La présente invention se rapporte au domaine technique des initiateurs électro-pyrotechniques. Plus précisément, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique. Ce procédé de fabrication s'adapte à n'importe quel type d'initiateur. Il s'agit soit d'initiateurs détonants, encore appelés détonateurs, soit d'initiateurs type allumeurs, destinés à l'allumage de poudre propulsive ou de substance génératrice de gaz. Dans ce dernier cas, l'application la plus courante est celle des allumeurs pour dispositifs de sécurité destinés à protéger les occupants d'un véhicule automobile.

Un initiateur électro-pyrotechnique est constitué d'un élément résistif chauffant et d'une substance thermosensible. L'élément résistif peut se présenter sous la forme d'un filament, d'un élément plat de petite dimension et très mince déposé sur un support de circuit imprimé ou d'un pont résistif ou semi-conducteur en couches minces.

Lorsqu'un courant électrique circule dans l'élément résistif, ce dernier est chauffé par effet Joule et de ce fait allume la substance thermosensible. Cette dernière doit donc être en étroit contact avec l'élément résistif afin d'assurer de façon fiable le transfert de chaleur entre l'élément résistif et la substance thermosensible. Ceci est généralement obtenu en exerçant sur ladite substance, à l'état pulvérulent, une importante force de compression dirigée vers l'élément résistif et assurant ainsi l'intime contact et son maintien. Un tel procédé de compression présente des inconvénients. En effet, pour être capable de supporter une telle force de compression sans être déformée, la structure de l'initiateur doit comporter des éléments très robustes, tels qu'une bague de compression par exemple. De plus, le procédé d'assemblage de l'initiateur nécessite la mise en oeuvre de moyens importants pour doser et comprimer la substance pulvérulente. On utilise généralement une trémie de distribution et une presse hydraulique. Un tel procédé est généralement effectué sous une pression de l'ordre de 1000 bars. Un tel procédé, souvent employé dans l'industrie, nécessite donc d'importants moyens de protection du personnel contre les risques inhérents à la mise en oeuvre et à la compression de matières explosives sèches. Par ailleurs, lors de la compression, l'élément résistif peut être endommagé.

Afin de palier aux inconvénients des techniques de compression, précédemment décrits, et d'assurer un étroit contact de la substance pyrotechnique avec l'élément résistif et ce de manière stable et figée dans le temps, l'homme du métier a alors cherché à « coller » la substance thermosensible sur l'élément résistif. La substance thermosensible est alors déposée sous la forme d'une peinture compacte et adhérente au support.

Un premier mode de réalisation est d'utiliser des solvants. Le brevet FR 2704944 et son correspondant US 5544585 décrivent un tel mode de réalisation. La laque explosive décrite dans ce brevet est constituée par un explosif primaire ou un mélange oxydant-réducteur thermosensible additionné de 2 à 15% de liant filmogène, préalablement mis en solution dans un solvant. La laque est déposée sur l'élément résistif et le solvant est évaporé.

Une autre réalisation connue est celle décrite dans la demande de brevet FR 2794235 déposée sous priorité US 09275555. La laque explosive comprend une matière pyrotechnique sous forme de particules et un liant constitué d'une résine polymérique en particules. La laque peut en outre comprendre un solvant, l'alcool éthylique. La laque est d'abord déposée sur l'élément résistif puis chauffée à une première température, de l'ordre de 100°C, pour chasser le solvant puis à une deuxième température de l'ordre de 150°C, pour agglomérer entre elles les particules du liant et pour lier la laque à l'élément résistif.

Ces deux modes de réalisation présentent des inconvénients. En effet, dans un atelier destiné à de gros volumes de production, la nécessité de manipuler une substance explosive en présence de solvants volatils inflammables et de chauffer de telles substances à de fortes températures représente une contrainte non négligeable sur le plan de la sécurité. De plus, des vapeurs toxiques peuvent être produites lors de l'élimination du solvant volatil.

Un autre mode de réalisation connu pour coller la substance thermosensible sur l'élément résistif est la polymérisation in situ. Le brevet FR 2781878 décrit un tel mode de réalisation. La substance thermosensible comprend de 40 à 60% en poids de substance pyrotechnique pulvérulente en suspension dans 60 à 40% en poids de liant inerte, susceptible de durcir par polymérisation. La substance thermosensible est déposée sur l'élément résistif et la polymérisation est obtenue par chauffage ou par rayonnement. Ce mode de réalisation nécessite dans la pratique des teneurs élevées en liant. Cela limite donc la proportion de matière pyrotechnique dans la substance thermosensible, augmente sa dispersion, et de ce fait diminue la sensibilité de l'initiateur.

L'homme du métier est donc toujours à la recherche d'un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique qui ne présente pas de risques pour la sécurité du personnel et qui permette de déposer et de coller sur l'élément résistif une substance thermosensible, de manière fiable et stable dans le temps.

La présente invention a pour objet un tel procédé.

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un initiateur électro-pyrotechnique comprenant une laque pyrotechnique initiée par un élément résistif chauffant, caractérisé en ce que ladite laque pyrotechnique est obtenue, par dépôt sur l'élément résistif, d'une colle aqueuse constituée d'une dispersion d'une substance explosive et d'additifs dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère choisi parmi les copolymères éthylène/acétate de vinyle et les copolymères acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène, puis par séchage de ladite colle aqueuse à une température comprise entre 55°C et 75°C. Dans la présente demande, on appelle laque l'élément solide obtenu par évaporation de l'eau contenue dans la goutte de colle aqueuse déposée sur l'initiateur. Cette laque est aussi parfois appelée perle d'allumage.

L'invention présente l'avantage de ne pas mettre en oeuvre de solvants volatils et inflammables. En effet, seule de l'eau est utilisée. Contrairement aux préjugés indiqués dans le brevet FR 2781878, l'eau est éliminée facilement, l'étape de séchage n'est pas longue et cela ne dégrade pas les performances de la substance thermosensible.

Un autre avantage de l'invention est de réaliser une dispersion de la substance explosive dans une suspension aqueuse à base d'un copolymère. Cela permet d'insensibiliser la substance explosive et de la manipuler sans danger à l'état liquide.

La colle aqueuse est déposée liquide sur l'élément résistif sous la forme d'une goutte calibrée, à l'aide d'un laqueur comprenant un doseur pneumatique. La goutte de colle aqueuse est ensuite séchée à une température comprise entre 55°C et 75°C, de préférence à 60°C. Le fait de chauffer à une température inférieure à 80°C permet d'éviter la formation de bulles et donc un mauvais contact avec l'élément résistif.

Le séchage est effectué selon un mode de séchage courant dans l'industrie tel que le rayonnement infra-rouge, l'air chaud pulsé ou l'induction. Un mode de séchage préféré est le rayonnement infra-rouge.

La substance explosive entrant dans la composition de la colle aqueuse est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur. Selon une première variante préférée de l'invention, l'explosif primaire est un sel de dinitrobenzofuroxane et, mieux encore, l'explosif primaire est le dinitrobenzofuroxanate de potassium. Selon une deuxième variante préférée de l'invention, la substance explosive est un mélange de zirconium et de perchlorate de potassium.

Ce procédé de réalisation permet de réaliser des colles aqueuses exemptes de plomb. En effet, la substance explosive entrant dans la composition peut être exempte de plomb, ce qui permet de réaliser des colles aqueuses compatibles avec l'environnement.

La teneur en substance explosive de la laque pyrotechnique après séchage est comprise entre 65% et 95% en poids par rapport au poids total de la laque pyrotechnique.

La teneur en eau de la colle aqueuse avant séchage est comprise entre 55% et 70% en poids par rapport au poids total de la colle aqueuse. Ce procédé de réalisation permet donc d'avoir, avant séchage, une proportion importante d'eau, ce qui facilite la mise en oeuvre et après séchage, une proportion importante de substance explosive, ce qui rend l'initiateur très réactif.

Selon une variante préférée de l'invention, la suspension aqueuse à base de copolymère est obtenue par mise en émulsion de copolymère éthylène/acétate de vinyle ou acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène en présence de tensioactif. Les tensioactifs préférés sont les tensioactifs anioniques et l'alcool polyvinylique. La quantité de tensioactif utilisée est comprise entre 0,1 % et 2 % en poids par rapport au poids de la suspension aqueuse à base de copolymère.

Selon une autre variante préférée de l'invention, la suspension aqueuse à base de copolymère comprend en outre un plastifiant. Ce plastifiant est choisi parmi les phtalates. Un plastifiant préféré est le phtalate de dibutyle. Ce composé permet d'améliorer l'adhérence de la colle sur l'élément résistif et d'ajuster la dureté de la colle. La quantité de plastifiant est comprise entre 0 % et 20 % en poids par rapport au poids de la suspension aqueuse à base de copolymère.

De préférence, le copolymère est un copolymère éthylène/acétate de vinyle et la proportion d'éthylène est comprise entre 10 et 30% en poids par rapport au poids total du copolymère éthylène/acétate de vinyle. La quantité de copolymère est comprise entre 50 % et 60 % en poids par rapport au poids total de la suspension aqueuse à base dudit copolymère.

Selon une variante préférée de l'invention, la colle aqueuse comprend en outre des additifs tels qu'un agent épaississant et un marqueur RX.

L'agent épaississant est à base de cellulose modifiée, cela permet d'ajuster la viscosité de la colle, entre 6,5 et 9 Pa.s, au procédé de dépôt. On peut citer notamment comme agent épaississant l'hydroxypropylcellulose, la carboxyméthylcellulose, la méthylhydroxypropylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose et la carboxyméthylhydroxyéthylcellulose. La quantité d'agent épaississant est comprise entre 0,5 et 2,5 % en poids par rapport au poids total de la colle aqueuse avant séchage.

Enfin, la colle peut aussi contenir un marqueur RX. Son rôle est de rendre la colle opaque aux rayons X dans le cas où les autres constituants de la colle aqueuse, et en particulier la substance explosive, ne contiennent pas de métaux lourds. Le marqueur RX est constitué par une poudre de métal ou un sel de métal, ledit métal devant absorber suffisamment les rayons X, tout en étant compatible avec l'environnement. Il est préférentiellement choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent. Ce marqueur permet donc de contrôler l'initiateur au niveau de son procédé de fabrication.

L'originalité fondamentale de l'invention réside dans le fait d'utiliser une colle aqueuse comprenant une substance explosive et un copolymère en suspension dans l'eau. La colle est déposée à l'aide d'un laqueur comprenant un doseur pneumatique, sous la forme d'une goutte calibrée sur l'élément résistif chauffant puis l'eau est évaporée. L'évaporation de l'eau et la nature du copolymère permettent d'obtenir, comme le montrent les essais effectués, une très bonne adhérence de la colle sur l'élément résistif.

L'invention concerne également un initiateur électro-pyrotechnique réalisé selon le procédé précédemment décrit, comprenant une laque pyrotechnique initiée par un élément résistif chauffant, caractérisé en ce que ladite laque pyrotechnique comprend :

• de 60 à 95% en poids de substance explosive,
• de 5 à 15% en poids de tensioactif et de copolymère éthylène/acétate de vinyle ou acétate de vinyle/acétate d'éthylène/éthylène,
• de 0 à 25% en poids d'additifs.

Le tensioactif est choisi parmi les tensioactifs anioniques et l'alcool polyvinylique.

Les additifs contiennent un agent épaississant et un marqueur RX. L'agent épaississant permet d'ajuster la viscosité de la colle, il est à base de cellulose modifiée. Le marqueur RX permet de rendre la laque pyrotechnique opaque aux rayons X. C'est une poudre de métal ou un sel de métal, le métal étant choisi dans le groupe constitué par le tungstène, le zirconium, le bismuth ou l'argent.

La substance explosive est choisie dans le groupe constitué par les explosifs primaires et les mélanges oxydant-réducteur. Un explosif primaire préféré est un sel de dinitrobenzofuroxanne, et mieux encore le dinitrobenzofuroxanate de potassium et un mélange oxydant-réducteur préféré est le mélange zirconium/perchlorate de potassium.

Un tel initiateur électro-pyrotechnique fonctionne avec n'importe quel type d'élément résistif chauffant. De préférence, l'élément résistif chauffant est un filament cylindrique, un pont directement photogravé sur un support de circuit imprimé ou un pont en couches minces monté en surface sur un support de circuit imprimé.

Selon une variante préférée de l'invention, la substance explosive est un explosif primaire et l'élément résistif est un pont semi-conducteur souvent désigné par l'abréviation SCB provenant de sa désignation anglo-saxonne "semi conductor bridge".

On décrit ci-après une réalisation préférée de l'invention en se référant aux figures 1 et 2.

La figure 1 représente, vu en coupe, un initiateur électro-pyrotechnique réalisé selon le procédé objet de l'invention, dans lequel l'élément résistif est monté en surface.

La figure 2 est un schéma du dispositif permettant de réaliser le procédé objet de l'invention.

En se reportant plus particulièrement à la figure 1, on observe que cet initiateur électro-pyrotechnique 1 est réalisé à partir d'une traversée verre/métal comportant un chemisage métallique 9 et un élément isolant 2 portant les deux électrodes 3, 4. Chacune de ces deux électrodes 3, 4 présente, d'une part, une extrémité supérieure fixée par soudure à un circuit imprimé 5 comportant un élément résistif chauffant 11 du type CMS ("composant monté en surface"), et d'autre part, une extrémité inférieure destinée à être connectée à une fiche tubulaire correspondante. Le circuit imprimé 5 est lui-même rapporté sur l'élément isolant 2. Une laque pyrotechnique 6 est collée sur le circuit imprimé 5 et l'élément résistif 11 et est surmontée par un capuchon métallique 7 renfermant une composition pyrotechnique renforçatrice 8, ce capuchon métallique 7 étant soudé sur le chemisage 9 métallique cylindrique de la traversée verre/métal.

Un surmoulage 10 de résine thermoplastique enrobe partiellement les électrodes 3, 4 et assure, avec le capuchon métallique 7, l'étanchéité de l'initiateur 1.

En se référant à la figure 2, on décrit maintenant un mode préféré de réalisation de l'initiateur décrit précédemment.

On place dans un véhicule 13 des initiateurs électro-pyrotechniques 1 non encore assemblés avec le capuchon métallique 7 et la composition pyrotechnique renforçatrice 8. Ce véhicule 13 contient 10 rangées de 20 inflammateurs.

Le véhicule 13 est placé sur un tapis transporteur 14.On place dans un laqueur 15, représenté en coupe, 20g de colle aqueuse. La colle aqueuse est constituée de 2,5% en poids d'éthylène vinylpolyacétate et de tensioactif, de 29% en poids de dinitrobenzofuroxanate de potassium, de 8% en poids de tungstène, de 59,5% en poids d'eau et on rajoute 1% en poids d'hydroxypropyl cellulose pour ajuster la viscosité aux environs de 8 Pa.s. Le laqueur 15 est constitué d'un agitateur rotatif 16. Cet agitateur rotatif 16 est mis en mouvement avec une vitesse de rotation de 35 ± 5 tours par minute afin de maintenir en suspension les éléments de la colle.

On créé, dans l'atmosphère surmontant la colle, à l'aide d'un doseur pneumatique 18 une surpression temporaire sur la colle aqueuse afin de permettre la constitution de gouttes de colle aqueuse au niveau de la buse 19 de diamètre 0,85mm.

Le véhicule 20 contenant les inflammateurs dont l'élément résistif 11 est recouvert d'une goutte de colle aqueuse est ensuite amené, par le tapis transporteur 14 dans un four 21 à rayonnement infra-rouge. La température du four est de 60°C et la durée de séjour des inflammateurs dans le four est de 30 minutes.

On récupère ensuite, à la sortie du four, le véhicule 22 contenant les inflammateurs séchés, c'est-à-dire recouvert d'une goutte de laque pyrotechnique 6 de masse 9mg ± 3mg.

Après séchage, la laque pyrotechnique est constituée de 72% en poids de dinitrobenzofuroxanate de potassium, de 6% en poids d'éthylène vinylpolyacétate et de tensioactif, de 2% en poids d'hydroxypropyl cellulose et de 20% en poids de tungstène en poudre.

Les exemples qui suivent illustrent les performances des initiateurs électro-pyrotechniques réalisés selon le procédé objet de l'invention. Pour mesurer ces performances, on a testé deux compositions de laque pyrotechnique, une composition A selon l'invention et une composition B selon l'état de la technique.

- dinitrobenzofuroxanate de potassium 29,0 ± 1,0% - eau 59,5 ± 1,0% - éthylène vinylpolyacétate (EVA) + alcool polyvinylique 2,5 ± 0,2% - hydroxypropyl cellulose 1,0 ± 0,05% - tungstène en poudre 8,0 ± 1,0%

La suspension aqueuse d'éthylène vinylpolyacétate est commercialisée par la société Labord SA sous la dénomination 239M.
* laque pyrotechnique selon l'invention, après séchage : - dinitrobenzofuroxanate de potassium 72,0 ± 1,0% - éthylène vinylpolyacétate (EVA) + alcool polyvinylique 6,0 ± 0,5% - hydroxypropyl cellulose 2,0 ± 0,05% - tungstène en poudre 20,0 ± 1,0%

- trinitrorésorcinate neutre de plomb ultra-fin 59,1 ± 1,0% - acétochlorure de polyvinyle 5,8 ± 0,5% - méthyléthylcétone 19,8 ± 1,0% - acétate de butyle 14,9 ± 1,0% - dilaurate de dibutylétain (stabilisant) . 0,4 ± 0,05%

* laque pyrotechnique selon l'état de la technique, après séchage : - trinitrorésorcinate neutre de plomb ultra-fin 90,5 ± 1,0% - acétochlorure de polyvinyle 8,9 ± 0,5% - dilaurate de dibutylétain (stabilisant).. 0,6 ± 0,05%

Deux types d'essais permettent de quantifier l'adhérence de la laque pyrotechnique sur l'élément résistif. Pour réaliser ces deux essais, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique décrit précédemment.

Le premier essai consiste à soumettre l'initiateur à une accélération supérieure à 20 000g, soit supérieure à 196 000m/s² dans le sens positif de l'axe de l'initiateur perpendiculaire au plan de collage de la laque pyrotechnique.

Ce test est renouvelé sur le même initiateur jusqu'à mettre en évidence la séparation de la laque pyrotechnique de l'élément résistif sur lequel elle est collée.

Un second essai consiste à tester l'adhérence d'une laque pyrotechnique non active, c'est-à-dire dans laquelle la substance explosive a été remplacée, pour des raisons de sécurité, par une substance inerte, sur un support métallique. Pour cela, on colle deux éprouvettes avec cette laque pyrotechnique non active, on effectue un essai de traction sur ces deux éprouvettes et on mesure la contrainte maximale que peut supporter la laque pyrotechnique.

1^er essai : pourcentages de pièces qui se décollent 2^ème essai : contrainte maximale mesurée pour obtenir le décollement des 2 éprouvettes Composition A (ou composition A modifiée pour le 2^ème essai) 10 % des pièces se décollent après 7 essais 9,3 N/cm² Composition B (ou composition B modifiée pour le 2^ème essai) 40 % des pièces se décollent après 1 seul essai 1,1 N/cm²

Le premier essai montre que les allumeurs comprenant un initiateur réalisé selon le procédé objet de l'invention peuvent supporter jusqu'à 6 fois 20 000g d'accélération, c'est-à-dire jusqu'à 6 fois une accélération de 196 000 m/s².

La laque pyrotechnique selon l'invention (composition A) présente donc une meilleure adhérence sur l'élément résistif. Dans le cadre du second essai, on voit que la contrainte maximale mesurée pour obtenir le décollement des deux éprouvettes collées par la perle d'allumage de composition A, c'est-à-dire selon l'invention, est 8,5 fois supérieure à celle mesurée pour obtenir le décollement des deux éprouvettes collées par la perle d'allumage de composition B, c'est-à-dire selon l'état de la technique.

Pour réaliser ce test de performance, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique décrit précédemment.

Ce test consiste à conditionner l'initiateur à -40°C pendant 2 heures puis à le placer dans une bombe manométrique et à le soumettre à une impulsion électrique d'une amplitude de 1,2A pendant 2ms. On mesure alors la pression générée par l'initiateur à l'intérieur de la bombe. On appelle "temps d'apparition de pression" le temps nécessaire pour qu'une pression de 0,2.10⁵ Pa, soit 0,2 bar soit générée à l'intérieur de la bombe manométrique.

On prend comme temps t0 le moment où l'on envoie l'impulsion électrique.

Temps d'apparition de pression Initiateur dont l'élément résistif est recouvert de la composition A 0,3 ms - 0,4 ms Initiateur dont l'élément résistif est recouvert de la composition B 0,6 ms - 1 ms

Les initiateurs dont l'élément résistif est recouvert de la laque pyrotechnique selon l'invention (composition A) donnent des temps de fonctionnement plus courts et plus reproductibles que les initiateurs selon l'état de la technique (composition B).

Pour réaliser ce test, on utilise l'initiateur électro-pyrotechnique précédemment décrit. On sépare physiquement la charge renforçatrice du corps de l'initiateur.

A cet effet, on place dans une bombe manométrique d'une part l'initiateur comprenant seulement l'élément résistif recouvert de la laque pyrotechnique et d'autre part la charge renforçatrice. Ces deux éléments sont placés à une distance calibrée l'un de l'autre. On soumet, à température ambiante, l'initiateur à une impulsion électrique d'une amplitude de 1,2A pendant 2ms. On enregistre la courbe de pression et on mesure les temps correspondants à la première montée en pression et à la deuxième montée en pression, à partir du temps to correspondant au début de l'impulsion électrique. On calcule ensuite le temps Δt qui s'écoule entre les deux montées en pression (Δt = t₂ - t₁).

La première montée en pression est due à la combustion de la laque pyrotechnique et la deuxième montée en pression est due à la combustion de la charge renforçatrice.

On effectue cet essai sur des initiateurs neufs et sur des initiateurs vieillis (vieillissement accéléré de 400 heures à 107°C).

Temps Δt dans le cas d'initiateurs neufs Temps Δt dans le cas d'initiateurs vieillis Composition A 0,79 ms 0,88 ms Composition B 1,02 ms 3,88 ms

Ce test montre donc que la laque pyrotechnique objet de l'invention possède un meilleur pouvoir d'allumage de la charge renforçatrice de l'initiateur qu'une laque pyrotechnique selon l'état de la technique, cela se remarque d'autant plus avec des initiateurs vieillis.