[0001] La présente invention se rapporte au domaine des poudres propulsives en grains. Plus
précisément la présente invention concerne d'une part un nouveau procédé de fabrication
de poudres fines en grains par granulation des matières énergétiques de base dans
un plateau granulateur, et d'autre part à titre de produits industriels nouveaux les
poudres propulsives fines obtenues grâce à ce nouveau procédé.
[0002] Les poudres propulsives fines pour armes de petit calibre sont, en règle générale,
des poudres à base de nitrocellulose fabriquées selon le procédé dit avec solvant.
Selon ce procédé la nitrocellulose, éventuellement en mélange avec d'autres bases
énergétiques, est malaxée avec des solvants jusqu'à former une pâte homogène qui est
ensuite filée à la presse et découpée en grains qui sont ensuite essorés, trempés,
séchés, lissés et graphités le cas échéant. Ce procédé est bien décrit dans l'ouvrage
de MM. Louis VENNIN, E. BURLOT et H. LECORCHE, "Les Poudres et Explosifs", publié
en 1932 à la Librairie Polytechnique Ch. BERANGER, pages 578 et suivantes. Ce procédé
conduit à de très bonnes poudres mais est d'une mise en oeuvre lourde et onéreuse
car il fait appel à une presse à filer et à des découpeuses et nécessite des investissements
lourds pour des raisons de sécurité. Par ailleurs le passage de la pâte dans une presse
à filer constitue un "goulot d'étranglement" dans le procédé qui limite les possibilités
au niveau des débits.
[0003] Si l'on veut fabriquer une poudre poreuse par ce procédé il convient d'introduire
dans la pâte au malaxage de grandes quantités de sel soluble, comme par exemple du
nitrate de potassium, qui sera éliminé au moment du trempage, ce qui a pour inconvénient
de donner comme sous-produit de grandes quantités d'eau salée qui sont une source
de pollution. Or il se trouve que les poudres poreuses sont plus vives que les poudres
non poreuses et que pour beaucoup d'applications on recherche des poudres poreuses
malgré l'inconvénient supplémentaire que présente leur fabrication. La vivacité d'une
poudre caractérise à la fois sa vitesse de combustion et la quantité de gaz émis dans
un temps donné de combustion.
[0004] L'homme de métier est donc à la recherche d'un procédé de fabrication de poudres
propulsives qui soit relativement simple, qui ne présente pas, si possible, de limitations
trop importantes au niveau des débits et qui permette d'obtenir des poudres de vivacité
correcte sans présenter les inconvénients inhérents aux procédés classiques de fabrication
des poudres poreuses.
[0005] Diverses recherches ont déjà été faites pour tenter de s'affranchir de la presse
et de la découpeuse. Ces recherches ont essentiellement abouti au procédé de fabrication
des poudres dites "sphériques". Selon ce procédé on fabrique un collodion de nitrocellulose
qui est dispersé dans l'eau, on chauffe la dispersion aqueuse de manière à provoquer
l'évaporation du solvant et on récupère des grains de nitrocellulose gélatinisée.
Ce procédé est par exemple décrit dans les brevets français 1 268 986, 1 213 125,
1 195 187, 1 177 887, 1 168 167, ou encore dans les brevets américains 3 200 092,
3 235 420, 3 251 823, 3 563 977.
[0006] Ce procédé présente l'avantage de permettre de grands débits de fabrication, mais
présente l'inconvénient majeur de consommer beaucoup d'énergie du fait qu'il nécessite
de chauffer de grandes quantités d'eau, par ailleurs il présente des inconvénients
sur le plan de la pollution en raison des grandes quantités d'eau contenant des gommes
qui sont laissées comme sous-produit.
[0007] Le problème d'un procédé de fabrication de poudres propulsives vives fines qui soit
simple, peu onéreux, qui ne présente pas ces inconvénients de pollution et qui permette
de grands débits reste donc posé et n'a pas été jusqu'à présent résolu de façon entièrement
satisfaisante.
[0008] La présente invention a précisément pour objet de fournir un procédé simple et peu
onéreux de fabrication de poudres propulsives fines en grains pour armes de petit
calibre et qui présentent une bonne vivacité.
[0009] Le procédé selon l'invention consiste à effectuer dans un appareil tournant la granulation
des matières de base, arrosées de solvant, à effectuer un premier séchage partiel
des granulés ainsi obtenus et à terminer la finition desdits granulés dans un arrondisseur
en présence éventuellement de solvant. Le procédé selon l'invention peut être effectué
en discontinu ou en continu selon les besoins et les capacités des appareillages disponibles.
[0010] L'invention concerne également, à titre de produit industriel nouveau, les poudres
propulsives en grains obtenues à l'aide du procédé selon l'invention.
[0011] La description qui suit illustre de manière détaillée la mise en oeuvre de l'invention
en se référant aux figures 1 et 2.
[0012] La figure 1 représente de façon schématique l'installation nécessaire à la mise en
oeuvre en continu du procédé selon l'invention.
[0013] La figure 2 est un diagramme indiquant l'ensemble des opérations nécessaires dans
un exemple de fabrication en continu selon l'invention.
[0014] Comme il a été dit plus haut le procédé selon l'invention consiste d'abord à effectuer
dans un appareil tournant la granulation des matières de base finement broyées et
arrosées par un solvant. Les matières de base finement broyées sont ainsi agglomérées
à l'aide du solvant sous forme de granulés de forme essentiellement sphérique. L'appareil
tournant est avantageusement un "plateau granulateur" encore appelé parfois "assiette
à granuler" très utilisé dans l'industrie des engrais ou des ciments, mais on peut
également utiliser tout appareil équivalent. Le plateau granulateur est alimenté de
manière régulière en matière de base et le solvant est pulvérisé très finement sur
les granulés en cours de constitution.
[0015] Le plateau se vide par débordement des granulés les plus gros qui s'y sont formés.
Le diamètre des granulés sortant du plateau dépend des matières premières de départ
et de leur broyage et peut être réglé comme suit :
- par le temps de séjour des granulés dans le plateau, temps qui est fonction à la
fois de la vitesse de rotation du plateau et de son inclinaison : plus le plan de
rotation du plateau est proche de la verticale et plus les granulés sont petits, on
préférera en général une inclinaison selon laquelle le plan de rotation du plateau
fait un angle voisin de 60° avec le plan horizontal,
- par le taux de solvant : plus il y a de solvant, plus gros sont les granulés.
[0016] Les matières de base agglomérées par le procédé selon l'invention sont constituées
par les différentes bases énergétiques solides utilisables dans la fabrication de
poudres propulsives en grains. On peut ainsi utiliser seules ou en mélange les bases
suivantes :
- de la nitrocellulose provenant soit directement de la nitration de la cellulose,
soit obtenue à partir de poudres régénérées,
- des poudres de récupération, qu'il s'agisse de poudres à simple base ou de poudres
multibases,
- des déchets de fabrication des poudres à double base fabriquées selon le procédé
dit "sans dissolvant" et encore appelées "poudres SD" et notamment les copeaux d'usinage
des blocs de poudre SD,
- de la "galette" c'est à dire le mélange nitrocellulose-nitroglycérine utilisé pour
la préparation des poudres SD.
[0017] Les matières de base de récupération sont, avant mise en oeuvre, broyées très finement,
le diamètre moyen des particules broyées étant préférentiellement inférieur à 300
microns pour les armes de calibres courants. Pour des raisons de sécurité le broyage
se fait sous eau ainsi que le mélange des matières broyées et des matières non broyées.
Le mélange de matières de base est ensuite essoré jusqu'à un degré d'humidité compris
entre 10 et 30 % et préférentiellement voisin de 20 % avant de passer sur le plateau
granulateur.
[0018] L'agglomération des matières de base sur le plateau granulateur se fait à l'aide
d'un solvant. Tous les solvants de l'une des bases solides peuvent être utilisés,
mais on préférera, pour des raisons de commodité de récupération, les solvants insolubles
ou peu solubles dans l'eau. C'est ainsi que l'on utilisera comme solvants lorsque
l'on se trouve en présence de nitrocellulose, des cétones comme la méthyl éthyl cétone,
la méthyl isobutyl cétone, les esters tels que l'acétate d'éthyle, l'acétate d'isopropyle,
l'acétate d'isobutyle, des nitroparaffines comme le nitrométhane.
[0019] Le solvant doit être pulvérisé finement au dessus des granulés. On peut y ajouter
en solution un stabilisant si celui-ci n'a pas été ajouté initialement aux matières
de base et éventuellement un produit plastifiant. Selon une réalisation préférée de
l'invention on ajoute au solvant un diluant qui doit être non solvant de la nitrocellulose,
mais soluble dans le solvant utilisé. On peut citer à titre d'exemple comme diluant
des hydrocarbures légers comme le white spirit ou l'essence A qui est une essence
contenant moins de 1 % de composés aromatiques et au moins 80 % d'hydrocarbures aliphatiques
linéaires et dont la température de distillation se situe entre 40 et 100°C. L'intérêt
du diluant est de permettre un règlage plus facile des propriétés balistiques des
granulés en évitant une gélatinisation trop poussée.
[0020] A leur sortie du plateau granulateur, les granulés subissent ensuite un premier séchage
partiel destiné à éliminer une partie de l'eau et des solvants et sont ensuite terminés
dans un arrondisseur en présence éventuellement de solvant.
[0021] Le premier séchage peut être effectué soit dans un séchoir classique, soit dans des
installations équivalentes comme par exemple un lit fluidisé. Les granulés sont alors
terminés dans un arrondisseur, cette dernière opération étant absolument nécessaire
à l'obtention d'une poudre propulsive en grains possédant des propriétés acceptables.
On entend par arrondisseur tout appareil tournant, muni ou non d'outils de brassage,
dans lequel la surface extérieure des granulés est travaillée. On peut avantageusement
utiliser comme arrondisseur un plateau granulateur analogue à celui utilisé pour la
granulation proprement dite, mais on peut également utiliser tout autre appareil du
commerce remplissant la fonction désirée. Dans le cas d'un procédé discontinu on pourra
avantageusement utiliser comme arrondisseur le plateau granulateur ayant servi à la
granulation des matières de base.
[0022] Le traitement en arrondisseur se fait avantageusement en présence de solvant et éventuellement
de diluant. On peut avantageusement profiter du passage dans l'arrondisseur pour ajouter
les constituants qui peuvent être fixés en surface des grains tels que par exemple
les modérateurs de combustion ou les agents anti-statiques comme le graphite.
[0023] Le taux d'arrosage total en solvant, diluant exclus, entre le plateau granulateur
et l'arrondisseur est en général compris entre 60 et 140 % en poids par rapport au
poids de matière de base sèche à traiter et se situe préférentiellement entre 80 et
120 %. Dans le cas où un diluant est utilisé, le rapport pondéral solvant/diluant
est préférentiellement compris entre 90/10 et 70/30.
[0024] Les granulés sortant de l'arrondisseur sont essorés et séchés. L'essorage consiste
essentiellement à éliminer le solvant et éventuellement le diluant et se fait de préférence
à température ambiante tandis que le séchage consiste essentiellement à éliminer l'eau
contenue dans les granulés et se fait de préférence à l'air chaud. Les granulés sont
alors tamisés, les granulés ayant la granulométrie souhaitée sont stockés tandis que
les autres sont recyclés après avoir subi éventuellement un broyage sous eau. Un premier
tamisage peut avantageusement se situer après le premier séchage et avant le traitement
dans l'arrondisseur. La figure 1 représente de façon schématique une installation
nécessaire à la mise en oeuvre en continu du procédé selon l'invention.
[0025] Une cuve de stockage 21 contient les matières de base qui doivent être broyées dans
le broyeur 23. Après broyage ces matières sont mélangées dans la trémie 24 avec les
matières qui ne nécessitent pas un broyage préalable en provenance de la cuve de stockage
22. Le mélange de matières de base est transporté par l'intermédiaire d'une bande
transporteuse 25 sur une bande pesante 26 et de là dans un émietteur 27 avant de tomber
dans un plateau granulateur 11 arrosé par un solvant en provenance de la cuve 35.
[0026] Les granulés formés sont récupérés sur une bande transporteuse 12 et passent sur
un tamis 13 avant de subir un premier séchage dans un lit fluidisé 14, ils sont ensuite
véhiculés par une bande transporteuse 15 dans un arrondisseur 16, à leur sortie de
l'arrondisseur 16 les granulés sont transportés par une bande transporteuse 17 dans
une trémie de stockage 18 avant de subir les derniers traitements.
[0027] La figure 2 est un diagramme représentant une possibilité de mise en oeuvre complète
du procédé en continu selon l'invention.
[0028] Les matières de base sont stockées dans des cuves de stockage 21 et 22. Les matières
de base stockées dans la cuve 21 sont broyées sous eau dans le broyeur 23 avant d'être
mélangées dans le mélangeur 24 aux matières en provenance de la cuve 22. Le mélange
de matières de base subit ensuite une élimination partielle de l'eau dans le séchoir
26 de manière à avoir une humidité convenable et passe ensuite dans l'émietteur 27
avant d'être introduit dans le plateau granulateur 11.
[0029] Le plateau 11 est arrosé par un liquide en provenance d'une cuve de mélange 35 alimentée
à partir de quatre cuves 31, 32, 33 et 34 contenant respectivement le plastifiant
en solution, le solvant, le diluant et le stabilisant en solution. A leur sortie du
plateau granulateur 11 les granulés sont tamisés sur le tamis 13 et subissent un premier
séchage dans le lit fluidisé 14 avant d'être retraités dans l'arrondisseur 16. L'arrondisseur
16 est alimenté en liquide à partir d'une cuve de mélange 36 contenant du solvant
et du diluant en provenance des cuves 32 et 33 ainsi que du modérateur de combustion
en provenance d'une cuve 37. On ajoute également en continu dans l'arrondisseur du
graphite en provenance d'un réservoir 38. A leur sortie de l'arrondisseur les granulés
sont essorés puis séchés dans l'enceinte 41 avant d'être tamisés sur le tamis 42.
Les solvants sont récupérés et recyclés vers la cuve de mélange 35. Les granulés ayant
une granulométrie correcte sont stockés dans une trémie 43 tandis que les granulés
les plus fins sont recyclés dans le mélangeur 24 et que les granulés les plus gros
sont dirigés vers le broyeur 23.
[0030] Le procédé selon l'invention présente les avantages suivants :
- il est simple et court et nécessite beaucoup moins de main d'oeuvre qu'un procédé
classique,
- il utilise des technologies éprouvées qui ne nécessitent que peu d'entretien
- il est sûr car, dans la mesure où les matières de base sont humides, on ne manipule
de poudre sèche qu'en fin de procédé à partir du séchage final. Sinon, pendant toutes
les opérations précédant ce séchage la poudre contient de l'eau, ce qui limite considérablement
les risques de prise en feu,
- il est économique puisqu'il ne nécessite que peu de main d'oeuvre et peu de matériels
complexes, qu'il est bien adapté au travail en continu et peut ainsi être fortement
automatisé et commandé à distance.
- enfin ce procédé est très souple et permet d'utiliser une large gamme de matières
de base permettant ainsi l'obtention de poudres propulsives fines en grains de nature
très diverses, il permet notamment la réutilisation de produits déclassés ou de produits
de récupération.
[0031] L'invention concerne également, à titre de produit industriel nouveau, les poudres
propulsives fines obtenues grâce au procédé selon l'invention. C'est en effet l'un
des aspects surprenant de l'invention que de permettre l'obtention de grains de poudres
propulsives de bonne vivacité sans utilisation de sel soluble. Les grains de poudres
sont obtenus à la sortie de l'arrondisseur et il est également surprenant de constater
que le premier passage sur le plateau granulateur ne permet pas l'obtention d'une
poudre propulsive correctement réglée mais que ce n'est qu'après un premier séchage
et un traitement dans l'arrondisseur que l'on obtient un produit présentant les caractéristiques
d'une poudre propulsive utilisable dans les armes de petit et moyen calibre du commerce
et principalement dans les fusils de chasse.
[0032] Les performances balistiques des poudres selon l'invention dépend de la nature des
matières de base et leur réglage peut se faire comme suit :
- par la composition des matières de base : plus le potentiel de ces matières est
élevé, plus la poudre sera vive,
- par le taux de solvant utilisé, plus.,ce taux est bas et plus la poudre sera vive,
- par la granulométrie, plus le diamètre des granulés est faible, plus vive sera la
poudre, on recherchera de préférence une granulométrie comprise entre 300 et 1600
microns,
- par le temps de séjour dans le plateau granulateur, plus ce temps est long, moins
la poudre sera vive,
- par la présence d'un diluant.
[0033] Les poudres selon l'invention peuvent être qualifiées d'hétérogènes en ce sens qu'observées
en coupe au microscope on n'observe pas une masse homogène mais on observe une masse
hétérogène légèrement poreuse dans laquelle on reconnaît individuellement les éléments
appartenant à chacune des matières de base.
[0034] La présente invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de mise en oeuvre
donnés ci-après à titre non limitatif.
Exemple 1
[0035] On a utilisé comme matière de base 85 % en poids de galette ayant la composition
suivante :
nitrocellulose : 62 parties en poids
nitroglycérine : 38 parties en poids
centralite : 1 partie en poids
et 15 % de copeaux de poudre SD finement broyés.
[0036] La matière de base a une humidité de 20 % , et le solvant utilisé est l'acétate d'éthyle
avec un taux d'arrosage de 98 %.
[0037] Ces matières de base sont granulées dans un plateau granulateur ayant un diamètre
de 600 mm et une hauteur d'assiette de 200 mm. Le plan de rotation du plateau est
incliné de 62° par rapport au plan de l'horizontale et la vitesse de rotation du plateau
est de 24 tours/minute. Le débit d'alimentation du plateau granulateur est de 6 kg/heure
de matière de base comptée sèche. Les granulés obtenus sont séchés 3 heures à température
ambiante et sont ensuite retraités dans un second plateau granulateur analogue au
premier et dans les mêmes conditions de débit et de vitesse de rotation.
[0038] On obtient ainsi une poudre de potentiel 1140 cal/g avec une masse volumique apparente
de 650 kg/m
3 pour la coupe granulométrique comprise entre 1 250 et 1 600 microns. Cette poudre
est tirée dans un fusil de chasse de calibre 12 mm, dans les conditions suivantes
:
- charge de plomb : 32 g
- charge poudre : 1,85 g
- bourre feutre
[0039] Les résultats de tir sont les suivants :
- vitesse initiale des plombs : 370 m/s
- pression maximale dans l'arme : 530 bars
Exemple 2
[0040] On opère avec le matériel de l'exemple 1 et dans les mêmes conditions opératoires
mais avec les matières suivantes :
- 100 % de galette de composition nitrocellulose : 50 parties nitroglycérine : 31
parties dinitrotoluène : 18 parties centralite : 1 partie
[0041] Les conditions opératoires sont :
- humidité : 20 %
- solvant : acétate d'éthyle
- taux d'arrosage : 70 %
- débit d'alimentation : 8 kg/h
[0042] On obtient ainsi une poudre ayant un potentiel de 988 cal/g et une masse volumique
apparente de 550 kg/m
3 pour la coupe granulométrique comprise entre 800 et 1 250 microns. Cette poudre est
tirée dans un fusil de chasse de calibre 12 mm dans les conditions suivantes :
- charge de plomb : 32 g
- charge de poudre : 2 g
- bourre feutre
[0043] Les résultats de tir sont les suivants :
- vitesse initiale des plombs : 394 m/s
- pression maximale dans l'arme : 557 bars
Exemple 3
[0044] On opère avec le matériel de l'exemple 1 et dans les mêmes conditions opératoires
mais avec les matières suivantes :
- 60 % de galette de composition nitrocellulose : 60 parties nitroglycérine : 40 parties
- 10 % de copeaux de SD broyés
- 30 % de poudre à simple base à la nitrocellulose, broyée.
[0045] Les conditions opératoires sont :
- humidité : 12 %
- solvant : acétate d'isobutyle
- diluant : essence A
- rapport solvant/diluant : 70/30
- stabilisant : 1 % de centralite introduite dans le solvant
- taux d'arrosage : 60 %
- débit d'alimentation : 6,4 kg/h
[0046] On obtient ainsi une poudre ayant un potentiel de 1 040 cal/g et une masse volumique
apparente de 680 kg/m
3 pour la coupe granulométrique comprise entre 500 et 800 microns. Cette poudre est
tirée dans un fusil de chasse de calibre 12 mm dans les conditions suivantes :
- charge de plomb : 32 g
- charge de poudre : 1,65 g
- bourre feutre
[0047] Les résultats de tir sont les suivants :
- vitesse initiale des plombs : 375 m/s
- pression maximale dans l'arme : 580 bars
Exemple 4
[0048] On utilise comme matière de base de la galette de composition :
nitrocellulose : 62 parties
nitroglycérine : 38 parties
centralite : 1 partie
[0049] L'humidité est de 20 % et le solvant utilisé est l'acétate de butyle.
[0050] Cette galette est granulée dans un plateau granulateur ayant un diamètre de 1 200
mm et une hauteur d'assiette de 250 mm. Le plan de rotation du plateau est incliné
de 57° par rapport au plan de l'horizontale et la vitesse de rotation est de 20 tours
par minute. Le débit d'alimentation est de 12 kg/heure de matière de base comptée
sèche avec un taux d'arrosage de 72 %. Les granulés sont séchés 3 heures à température
ambiante et sont ensuite retraités dans un second plateau granulateur dans des conditions
analogues.
[0051] On obtient ainsi une poudre de potentiel 1 185 cal/g avec une masse volumique apparente
de 650 kg/m
3 pour la coupe granulométrique comprise entre 1 240 et 1 600 microns. Cette poudre
est tirée dans un fusil de chasse de calibre 12 mm, dans les conditions suivantes
:
- charge de plomb : 32 g
- charge de poudre : 2,0 g
- bourre feutre
[0052] Les résultats de tir sont les suivants :
- vitesse initiale des plombs : 395 m/s
- pression maximale dans l'arme : 510 bars
Exemple 5
[0053] Cet exemple montre l'influence d'un taux d'humidité trop élevé dans les matières
de base sur les performances de la poudre.
[0054] On granule dans l'appareillage et dans les conditions de l'exemple 1 de la galette
de composition :
- nitrocellulose : 67 parties
- nitroglycérine : 19,5 parties
- dinitrotoluène : 2,5 parties
- centralite : 1 partie
[0055] Le taux d'humidité de la galette est de 40 %, le solvant utilisé de la méthyl éthyl
cétone avec un taux d'arrosage de 140 %. On obtient ainsi une poudre ayant un potentiel
de 1 045 cal/g mais dont la vivacité des grains pour la coupe granulométrique comprise
entre 800 et 1 600 microns est trop forte pour une utilisation normale dans une arme
de chasse. Cette poudre pourrait convenir pour des applications très particulières,
par exemple pour de très faibles charges de plombs.
1. Procédé de fabrication de poudres propulsives fines en grains, caractérisé en ce
que l'on effectue dans un appareil tournant (11) la granulation des matières de base
arrosées par un solvant de l'une des bases solides et en ce que l'on effectue un premier
séchage des granulés obtenus qui sont ensuite terminés dans un arrondisseur (16).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit appareil tournant
(11) est un plateau granulateur.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit arrondisseur (16)
est un plateau granulateur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que
ledit solvant est un solvant de la nitrocellulose.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit solvant est peu ou
pas soluble dans l'eau.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit solvant est choisi
dans le groupe constitué par la méthyl éthyl cétone, la méthy1 isobutyl cétone, l'acétate
d'éthyle, l'acétate d'isopropyle, l'acétate d'isobutyle, le nitrométhane.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que
le taux d'arrosage total en solvant est compris entre 60 et 140 %.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que
l'on ajoute audit solvant un diluant.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit diluant est un hydrocarbure
léger.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, carac- férisé en ce qu'il
est discontinu.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il
est continu.
12. A titre de produit industriel nouveau la poudre propulsive en grains obtenue par
le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.