiendo de las proporciones de los principales constituyentes presentes (es decir, uno, dos o tres componentes principales, respectivamente). Se han incorporado otros componentes, p. ej., nitraminas, para aumentar la constante de fuerza o el nivel de energía de estas composiciones; las composiciones coloidales que comprenden tres o más componentes principales se pueden denominar composiciones multibase.
Los propelentes coloidales, particularmente para aplicaciones de alta energía, tienen el inconveniente de que son altamente vulnerables a la ignición no deseada cuando se encuentran en un entorno hostil y son atacados por un proyectil energético, p. ej., un proyectil que comprende una carga de ojiva hueca.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona una composición energética como se define en la reivindicación 1.
En las composiciones según la presente invención, el componente B proporciona la alta capacidad energética de la composición. Sin embargo, se ha descubierto de forma ventajosa que la adición de un material energético de IM, el componente A, presente en el intervalo del 5-25 % en peso, proporciona un propelente que tiene una respuesta de IM aumentada al ataque de carga hueca. En ensayos recientes con compuestos definidos en la presente memoria se ha demostrado que produce una reacción de TIPO V en respuesta a un ataque con carga hueca.
Preferiblemente,
el componente A comprende del 10 % al 20 % en peso,
el componente B comprende del 55 % al 70 % en peso,
el componente C comprende del 8 % al 16 % en peso y
el componente D comprende del 5 % al 10 % en peso de dicha composición, sumándose los porcentajes hasta el 100 por ciento.
Los componentes C y D proporcionan procesabilidad, lo que permite que se formen mezclas junto con los componentes A y B y que se puedan trabajar hasta obtener un material adecuado similar a una masa que se puede prensar, laminar o extruir para conformar productos propelentes adecuados. La combinación mutua de estos componentes se selecciona especialmente en composiciones según la presente invención debido a las ventajas inesperadas que tal combinación proporciona de la siguiente manera.
Las composiciones según la presente invención se pueden procesar adecuadamente para proporcionar materiales propelentes, p. ej., para su uso como propelentes de armas de fuego o cohetes, especialmente propelentes de armas de fuego, que de forma inesperada y beneficiosa pueden mostrar una vulnerabilidad mejorada, es decir, reducida, con respecto a los propelentes coloidales, pero sin una disminución correspondiente de la energía normalmente asociada a tal mejora.
Las principales propiedades deseables en un propelente para armas de fuego de baja vulnerabilidad, además de su reducida vulnerabilidad al ataque con carga hueca, se pueden resumir de la siguiente manera:
(1) una buena fuerza propelente práctica; por ejemplo, propelentes de armas de fuego para su uso en aplicaciones de proyectiles de energía cinética de gran calibre o para su uso en aplicaciones de artillería que muestren una fuerza en el intervalo de 820 KJ/kg a 1250 KJ por kg o más.
(2) una baja tasa de combustión, deseablemente menor de 80 mm por segundo; esto permite utilizar propelentes en barra de tamaño de alma reducido;
(3) una temperatura de llama baja, deseablemente menos de 3200 K; esto ofrece la posibilidad de reducir la erosión del cañón de las armas de fuego;
(4) la posibilidad de procesar en una masa y extruir la masa utilizando disolventes de procesamiento convencionales simples:
(5) la posibilidad de procesar en un producto propelente que muestre poca o ninguna aireación con una densidad mayor del 98 %, preferiblemente mayor del 99 por ciento, de su densidad máxima teórica; lo que resulta en una matriz propelente más densa y cohesiva.
(6) gas de bajo peso molecular, preferiblemente en el intervalo de 20 a 22; lo que aumenta el volumen de gas en la ignición, mejorando la velocidad del proyectil.
Las composiciones propelentes que incorporan la invención son adecuadas para formar productos propelentes que tienen inesperadamente todas las propiedades deseables mencionadas anteriormente.
El componente A se selecciona de entre un material de relleno altamente energético de IM, nitrotriazolona (NTO), hexanitroestilbeno (HNS), nitroguanidina (picrita), triaminotrinitrobenceno (TATB), guanilureadinitramida (FOX-12), 1,1-diamino-2,2-dinitroetileno (FOX-7). El material de relleno energético de IM es aquel que, sin modificaciones, tiene un FOI mayor de 100. Muchos materiales de relleno energéticos, incluidos RDX y h Mx , se pueden modificar mediante estabilizantes o recubrimientos, de tal modo que tengan un grado de cumplimiento de IM y un FOI mayor de 100. El componente A se selecciona de entre un material que es inherentemente IM, tal como el que tendrá un FOI > 100, sin ningún procesamiento ni modificación. Se ha descubierto de forma ventajosa que la inclusión de un material de relleno energético de IM en una cantidad del 5 % al 25 % en peso proporciona una composición final que tiene un alto nivel de cumplimiento de IM.
Ejemplos del componente B preferido, material de relleno altamente energético, son nitraminas heteroalicíclicas, tales como, por ejemplo, RDX (ciclo-1,3,5-trimetileno, 2,4,6-trinitramina, ciclonita o hexógeno), HMX (ciclo-1,3,5,7-tetrametileno-2,4,6,8-tetranitramina, octógeno) o TATND (tetranitro-tetraminodecalina) y mezclas de los mismos. Otros materiales de relleno altamente energéticos pueden ser TAGN, nitraminas aromáticas tales como tetrilo, etilendinitramina y ésteres de nitrato tales como nitroglicerina (trinitrato de glicerol), trinitrato de butanotriol o tetranitrato de pentaeritritol, y percloratos y nitratos inorgánicos tales como perclorato de amonio, opcionalmente junto con combustible metálico tal como partículas de aluminio.
La composición comprende el componente C, un aglutinante y se selecciona de entre una mezcla de aglutinante no energético y un aglutinante energético, presente en el intervalo del 8 al 16 % en peso. Preferiblemente, el aglutinante es una mezcla de un aglutinante energético y no energético; más preferiblemente
el aglutinante energético está presente en el intervalo del 5-10 % en peso,
el aglutinante no energético está presente en el intervalo del 5-15 % en peso, con un % en peso del aglutinante en el intervalo del 8-16 % en peso.
Ejemplos de materiales aglutinantes no energéticos adecuados que se pueden mezclar con EVA (etileno-acetato de vinilo) son materiales celulósicos tales como ésteres, acetato de celulosa, acetato butirato de celulosa, poliuretanos, poliésteres, polibutadienos, polietilenos, acetato de polivinilo y mezclas y/o copolímeros de los mismos.
Ejemplos de materiales aglutinantes energéticos adecuados que se pueden usar junto con un aglutinante no energético, tal como EVA, son nitrocelulosa, nitrato de polivinilo, nitroetileno, acetato de nitroalilo, acrilato de nitroetilo, metacrilato de nitroetilo, acrilato de trinitroetilo, acrilato de dinitropropilo, C-nitropoliestireno y sus derivados, poliuretanos con grupos nitro C y N alifáticos, poliésteres hechos de ácidos dinitrocarboxílicos y dinitrodiol y homopolímeros de 3-nitrato-3-metiloxetano (PolyNIMMO).
La composición comprende el componente D, un plastificante que se selecciona de entre una mezcla de plastificante no energético y un plastificante energético. El plastificante es una mezcla de plastificantes energéticos y no energéticos; todavía más preferiblemente, cuando ambos están presentes;
el plastificante energético está presente en el intervalo del 0-8 % en peso, y
el plastificante no energético está presente en el intervalo del 2-10 % en peso; de tal manera que el plastificante total es preferiblemente del 5-10 % en peso, en donde el % en peso de plastificante energético es mayor que el % en peso del plastificante no energético.
Ejemplos de plastificantes energéticos pueden ser butil-NENA, GAP (polímero de glicidilazida), BDNPA/F (bis-2,2-dinitropropilacetol/formal), dimetilmetilendinitroamina, bis(2,2,2-trinitropropil)formal, bis(2,2,2-trinitroetil)formal, bis(2fluoro-2,2-dinitroetil)formal, dinitrato de dietilenglicol, trinitrato de glicerol, trinitrato de glicol, dinitrato de trietilenglicol, dinitrato de tetraetilenglicol, trinitrato de trimetiloletano, trinitrato de butanotriol o trinitrato de 1,2,4-butanotriol.
Ejemplos de plastificantes no energéticos conocidos pueden ser adipato de dioctilo (DOA), sebacato de dioctilo (DOS), ésteres de dialquilo o sebácico adípico, o triacetina, fosfato de tricresilo, polialquilenglicoles y sus derivados de alquiléter, p. ej., polietilenglicol, polipropilenglicol y éter butílico de dietilenglicol.
Ejemplos de aditivos minoritarios pueden comprender, por ejemplo, uno o más estabilizantes, p. ej., carbamita (N,N1-difenilo, N,N1-dietilurea) o PNMA (para-nitrometilmetoxianilina); y/o uno o más modificadores balísticos, p. ej., sales de plomo o negro de carbón: y/o uno o más supresores de destellos, p. ej., una o más sales de sodio o potasio, p. ej., sulfato o bicarbonato de sodio o potasio y uno o más agentes de acoplamiento del aglutinante al material de relleno energético y uno o más antioxidantes.
La nitrocelulosa es un aglutinante energético muy común, sin embargo, la reproducibilidad de la fuente de celulosa es un problema, ya que normalmente se deriva de fuentes naturales. Para garantizar la reproducibilidad del propelente final, la fuente se controlaría preferiblemente de forma estricta.
Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona un propelente de armas de fuego que comprende barras o gránulos que comprenden una composición como se define en la presente memoria.
Las composiciones según la presente invención se pueden procesar en propelentes mediante técnicas conocidas por los expertos en la técnica. Los ingredientes se incorporan en una amasadora adecuada para formar una composición homogénea. Finalmente, la composición producida se prensa, se lamina o se extruye en forma de un material similar a una masa a través de troqueles de extrusión con la forma adecuada. La extrusión se puede llevar a cabo usando una máquina de extrusión de doble husillo corrotativa.
Las barras se forman usualmente cortando varillas o hebras de longitud adecuada extruidas a través de troqueles adecuados, dando una forma que podría incluir una ranura longitudinal. Los gránulos usualmente se forman similarmente cortando varillas o barras de longitudes mucho más cortas obtenidas por extrusión. Normalmente, tales gránulos tienen pequeños orificios, por ejemplo siete orificios que atraviesan longitudinalmente a través de los mismos para proporcionar superficies de combustión adecuadas.
Las composiciones particularmente preferidas se resumen en la Tabla 1, a continuación.
Tabla 1 Composiciones de propelentes de IM (*compuestos del estado de la técnica) (n/r: no hay resultados disponibles)
Ensayo experimental
Varias composiciones de la Tabla 1 se sometieron a una configuración de prueba según STANAG 4526, a saber, la respuesta a un ataque con carga hueca. La respuesta se midió teniendo en cuenta las pruebas combinadas de resultados de sobrepresión de explosión, daños observados en las placas testigo y las observaciones de los restos del propelente.
La respuesta de los compuestos 503 y 519, que son compuestos según la invención (contienen el componente A), se midió al experimentar una reacción de TIPO V. Se trata de una respuesta muy baja al estímulo externo.
Los compuestos del estado de la técnica, 424 y 463, contienen en gran medida los mismos compuestos, pero no tienen un material de relleno de IM presente, es decir, el componente A. Se observó que la respuesta de IM fue III/IV, que es una respuesta mucho más violenta en comparación con la de los compuestos de la invención.
Si bien la invención se ha descrito anteriormente, se extiende a cualquier combinación de la invención de las características descritas anteriormente, o en la siguiente descripción, dibujos o reivindicaciones.
A continuación, se describirán realizaciones ilustrativas del dispositivo según la invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: la Figura 1 muestra una representación tridimensional de un haz de barras de propelente.
Volviendo a la Figura 1, se proporciona porción de extremo de un haz 1 de una pluralidad de barras 2 de propelente. Se ha enrollado una ligadura 3 resiliente alrededor de la pluralidad de barras 2 tres veces usando una máquina atadora (no se muestra). La fijación de la ligadura 3 se puede conseguir usando un nudo y cortando posteriormente la ligadura 3. Se pueden aplicar ligaduras adicionales a otras circunferencias distintas y, de hecho, se puede preferir tener al menos dos ligaduras aplicadas en distintas circunferencias para evitar que las barras 2 de propelente se desplieguen.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Una composición energética adecuada para usar como propelente comprende los siguientes componentes en las siguientes proporciones relativas:
    un componente A del 5 % al 25 % en peso de un material de relleno energético de IM, en donde el componente A se selecciona de entre nitrotriazolona (NTO), hexanitroestilbeno (HNS), nitroguanidina (picrita), triaminotrinitrobenceno (TATB), guanilureadinitramida (FOX-12), 1,1-diamino-2,2-dinitroetileno (FOX-7);
    componente B: del 50 % al 80 % en peso de un material de relleno altamente energético que comprende al menos un compuesto de nitramina;
    componente C: del 5 % al 20 % en peso de un aglutinante; en donde el aglutinante es una mezcla de un aglutinante energético y no energético; y el aglutinante energético está presente en el intervalo del 5-10 % en peso,
    el aglutinante no energético está presente en el intervalo del 5-15 % en peso; y componente D: del 3 % al 15 % en peso de un plastificante, en donde el plastificante es una mezcla de un plastificante no energético y un plastificante energético,
    y el plastificante energético está presente en el intervalo del 0 %-8 % en peso,
    el plastificante no energético está presente en el intervalo del 2 %-10 % en peso.
    los porcentajes en peso de los componentes A, B, C y D junto con los aditivos minoritarios, si lo hubiera, suman el 100 %.
  2. 2. Una composición según la reivindicación 1 y en donde
    el componente A comprende del 10 % al 20 % en peso,
    el componente B comprende del 55 % al 70 % en peso,
    el componente C comprende del 8 % al 16 % en peso y
    el componente D comprende del 5 % al 10 % en peso
    de dicha composición, junto con cualquier aditivo minoritario, si lo hubiera, los porcentajes suman 100 %.
  3. 3. Una composición según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde el componente A es picrita
  4. 4. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente B comprende RDX.
  5. 5. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente C, el aglutinante energético, comprende nitrocelulosa.
  6. 6. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente D comprende butil-NENA.
  7. 7. Un propelente de armas de fuego que comprende barras o gránulos que comprenden una composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
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