Domaine de l'invention.

Le domaine de l'invention est celui des chargements d'allumage pour chargements propulsifs d'obus. Plus précisément, l'invention concerne un procédé pour l'obtention d'une pâte d'allumage à liant cellulosique. La pâte d'allumage est destinée à être déposée sur une structure combustible puis séchée pour former un chargement d'allumage aux performances équivalentes à ceux de l'art antérieur obtenus par des procédés conventionnelles.

Etat de la technique

La performance, la fiabilité et la reproductibilité des chargements d'allumage sont primordiales pour le fonctionnement des armes à tube. Cependant, leur énergie ne contribue pas significativement à la performance énergétique du chargement propulsif. L'homme du métier a donc privilégié l'optimisation des chargements propulsifs tout en évitant de modifier les composés d'allumage fonctionnels et standardisés. Les architectures de ces chargements d'allumage ont, par contre, été plus fréquemment étudiées pour assurer un allumage plus uniforme du chargement propulsif. Le domaine des composés d'allumage constituant les chargements d'allumage est donc conventionnel et peu enclin à la nouveauté. Il en va de même pour les procédés d'obtention de ces composés d'allumage.

La composition de la poudre d'allumage traditionnellement utilisée est la poudre noire (PN) constituée d'un mélange de nitrate de potassium (salpêtre), de charbon de bois et de soufre.

La poudre noire utilisée est préférentiellement de composition massique:

-nitrate de potassium (P) : ~ 75%

- charbon de bois (C) : ~ 15%

- soufre (S): ~ 10%.

Les 3 ingrédients de la poudre noire font l'objet de spécifications militaires MIL standardisées bien connues de l'homme du métier.

La poudre noire est obtenue par mélange intime des 3 constituants, et se présente sous la forme de grains durs et brillants. Ces grains sont obtenus par des procédés mécaniques (triturage, galétage, granulation...). La poudre noire militaire est conforme à la norme militaire MIL-P-223C. Elle est classée en division de risque 1.1 explosible au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques (ONU)), et nécessite donc des précautions contraignantes de manipulation.

Il existe aussi d'autres compositions de poudre d'allumage, notamment de type : Bore/KNO ₃ , dans un rapport généralement de 70/30 (% en masse), un métal (par exemple du fer, de l'aluminium, du zinc)/un oxydant de type perchlorate (par exemple du perchlorate de potassium) ou de type polymère fluoré (par exemple du PTFE comme les produits de la gamme (Teflon™) ou un fluoroélastomère comme les produits de la gamme Viton™) (voir le tableau 1 ci-après). Ces poudres d'allumage sont comme la poudre noire classées dans la division de risque 1.1.

Tableau 1

Les chargements d'allumage (comprimés et/ou bloc(s)) décrits dans l'art antérieur sont constitués d'une poudre d'allumage, généralement de poudre noire, agglomérée, éventuellement avec un liant cellulosique. Dans ce dernier cas, le chargement d'allumage est obtenu par mélange des constituants de la poudre d'allumage avec un collodion (solvant(s) + liant), suivi de l'évaporation du(des) solvant(s) du collodion. Le chargement d'allumage usuellement appelé « Bénite » est de la poudre noire agglomérée avec un liant en nitrocellulose. Le brevet US 3182595 décrit l'obtention de brins de Bénite par mélange mécanique des ingrédients de la poudre noire avec le collodion suivi d'une étape d'extrusion et de séchage. Un autre procédé, consiste à mélanger mécaniquement la poudre noire avec le collodion puis à l'empaqueter de façon étanche en cartouche de façon à disposer d'une pâte déposable en motifs sur un support combustible pour l'obtention d'un chargement d'allumage. C'est ce dernier procédé qui est aujourd'hui utilisé pour la fourniture de pâte d'allumage pour la réalisation de chargements d'allumage à motifs à base de poudre noire avec un liant nitrocellulosique. Les valeurs de référence indiquées dans le tableau 16 sont obtenues avec des pâtes d'allumage obtenues selon ce procédé. Bien que le collodion chargé en poudre d'allumage soit classé en division de risque 1.4 au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU), les procédés de l'art antérieur présentent l'inconvénient majeur de manipuler simultanément les ingrédients de la poudre noire ou la poudre noire elle-même en division de risque 1.1 pour leur introduction dans le collodion. La fabrication par action mécanique de la pâte est susceptible de générer des points de frictions provoquant un allumage intempestif de la poudre d'allumage ou des ingrédients mis en présence. Ce d'autant que ces derniers dont la répartition dans le mélangeur mécanique n'est pas maîtrisée peuvent être en contact direct sans avoir été encore mouillés par le collodion. La fabrication des pâtes d'allumage selon les procédés conventionnels nécessite donc des installations adaptées et contraignantes sur le plan du risque pyrotechnique.

L'homme du métier est donc à la recherche d'un procédé efficient pour l'obtention d'une pâte d'allumage à déposer, ne nécessitant pas la mise en présence ou la manipulation de produit explosif de division de risque 1.1, évitant les sollicitations à sec de la poudre ou de ses ingrédients mis en présence, et de performances approchant celles des pâtes conventionnelles. La fabrication de pâte d'allumage serait alors envisageable des installations de fabrication en division risque 1.3 uniquement relative au risque de combustion vive ou déflagrante.

Sur un autre plan, on connaît d'après la demande de brevet WO 2009/091430 un procédé pour charger un conteneur avec un mélange énergétique qui comprend une étape de mélange des différents constituants du mélange, par exemple par résonance acoustique. La demande de brevet US 2017/0152196 décrit un procédé pour l'obtention de compositions d'allumage contenant un réducteur métallique, un oxydant et un liant. Le procédé comprend le mélange des différents constituants de la composition puis la granulation du mélange obtenu. Des mélangeurs de type Simpson Mix-Muller ou VibroAcoustic™ Mixers sont mentionnés comme susceptibles d'être utilisés pour le mélange. Toutefois, les exemples de cette demande de brevet ne contiennent aucune indication sur le type de mélangeur utilisé. Résumé de l'invention

Dans la suite du document, on nomme « charge réductrice » le ou les ingrédients réducteurs d'une poudre d'allumage et on nomme « charge oxydante » le ou les ingrédients oxydants d'une poudre d'allumage. Lorsque plusieurs ingrédients sont en présence dans une charge réductrice ou oxydante, ils peuvent avoir été partiellement ou en totalité prémélangés.

Selon un aspect, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'une pâte d'allumage renfermant les ingrédients d'une poudre d'allumage, à savoir une charge réductrice, une charge oxydante, et un collodion cellulosique. Le procédé comprend une étape de prémélange, dans un mélangeur à résonance acoustique, de la charge réductrice et/ou de la charge oxydante avec du collodion.

Dans un mode de réalisation, la charge oxydante et la charge réductrice sont mélangées séparément et simultanément avec du collodion au sein d'un mélangeur à résonance acoustique, les deux prémélanges obtenus sont ensuite mélangés entre eux dans le même mélangeur.

Dans un mode de réalisation, la charge réductrice et du collodion sont mélangés dans un premier temps (dans le mélangeur), puis la charge oxydante est ajoutée et le tout est mélangé (toujours dans le mélangeur).

Dans un mode de réalisation, la charge oxydante et du collodion sont mélangés dans un premier temps (dans le mélangeur), puis la charge réductrice est ajoutée et le tout est mélangé (toujours dans le mélangeur).

Dans un mode de réalisation, on prépare séparément, dans un mélangeur à résonance acoustique, un prémélange de charge réductrice et de collodion, et un prémélange de charge oxydante et de collodion, puis on mélange ces deux prémélanges dans un mélangeur à résonance acoustique.

La pâte d'allumage obtenue est destinée à être déposée sur un support combustible et séchée par évaporation du(des) solvants du collodion pour l'obtention d'une charge d'allumage sèche. Le support combustible revêtu de la charge d'allumage constitue un chargement d'allumage.

Selon un aspect, l'invention concerne un procédé d'obtention d'un chargement d'allumage, qui comprend le dépôt de la pâte d'allumage obtenue comme indiqué ci- dessus sur un support combustible, et le séchage du support combustible.

Brève description des figures

La figure 1 montre une pâte d'allumage obtenue selon le procédé de l'invention. La figure 2 montre une pâte d'allumage obtenue selon le procédé de l'invention.

La figure 3 montre une pâte d'allumage obtenue selon le procédé de l'invention.

La figure 4 montre une image obtenue par microscopie par balayage électronique d'une pâte d'allumage obtenue selon le procédé de l'invention.

Description de l'invention

Selon un aspect, la présente invention concerne un procédé d'obtention d'une pâte d'allumage renfermant les ingrédients d'une poudre d'allumage, à savoir une charge réductrice, une charge oxydante, et un collodion cellulosique, à base d'éther cellulosique ou d'ester cellulosique. Le procédé comprend une étape de prémélange, dans un mélangeur à résonance acoustique, de la charge réductrice et/ou de la charge oxydante avec du collodion.

Dans un mode de réalisation, on introduit dans un mélangeur à résonance acoustique, en couches superposées, la charge réductrice (ou oxydante), du collodion et la charge oxydante (ou réductrice), le collodion constituant donc une couche intercalaire entre la charge oxydante et la charge réductrice au sein du mélangeur à résonance acoustique. Dans une première phase, on procède à un mélange à faible intensité acoustique de la superposition de couches. On entend par « faible intensité » une intensité qui assure un prémélange de chaque charge avec du collodion, par flegmatisation par mouillage filmogène de chacune des charges par du collodion. Il résulte de ce mélange à faible intensité une couche de charge réductrice prémélangée avec le collodion, une couche résiduelle intercalaire de collodion, et une couche de charge oxydante prémélangée avec le collodion. Les deux charges ne sont donc pas susceptibles d'être en contact direct à sec. Ce mode de réalisation permet donc de s'affranchir de la manipulation de la poudre d'allumage préconstituée et des contraintes de sécurité afférentes à la classe de division de risque 1.1. De manière avantageuse, le mélange à faible intensité s'opère par paliers d'accélération croissante, sur une plage de valeurs allant d'environ 10g à environ 50g. Comme indiqué ci-dessus, à la fin de cette première phase, sont donc en présence au sein du mélangeur à résonance acoustique une couche constituée de la charge réductrice prémélangée avec (« flegmatisée par ») le collodion, une couche résiduelle intercalaire de collodion, et une couche constituée de la charge oxydante prémélangée avec (« flegmatisée par ») le collodion. Dans une deuxième phase, de préférence à plus forte intensité acoustique, l'ensemble est intimement mélangé pour obtenir la pâte d'allumage. Comme indiqué ci-dessus, le mélange est avantageusement effectué par paliers d'accélération croissante, sur une plage de valeurs allant d'environ 50g à environ 100g. Dans un mode de réalisation, la charge oxydante de la pâte d'allumage ou la charge réductrice de la pâte d'allumage est préalablement mélangée avec du collodion, dans un mélangeur à résonance acoustique. On obtient ainsi un prémélange de l'une des deux charges avec le collodion. La charge complémentaire (à celle mélangée avec le collodion, i.e. la charge réductrice ou la charge oxydante) de la pâte d'allumage est ensuite ajoutée dans le mélangeur à résonance acoustique pour l'obtention de la pâte d'allumage. De manière avantageuse, chacune des deux étapes ci-dessus est effectuée avantageusement par paliers d'accélération croissante, sur une plage de valeurs allant d'environ 10g à environ 100g. Ce mode de réalisation assure un niveau optimum de sécurité puisque une charge des ingrédients de la poudre d'allumage est déjà flegmatisée par le collodion avant son introduction dans le mélangeur en présence de la charge réductrice ou oxydante complémentaire. Les deux charges ne sont donc pas susceptibles d'être en contact direct à sec. Ce mode de réalisation présente également l'avantage de ne jamais mettre en contact direct les charges oxydante et réductrice à sec.

Dans un mode de réalisation, les charges réductrice et oxydante de la poudre d'allumage sont chacune mélangées séparément avec du collodion, dans un mélangeur à résonance acoustique. On obtient ainsi deux produits distincts, constitués d'une part par le prémélange de la charge oxydante avec du collodion et d'autre part par le prémélange de la charge réductrice avec du collodion. Ces deux prémélanges sont ensuite mélangés dans un mélangeur à résonance acoustique pour l'obtention de la pâte d'allumage. De manière avantageuse, la quantité de collodion utilisée en mélange avec la charge réductrice est sensiblement égale à la quantité de collodion utilisée en mélange avec la charge oxydante. On entend par « sensiblement égale » une proportion (massique) de collodion pouvant aller d'environ 40/60 (càd 40% pour la charge réductrice et 60% pour la charge oxydante) à environ 60/40 (càd 40% pour la charge oxydante et 60% pour la charge réductrice). De manière avantageuse, chacune des trois étapes ci-dessus est effectuée avantageusement par paliers d'accélération croissante, sur une plage de valeurs allant d'environ 10g à environ 100g. Dans tous les modes de réalisation, le mélange par résonance acoustique final peut être réalisé dans la cartouche (procédé dit « Mix in case») servant au dépôt de la pâte sur la structure combustible, structure par exemple tubulaire du type de celle décrite dans la demande de brevet WO 2021/144539, évitant ainsi une étape de transfert de la pâte du récipient du mélangeur dans la cartouche de dépôt. Le collodion cellulosique utilisé dans le cadre de l'invention est à base d'ester cellulosique, typiquement du type ester cellulosique + solvant, ou à base d'éther cellulosique, typiquement du type éther cellulosique + solvant. Dans un mode de réalisation, la base cellulosique du collodion est constituée d'un ester cellulosique ou d'un éther cellulosique (pour environ 70% à environ 90% en masse) et contient généralement en sus, conventionnellement, au moins un plastifiant (environ 1% à environ 20% en masse, préférentiellement environ 10% en masse) et au moins un stabilisant de la base cellulosique (environ 0,5% à environ 5% en masse). Il contient aussi généralement au moins un additif (>0% à environ 1% en masse), par exemple choisi parmi les agents antiadhésion, les agents anti-lueurs, les antioxydants. Il est susceptible de renfermer une quantité résiduelle de solvant(s), notamment de solvant(s) de flegmatisation ou (et) de solvant(s) de dissolution de la base cellulosique utilisé(s) lors de sa fabrication.

De façon avantageuse, l'éther cellulosique utilisé comme composant majoritaire de la base cellulosique est de l'éthylcellulose, par exemple l'éthylcellulose décrite dans la demande de brevet FR 3 064 639.

De façon avantageuse, l'ester cellulosique utilisé comme composant majoritaire de la base cellulosique est choisi parmi le nitrate de cellulose, l'acétate de cellulose ou la nitrocellulose, cette dernière étant préférée. La teneur massique en azote de la nitrocellulose est opportunément de 10,5% à 13,5% de grade E7 à E12 (degré de polymérisation de la nitrocellulose selon la norme ISO 14446), préférentiellement de la nitrocellulose de grade Eli avec une teneur massique en azote de 11,8 % à 12,3 %, avantageusement égale à 12%.

Le plastifiant utilisé pour préparer le collodion peut être notamment une cétone (comme le camphre), un éther vinylique (comme le LUTA™50-50 commercialisé par la société East Harbour Group), un polyuréthane (comme le NEPPLAST™ 2001 commercialisé par la société Hagedorn-NC), un adipate (comme l'adipate de dioctyle) ou un citrate (comme le 2-acétyl citrate de triéthyle).

Le stabilisant utilisé pour préparer le collodion peut être notamment un composé dont la formule chimique comporte des noyaux aromatiques (opportunément deux noyaux aromatiques), apte à fixer les oxydes d'azote de décomposition des esters nitriques (présentement la nitrocellulose). A titre d'exemple de stabilisant on peut citer la 2- nitrodiphénylamine (2NDPA), la l,3-diéthyl-l,3-diphényl urée (centralité I), la 1,3- diméthyl-l,3-diphényl urée (centralité II), et la l-méthyl-3-éthyl-l,3-diphényl urée (centralité III). L'additif optionnel utilisé pour préparer le collodion peut être notamment choisi parmi les agents antiadhésifs, tels que les agents antiadhésifs de type silicone, les agents antilueurs, les antioxydants, les colorants, les tensioactifs, les agents anti-agglomération et les agents hydrophobes.

Le solvant peut être un double solvant du type acétone/acétate de butyle (AB) à 50% / 50% en masse ou un double solvant du type lactate d'éthyle pour 35% à 60% en masse et d'acétate de butyle pour 40% à 65% en masse pour un total à 100%.

La viscosité du collodion, fixée par le ratio base nitrocellulosique/solvant(s), pour sa mise en œuvre par le procédé de l'invention est avantageusement comprise entre 2 et 4 Pa.s, mesurée à 20°C à l'aide d'un viscosimètre Brookfield. Dans cette gamme de viscosité, le procédé de l'invention peut être mis en œuvre à température ambiante, donc sans chauffage, de façon à conduire à un enrobage filmogène de la poudre préconstituée ou des charges réductrice et oxydante après mélange pour l'obtention de la pâte d'allumage.

Le collodion est avantageusement formulé pour conduire à un extrait sec (après évaporation du solvant) de 10% à 40%, en masse.

Le tableau 2 ci-dessous présente une formulation de collodion à 14% d'extrait sec en masse.

Tableau 2

*Base cellulosique du produit Nitrofilm™ commercialisé par la société Eurenco

La pâte d'allumage formée du collodion chargé avec la poudre d'allumage prémélangée ou avec les charges réductrice et oxydante de la poudre d'allumage comprend environ 50% à environ 70% en masse de charges réductrice et oxydante, et le complément à 100% (c'est-à-dire environ 30% à environ 50% en masse) de collodion.

Les charges oxydantes et réductrices sont constituées d'ingrédients classiquement utilisés pour préparer une poudre d'allumage, par exemple la poudre noire ou les autres poudres d'allumage listées dans le tableau 1. En règle générale, les ratios massiques des ingrédients oxydants et réducteurs rentrant dans les charges réductrice et oxydante sont équivalents à ceux d'une poudre d'allumage. Ces ratios massiques peuvent être néanmoins modifiés si nécessaire pour ajuster les performances de la pâte d'allumage obtenue selon l'invention.

Le tableau 3 ci-après donne un exemple de pâte d'allumage en composition de collodion du tableau 2, chargé avec une poudre d'allumage, préconstituée ou non.

Tableau 3

Après dépôt et séchage (évaporation du solvant) de la pâte d'allumage, le chargement d'allumage (sec) adhère à la surface de la structure combustible et comprend environ 88% à environ 92% en masse de poudre d'allumage, environ 7% à environ 10% en masse d'ester cellulosique, le complément à 100% étant apporté par au moins un composé choisi parmi un plastifiant, un additif et un solvant résiduel.

Les pâtes d'allumage selon l'invention sont classées en division de risque 1.3 au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU). Les zones de danger à prendre en compte pour la manipulation du collodion chargé sont donc réduites, ce qui facilite les opérations de dépôt du collodion sur la structure combustible. De plus, les pâtes selon l'invention présentent une température d'auto inflammation par chauffage progressif (TACP) supérieure à 400°C, TACP qui n'est donc pas pilotée par celle (~180°C) de la nitrocellulose contenue dans la charge.

Des pâtes d'allumage obtenues selon l'invention ont été réalisées en mélangeur à résonance acoustique par lot de 400 g. Ces pâtes ont la viscosité adaptée pour un dépôt direct sous la forme de motifs par extrusion utilisant un piston seringue ou une monovis. Des pâtes d'allumage obtenues selon l'invention ont été déposées selon un motif hélicoïdal à l'intérieur d'un tube feutre cellulosique (du type de ceux décrits dans la demande de brevet WO 2021/144539) ayant une masse d'environ 20 g. Après évaporation du solvant du collodion chargé, chaque tube de feutre contient un chargement d'allumage ayant une masse d'environ 11,5 g. Sur le plan visuel (aspect des résidus de combustion), les résultats de dépôt sont équivalents à ceux obtenus avec une pâte d'allumage conventionnel. Les essais de combustion réalisés en enceinte manométrique de ces tubes chargés avec les pâtes d'allumage de l'invention conduisent des valeurs caractéristiques en combustion reproductibles entre les échantillons et conformes aux valeurs de référence obtenues selon l'art antérieur avec de la poudre noire en grains mélangée mécaniquement avec le collodion avec les pourcentages massiques du tableau 3 (voir le tableau 16 à la fin de la description).

Le procédé de l'invention est plus efficient en termes de rapidité, de qualité et de sécurité de mélange que ceux de l'art antérieur pour l'obtention de pâtes d'allumage à liant cellulosique. Certains modes de réalisation apportent, de plus, des gains en termes de sécurité en évitant la manipulation de poudre préconstituée de division de risque 1.1. Le procédé de l'invention permet aussi d'éviter la mise en contact directe à sec des charges oxydantes et réductrices de la poudre d'allumage. Il permet aussi éventuellement le mélange des ingrédients directement dans une cartouche qui après fermeture est prête à l'emploi pour le dépôt de motifs d'allumage.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'obtention d'un chargement d'allumage, qui comprend la préparation d'une pâte d'allumage selon le procédé défini précédemment, le dépôt de la pâte d'allumage ainsi préparée sur un support combustible, et le séchage du support combustible.

L'invention est illustrée par les exemples ci-après, donnés à titre indicatif. Dans ces exemples, le mélangeur à résonance acoustique utilisé est un mélangeur Resodyn LabRam d'accélération maximum de 100 g à 60 Hz.

Exemple 1 (référence)

On a préparé un mélange du type Bénite B (tel que présenté dans la demande brevet WO 2021/144538) avec les ingrédients donnés dans le tableau 4.

Tableau 4

* poudre noire selon les spécifications Mil-P 223.

** équivalent à celui du tableau 2.

Le pot d'un mélangeur à résonance acoustique a été rempli en trois couches : 50% de la masse totale du collodion (82 g) / 100% de la masse de PN7 (236 g) / 50% de la masse totale de collodion (82 g). Un cycle de mélange acoustique avec une consigne d'accélération à 35 g pendant 60 s a été appliqué au contenu du mélangeur pour l'obtention d'un mélange homogène. Une pâte d'allumage homogène et d'aspect conforme a été obtenue (figure 1). Sa viscosité de 85 000 mPa.s (Brookfield RV5 à 5 T/min - température de mesure 21°C) assure sa coulabilité pour un dépôt sur une structure combustible.

Les résultats de combustion de cette pâte d'allumage déposée et séchée sur un feutre combustible sont reportés dans le tableau 16 à la fin de la description.

Exemple 2

On a préparé une pâte d'allumage s'approchant du type Bénite à base de poudre noire. Les ingrédients de base de la pâte d'allumage sont ceux contenus dans de la poudre noire standard: le nitrate de potassium (P), le soufre (S), le charbon de bois (C) et, le collodion est celui du tableau 2.

Les ingrédients P, S et C sont choisis selon les standards militaires MIL bien connus de l'homme du métier.

Les divisions de risque au sens de la classification SGH ONU (Système Général Harmonisé de classification et d'étiquetage des produits chimiques de l'ONU) de ces ingrédients donnés dans le tableau 5 sont hors de la classe 1 et ne génèrent donc pas de risque pyrotechnique.

Tableau 5

Les pourcentages massiques des ingrédients rentrant dans la pâte d'allumage sont présentés dans le tableau 6. Tableau 6

* équivalent au tableau 2.

Le mélange des ingrédients selon les pourcentages massiques donnés dans le tableau 6 conduit après dépôt et évaporation du solvant à une charge sèche d'allumage dont la composition est donnée dans le tableau 7.

Tableau 7

Le présent exemple met en œuvre les ingrédients et les proportions du tableau 6 pour obtenir une masse finale de pâte d'allumage de 400 g.

Un prémélange de la charge réductrice C+S a tout d'abord été réalisé. Le soufre ayant tendance à se présenter sous la forme de d'agglomérats, le mélange a été réalisé dans un mélangeur à résonance acoustique, par paliers d'accélérations croissantes jusqu'à 70 g pendant une durée de 4 minutes afin de casser ces agglomérats. On a obtenu après mélange une poudre grise homogène.

On a ensuite disposé, dans un pot pour mélange par résonance acoustique, dans cet ordre et en couches superposées : la poudre grise homogène, le collodion puis le KNO ₃ , préalablement grossièrement démotté de façon manuelle. Une rampe progressive d'intensité de mélange acoustique conduisant à des paliers d'accélérations croissantes de 11 à 80 g a été appliquée pour obtenir la pâte d'allumage sur une durée de 6 minutes. Le tableau 8 donne les paliers du cycle de mélange. On a observé pendant le cycle de mélange une élévation de température inférieure à 14°C.

La faible accélération en début de mélange assure d'une part un prémélange de la poudre grise homogène (charge réductrice) avec du collodion, et d'autre part un prémélange de la charge oxydante avec du collodion. Ces prémélanges assurent un mouillage filmogène (enrobage) par le collodion des charges réductrice et oxydante avant un mélange d'ensemble progressivement plus vigoureux. On évite ainsi la mise en présence à sec de la charge réductrice et de la charge oxydante pouvant conduire à un événement pyrotechnique.

Tableau 8

Après mélange, une pâte d'allumage homogène et d'aspect conforme a été obtenue. Sa viscosité de 100 000 mPa.s (Brookfield RV5 à 5 T/min - température de mesure 21°C) assure sa coulabilité pour un dépôt sur une structure combustible.

Les résultats de combustion de cette pâte d'allumage déposée et séchée sur un feutre combustible sont reportés dans le tableau 16 à la fin de la description.

Exemple 3

Comme à l'exemple 2, on a préparé une pâte d'allumage s'approchant du type bénite à base de poudre noire, en mettant en œuvre les ingrédients et les proportions du tableau 6 pour obtenir une masse finale de pâte d'allumage de 400 g.

Un mélange C+S et un prémélange P+collodion ont été préalablement réalisés avant de les réunir pour un mélange d'obtention de la pâte d'allumage.

Ainsi, le charbon de bois (C) et le soufre (S) ont été prémélangés dans le pot d'un mélangeur à résonance acoustique dans les mêmes conditions que celles décrites dans l'exemple 2, pour donner une poudre grise homogène. Séparément, le nitrate de potassium (P), préalablement grossièrement démotté de façon manuelle et le collodion ont été mélangés dans le pot d'un autre mélangeur à résonance acoustique. On obtient ainsi un prémélange de la charge oxydante avec le collodion. Ce prémélange a été réalisé avec rampe progressive d'intensité conduisant à des accélérations croissantes jusqu'à 70 g pendant une durée de 3 minutes comme indiqué dans le tableau 9. Une faible élévation de température d'environ 4°C a été observée en fin de cycle de mélange. Une pâte blanche a été obtenue, constituée de grains de nitrate de potassium enrobés de collodion qui a la propriété filmogène. Ceci permet de flegmatiser le mélange qui sera réalisé lorsque cette pâte blanche est mise en présence de la charge réductrice (C+S).

Tableau 9

Enfin, on a mis en présence dans le pot d'un mélangeur à résonance acoustique la poudre grise homogène C+S et la pâte blanche (P+collodion). Le mélange acoustique a été réalisé avec 3 paliers d'intensité conduisant à des accélérations successives de ~23 g, ~41 g et ~ 57 g pendant une durée de 3 minutes comme indiqué dans le tableau 10. Une faible élévation de température d'environ 8°C a été observée en fin de cycle de mélange.

Tableau 10

Après le mélange, une pâte d'allumage homogène et d'aspect conforme a été obtenue. Sa viscosité de 70 000 mPa.s (Brookfield RV5 à 5 T/min - température de mesure 21°C) assure sa coulabilité pour un dépôt sur une structure combustible (figure 2). Les résultats de combustion de cette pâte d'allumage déposée et séchée sur un feutre combustible sont reportés dans le tableau 16 à la fin de la description.

Exemple 4

On a préparé une pâte d'allumage contenant du bore (B), du nitrate de potassium (P) et le collodion du tableau 2. Cette pâte d'allumage une fois séchée s'approche de la poudre d'allumage BKNO ₃ à liant polyester conforme à la norme MIL-P-46994B renfermant 70,7% ± 2,0% de P, 23,7% ± 2,0% de B et 5,6% ± 2,0% de liant polyester.

Le B et le P sont choisis selon cette norme MIL à l'exception de la granulométrie du P qui peut être inférieure à 100 pm au lieu des 15 pm maximum indiqués dans la norme MIL-P- 46994B ; cette granulométrie du P permet d'obtenir une pâte ayant une meilleure homogénéité et coulabilité.

Le collodion utilisé est celui du tableau 2. Les pourcentages massiques des ingrédients rentrant dans la pâte d'allumage sont présentés dans le tableau 11.

Tableau 11

* équivalent au tableau 2.

Le mélange des ingrédients selon les pourcentages massiques donnés dans le tableau 11 conduit après dépôt et évaporation du solvant à une charge sèche d'allumage dont la composition est donnée dans le tableau 12.

Tableau 12 Le présent exemple met en œuvre les ingrédients et les proportions du tableau 11 pour obtenir une masse finale de pâte d'allumage de 400g.

Le Bore, le collodion puis le KNO ₃ , préalablement grossièrement démotté de façon manuelle, ont été disposés dans cet ordre en couches superposées dans un pot pour mélange par résonance acoustique. Une rampe progressive d'intensité de mélange acoustique conduisant à des paliers d'accélérations croissantes de 6 à environ 61 g a été appliquée pour obtenir la pâte d'allumage sur une durée de 15 minutes. On a observé pendant le cycle de mélange une élévation de température inférieure à 14°C.

La faible accélération en début de mélange assure un prémélange du bore (charge réductrice) avec le collodion et un prémélange du KNO ₃ (charge oxydante) avec le collodion. Ces prémélanges assurent un mouillage filmogène (enrobage) par le collodion des charges réductrice et oxydante avant un mélange d'ensemble progressivement plus vigoureux. On évite ainsi la mise en présence à sec de la charge réductrice et de la charge oxydante pouvant conduire à un événement pyrotechnique.

La pâte obtenue a une vitesse de combustion en gouttière de 91 mm/s et une TACP supérieure à 400°C. La sensibilité au frottement est négligeable et la sensibilité à l'impact reste dans les valeurs admises pour des matériaux explosifs granulaires. Ces résultats préliminaires de sécurité sont donc favorables et conduiront assurément à une mise en œuvre (manipulation, transport) de la pâte en division de risque 1.3.

Le même type d'essai a été réalisé avec une pâte renfermant 60% de charges (45% de KNO ₃ , 15% de Bore) et 40 % de collodion pour évaluer l'influence du taux massique de la nitrocellulose dans la pâte sur la TACP. Même à ce taux plus élevé de nitrocellulose, la TACP de la pâte reste supérieure à 400°C. Après mélange selon un cycle identique au précédent, une pâte d'allumage homogène et d'aspect conforme a été obtenue. Sa viscosité d'environ 100 000 mPa.s (Brookfield RV5 à 5 T/min - température de mesure 21°C) assure sa coulabilité pour un dépôt sur une structure combustible (figure 3). La figure 4 montre une image obtenue par microscopie par balayage électronique de la charge d'allumage après séchage de cette pâte. On observe une très bonne homogénéité de la répartition des charges de bore (grains noirs) et de KNO ₃ (grains blanchâtres) en cohésion avec le liant nitrocellulosique (non visible sur l'image).

Exemple 5

On a préparé une pâte d'allumage contenant du magnésium (Mg), du polytétrafluoroéthylène (PTFE), connu commercialement sous la marque Teflon™ PTFE 7A X de la société Chemours, et le collodion du tableau 2. La poudre de magnésium a une pureté supérieure à 97% et une granulométrie inférieure à 0,21 mm, les grains de PTFE ont une granulométrie inférieure à 0,42 mm. Le procédé de préparation de cette pâte d'allumage est similaire à celui des exemples 2 et 4 : le magnésium, le collodion puis le PTFE ont été disposés dans cet ordre en couches superposées dans un pot pour mélange par résonance acoustique. Une rampe progressive d'intensité de mélange acoustique conduisant à des paliers d'accélérations croissantes, similaires à ceux mentionnés dans le tableau 8, a été appliquée pour obtenir la pâte d'allumage sur une durée d'environ 4 minutes. On a observé pendant le cycle de mélange une élévation de température inférieure à 14 °C.

La faible accélération en début de mélange assure un prémélange du magnésium (charge réductrice) avec le collodion et un prémélange du PTFE (charge oxydante) avec le collodion. Ces prémélanges assurent un mouillage filmogène (enrobage) par le collodion des charges réductrice et oxydante avant un mélange d'ensemble progressivement plus vigoureux. On évite ainsi la mise en présence à sec de la charge réductrice et de la charge oxydante pouvant conduire à un événement pyrotechnique.

Cette pâte d'allumage une fois séchée s'approche de la poudre d'allumage MTV à liant Viton™ B (copolymère d'hexafluoroisoprène-fluorure de vinylidène) commercialisé par la société Chemours renfermant 58% de Mg, 38% de Teflon™ PTFE 7A X et 4 % de Viton™ B.

Le collodion utilisé est celui du tableau 2. Les pourcentages massiques des ingrédients rentrant dans la pâte d'allumage sont présentés dans le tableau 13.

Tableau 13

* équivalent au tableau 2. Le mélange des ingrédients selon les pourcentages massiques donnés dans le tableau 13 conduit après dépôt et évaporation du solvant à une charge sèche d'allumage dont la composition est donnée dans le tableau 14.

Tableau 14

Le procédé de l'invention selon ses différents modes de réalisation, au-delà des compositions des exemples 2 à 5, peut être mis en œuvre pour l'obtention de toute pâte pyrotechnique renfermant une charge oxydante, une charge réductrice et un collodion à base d'éther cellulosique ou d'ester cellulosique. Le tableau 15 ci-dessous liste, sans être exhaustif, des couples de charge oxydante et de charge réductrice susceptibles d'être utilisés. La composition de la pâte peut aussi renfermer, selon les propriétés recherchées, des mélanges de charges oxydantes et de charges réductrices choisies parmi des couples différents, par exemple le couple C/KNO ₃ ou C+S/KNO3 et le couple benzoate de sodium/KCIO ₄ . Tableau 15 Tableau 16

* obtenues selon l'art antérieur avec de la poudre noire en grains mélangée mécaniquement avec le collodion avec les pourcentages massiques du tableau 3.