La pólvora sin humo es un tipo de propulsor utilizado en armas de fuego y artillería que produce menos humo y menos suciedad cuando se dispara en comparación con la pólvora negra . Debido a su uso similar, tanto la formulación original de pólvora negra como el propulsor sin humo que la reemplazó se describen comúnmente como pólvora . Los productos de combustión de la pólvora sin humo son principalmente gaseosos, en comparación con alrededor del 55% de productos sólidos (principalmente carbonato de potasio , sulfato de potasio y sulfuro de potasio ) de la pólvora negra. [1] Además, la pólvora sin humo no deja la suciedad espesa y pesada del material higroscópico asociado con la pólvora negra que causa la oxidación del cañón. [2]
A pesar de su nombre, la pólvora sin humo no está completamente libre de humo ; [3] : 44 aunque puede haber poco humo perceptible proveniente de las municiones de armas pequeñas, el humo proveniente del fuego de artillería puede ser sustancial.
Inventado en 1884 por Paul Vieille , las formulaciones más comunes se basan en nitrocelulosa , pero el término también se utilizó para describir varias mezclas de picrato con oxidantes de nitrato , clorato o dicromato durante finales del siglo XIX, antes de que se hicieran evidentes las ventajas de la nitrocelulosa. [4] : 146–149
Las pólvoras sin humo suelen clasificarse como explosivos de la división 1.3 según las Recomendaciones de las Naciones Unidas relativas al transporte de mercancías peligrosas – Reglamento modelo , reglamentos regionales (como el ADR ) y reglamentos nacionales. Sin embargo, se utilizan como propulsores sólidos ; en el uso normal, sufren deflagración en lugar de detonación .
La pólvora sin humo hizo posible la fabricación de armas de fuego de carga automática con muchas piezas móviles (que de otro modo se atascarían o se atascarían bajo la densa capa de pólvora negra). La pólvora sin humo permitió el desarrollo de armas de fuego semiautomáticas y totalmente automáticas modernas, así como de cañones y culatas más ligeros para la artillería.
Antes de la introducción generalizada de la pólvora sin humo, el uso de pólvora negra causaba muchos problemas en el campo de batalla. Los comandantes militares desde las guerras napoleónicas informaron de dificultades para dar órdenes en un campo de batalla oscurecido por el humo de los disparos. Las señales visuales no se podían ver a través del espeso humo de la pólvora utilizada por los cañones. A menos que hubiera un viento fuerte, después de unos pocos disparos, los soldados que usaban munición de pólvora tenían la vista oscurecida por una enorme nube de humo, y este problema empeoró con el aumento de la cadencia de fuego. En 1884, durante la batalla de Tamai, las tropas sudanesas pudieron romper el cuadro de infantería británica armada con Martini-Henries gracias a eso. [5] Los tiradores que disparaban desde posiciones ocultas corrían el riesgo de revelar sus ubicaciones con una nube de humo.
La pólvora se quema en un proceso relativamente ineficiente que produce presiones más bajas, lo que la hace aproximadamente un tercio tan potente como la misma cantidad de pólvora sin humo. [6]
Una parte importante de los productos de combustión de la pólvora son sólidos, que también son higroscópicos , lo que significa que atraen la humedad del aire y hacen que sea obligatorio limpiarlos después de cada uso para evitar la acumulación de agua en el cañón que puede provocar corrosión y fallas prematuras. Estos sólidos también son responsables de la tendencia de la pólvora a producir graves incrustaciones que hacen que los mecanismos de retrocarga se atasquen y pueden dificultar la recarga.
La nitroglicerina fue sintetizada por el químico italiano Ascanio Sobrero en 1847. [7] : 195 Posteriormente fue desarrollada y fabricada por Alfred Nobel como explosivo industrial bajo la marca registrada " Dynamite ", pero incluso entonces no era adecuada como propulsor: a pesar de sus cualidades energéticas y sin humo, detona a velocidad supersónica , en lugar de deflagrar suavemente a velocidades subsónicas, lo que la hace más propensa a romper el cañón de un arma en lugar de impulsar un proyectil fuera de él. La nitroglicerina también es muy sensible a los golpes, lo que la hace inadecuada para ser transportada en condiciones de campo de batalla.
Un gran paso adelante fue la invención del algodón pólvora , un material basado en nitrocelulosa, por el químico alemán Christian Friedrich Schönbein en 1846. Promovió su uso como explosivo explosivo [8] : 28 y vendió los derechos de fabricación al Imperio austríaco . El algodón pólvora era más potente que la pólvora, pero al mismo tiempo era una vez más algo más inestable. John Taylor obtuvo una patente inglesa para el algodón pólvora; y John Hall & Sons comenzó la fabricación en Faversham .
El interés inglés languideció después de que una explosión destruyera la fábrica de Faversham en 1847. El barón austríaco Wilhelm Lenk von Wolfsberg construyó dos plantas de algodón pólvora para producir propulsor de artillería, pero también era peligroso en condiciones de campo, y las armas que podían disparar miles de balas con pólvora negra llegaban al final de su vida útil después de solo unos pocos cientos de disparos con el algodón pólvora más potente. Las armas pequeñas no podían soportar las presiones generadas por el algodón pólvora.
Después de que una de las fábricas austriacas explotara en 1862, Thomas Prentice & Company comenzó a fabricar algodón pólvora en Stowmarket en 1863; y el químico del Ministerio de Guerra británico Sir Frederick Abel inició una investigación exhaustiva en Waltham Abbey Royal Gunpowder Mills que condujo a un proceso de fabricación que eliminaba las impurezas de la nitrocelulosa, lo que la hacía más segura de producir y un producto estable y más seguro de manipular. Abel patentó este proceso en 1865 cuando explotó la segunda fábrica austriaca de algodón pólvora. Después de que la fábrica de Stowmarket explotara en 1871, Waltham Abbey comenzó a producir algodón pólvora para torpedos y ojivas de minas . [4] : 141–144
En 1863, el capitán de artillería prusiano Johann F. E. Schultze patentó un propulsor para armas pequeñas de madera dura nitratada impregnada con salitre o nitrato de bario . Prentice recibió una patente en 1866 para una pólvora deportiva de papel nitratado fabricada en Stowmarket, pero la uniformidad balística se vio afectada ya que el papel absorbía la humedad atmosférica. En 1871, Frederick Volkmann recibió una patente austriaca para una versión coloidal de la pólvora Schultze llamada Collodin , que fabricó cerca de Viena para su uso en armas de fuego deportivas. Las patentes austriacas no se publicaron en ese momento, y el Imperio austríaco consideró la operación una violación del monopolio gubernamental sobre la fabricación de explosivos y cerró la fábrica Volkmann en 1875. [4] : 141–144
En 1882, la Explosives Company de Stowmarket patentó una fórmula mejorada de algodón nitrado gelatinizado con éter-alcohol con nitratos de potasio y bario . Estos propulsores eran adecuados para escopetas, pero no para rifles, [9] : 138–139 porque el estriado genera resistencia a una expansión suave del gas, que se reduce en las escopetas de ánima lisa .
En 1884, Paul Vieille inventó una pólvora sin humo llamada Poudre B (abreviatura de poudre blanche , pólvora blanca, a diferencia de la pólvora negra ) [7] : 289–292 hecha de 68,2% de nitrocelulosa insoluble , 29,8% de nitrocelulosa soluble gelatinizada con éter y 2% de parafina. Esto se adoptó para el rifle Lebel con recámara en 8×50mmR Lebel . [9] : 139 Se pasaba a través de rodillos para formar láminas delgadas como el papel, que se cortaban en copos del tamaño deseado. [7] : 289–292 El propulsor resultante , conocido como pirocelulosa , contiene algo menos de nitrógeno que el algodón pólvora y es menos volátil. Una característica particularmente buena del propulsor es que no detonará a menos que se comprima, lo que lo hace muy seguro de manipular en condiciones normales. La pólvora de Vieille revolucionó la eficacia de las armas pequeñas porque casi no desprendía humo y era tres veces más potente que la pólvora negra. Una mayor velocidad inicial significaba una trayectoria más plana y menos deriva por el viento y caída de la bala, lo que hacía factibles los disparos a 1000 m (1094 yd). Como se necesitaba menos pólvora para propulsar una bala, el cartucho podía hacerse más pequeño y ligero. Esto permitía a las tropas llevar más munición con el mismo peso. Además, ardía incluso cuando estaba mojado. La munición de pólvora negra tenía que mantenerse seca y casi siempre se almacenaba y transportaba en cartuchos herméticos. Otros países europeos siguieron rápidamente el ejemplo y comenzaron a utilizar sus propias versiones de la pólvora B; los primeros fueron Alemania y Austria, que introdujeron nuevas armas en 1888. Posteriormente, la pólvora B se modificó varias veces con la adición y eliminación de varios compuestos. Krupp comenzó a añadir difenilamina como estabilizador en 1888. [4] : 141–144
Mientras tanto, en 1887, Alfred Nobel obtuvo una patente inglesa para una pólvora sin humo que llamó Ballistite . En este propulsor, la estructura fibrosa del algodón (nitrocelulosa) se destruía con una solución de nitroglicerina en lugar de un disolvente. [9] : 140 En Inglaterra en 1889, un polvo similar fue patentado por Hiram Maxim , y en los Estados Unidos en 1890 por Hudson Maxim . [10] La ballistita fue patentada en los Estados Unidos en 1891. Los alemanes adoptaron la ballistita para uso naval en 1898, llamándola WPC/98. Los italianos la adoptaron como filite , en forma de cordón en lugar de escamas, pero al darse cuenta de sus inconvenientes cambiaron a una formulación con nitroglicerina a la que llamaron solenita . En 1891, los rusos encargaron al químico Mendeleev que encontrara un propulsor adecuado. Creó nitrocelulosa gelatinizada con éter-alcohol, que producía más nitrógeno y una estructura coloidal más uniforme que el uso francés de nitroalgodones [11] en Poudre B. Lo llamó pirocolodión . [9] : 140
Los británicos realizaron pruebas con todos los distintos tipos de propulsores que se les presentaron, pero no quedaron satisfechos con ninguno de ellos y buscaron algo superior a todos los tipos existentes. En 1889, Sir Frederick Abel , James Dewar y el Dr. W. Kellner patentaron (números 5614 y 11.664 a nombre de Abel y Dewar) una nueva fórmula que se fabricó en la Real Fábrica de Pólvora de Waltham Abbey. Entró en servicio en Gran Bretaña en 1891 como Cordite Mark 1. Su composición principal era 58% de nitroglicerina , 37% de algodón pólvora y 3% de gelatina mineral . Una versión modificada, Cordite MD, entró en servicio en 1901, con el porcentaje de algodón pólvora aumentado al 65% y la nitroglicerina reducida al 30%. Este cambio redujo la temperatura de combustión y, por lo tanto, la erosión y el desgaste del cañón. Las ventajas de la cordita sobre la pólvora eran una presión máxima reducida en la recámara (de ahí las recámaras más ligeras, etc.) pero una presión alta más prolongada. La cordita se podía fabricar en cualquier forma y tamaño deseado. [9] : 141 La creación de cordita condujo a una larga batalla judicial entre Nobel, Maxim y otro inventor por supuesta infracción de patente británica .
La Anglo-American Explosives Company comenzó a fabricar su pólvora para escopeta en Oakland, Nueva Jersey, en 1890. DuPont comenzó a producir algodón pólvora en Carneys Point Township, Nueva Jersey, en 1891. [4] : 146–149 Charles E. Munroe, de la Naval Torpedo Station en Newport, Rhode Island, patentó una fórmula de algodón pólvora coloidal con nitrobenceno, llamada Indurite , en 1891. [7] : 296–297 Varias empresas de los Estados Unidos comenzaron a producir pólvora sin humo cuando Winchester Repeating Arms Company comenzó a cargar cartuchos deportivos con pólvora de Explosives Company en 1893. California Powder Works comenzó a producir una mezcla de nitroglicerina y nitrocelulosa con picrato de amonio como Peyton Powder , Leonard Smokeless Powder Company comenzó a producir pólvoras Ruby de nitroglicerina y nitrocelulosa , Laflin & Rand negoció una licencia para producir Ballistite y DuPont comenzó a producir pólvora sin humo. Pólvora de escopeta. El ejército de los Estados Unidos evaluó 25 variedades de pólvora sin humo y seleccionó las pólvoras Ruby y Peyton como las más adecuadas para su uso en el fusil de servicio Krag-Jørgensen . Se prefirió la Ruby , porque se requería estañar los casquillos de latón del ácido pícrico en la pólvora Peyton . En lugar de pagar las regalías requeridas por la ballistita , Laflin & Rand financió la reorganización de Leonard como la American Smokeless Powder Company. El teniente Whistler del ejército de los Estados Unidos ayudó al superintendente de fábrica de la American Smokeless Powder Company, Aspinwall, a formular una pólvora mejorada llamada WA para sus esfuerzos. La pólvora sin humo WA fue el estándar para los fusiles de servicio militar de los Estados Unidos desde 1897 hasta 1908. [4] : 146–149
En 1897, el teniente de la Marina de los Estados Unidos John Bernadou patentó un polvo de nitrocelulosa coloidal con éter-alcohol. [7] : 296–297 La Marina licenció o vendió patentes para esta formulación a DuPont y a California Powder Works, mientras conservaba los derechos de fabricación de la Naval Powder Factory, Indian Head, Maryland, construida en 1900. El Ejército de los Estados Unidos adoptó la formulación de base única de la Marina en 1908 y comenzó la fabricación en Picatinny Arsenal . [4] : 146–149 En ese momento, Laflin & Rand se había hecho cargo de la American Powder Company para proteger su inversión, y Laflin & Rand había sido comprada por DuPont en 1902. [12] Al asegurar un contrato de arrendamiento de 99 años de la Explosives Company en 1903, DuPont disfrutó del uso de todas las patentes significativas de pólvora sin humo en los Estados Unidos y pudo optimizar la producción de pólvora sin humo. [4] : 146–149 Cuando las medidas antimonopolio del gobierno obligaron a la desinversión en 1912, DuPont conservó las formulaciones de pólvora sin humo de nitrocelulosa utilizadas por el ejército de los Estados Unidos y entregó las formulaciones de doble base utilizadas en municiones deportivas a la reorganizada Hercules Powder Company . Estos propulsores más nuevos y potentes eran más estables y, por lo tanto, más seguros de manipular que Poudre B.
Las propiedades del propulsor están muy influenciadas por el tamaño y la forma de sus partículas. La superficie específica del propulsor influye en la velocidad de combustión, y el tamaño y la forma de las partículas determinan la superficie específica. Mediante la manipulación de la forma es posible influir en la velocidad de combustión y, por lo tanto, en la velocidad a la que se acumula la presión durante la combustión. La pólvora sin humo arde solo en las superficies de las partículas. Las partículas más grandes arden más lentamente, y la velocidad de combustión se controla además mediante revestimientos disuasorios de llama que retardan ligeramente la combustión. La intención es regular la velocidad de combustión de modo que se ejerza una presión más o menos constante sobre el proyectil propulsado mientras esté en el cañón para obtener la mayor velocidad. Las perforaciones estabilizan la velocidad de combustión porque, a medida que el exterior arde hacia adentro (reduciendo así la superficie de combustión), el interior arde hacia afuera (aumentando así la superficie de combustión, pero más rápido, para llenar el volumen creciente del cañón presentado por el proyectil que sale). [3] : 41–43 Las pólvoras de combustión rápida para pistolas se fabrican extruyendo formas con más área, como escamas, o aplanando los gránulos esféricos. El secado se realiza generalmente al vacío. Los disolventes se condensan y se reciclan. Los gránulos también se recubren con grafito para evitar que las chispas de electricidad estática provoquen igniciones no deseadas. [7] : 306
La pólvora sin humo no deja la espesa y pesada capa de material higroscópico asociada con la pólvora negra que causa la oxidación del cañón (aunque algunos compuestos de imprimación pueden dejar sales higroscópicas que tienen un efecto similar; los compuestos de imprimación no corrosivos se introdujeron en la década de 1920). [4] : 21 )
Los propulsores de combustión más rápida generan temperaturas y presiones más altas, pero también aumentan el desgaste de los cañones de las armas. [ cita requerida ]
La nitrocelulosa se deteriora con el tiempo, dando lugar a subproductos ácidos que catalizan un mayor deterioro y aumentan su velocidad. El calor liberado, en caso de almacenamiento masivo de la pólvora o de bloques demasiado grandes de propulsor sólido, puede provocar la autoignición del material. Los propulsores de nitrocelulosa de base simple son higroscópicos y más susceptibles a la degradación; los propulsores de base doble y triple tienden a deteriorarse más lentamente. [7] : 313 Para neutralizar los productos de descomposición, que de otro modo podrían provocar la corrosión de los metales de los cartuchos y cañones de las armas, se añade carbonato de calcio a algunas formulaciones. [13]
Para evitar la acumulación de productos de deterioro, se añaden estabilizadores . La difenilamina es uno de los estabilizadores más comunes. [14] [15] Los análogos nitrados de la difenilamina formados en el proceso de estabilización del polvo en descomposición se utilizan a veces como estabilizadores. [3] : 28 [7] : 310 Los estabilizadores se añaden en una cantidad de 0,5 a 2 % de la cantidad total de la formulación; cantidades mayores tienden a degradar sus propiedades balísticas. La cantidad de estabilizador se agota con el tiempo con cambios sustanciales de las propiedades balísticas. [16] Los propulsores almacenados deben probarse periódicamente para determinar la cantidad de estabilizador restante, [3] : 46 ya que su agotamiento puede provocar la autoignición del propulsor. [7] : 308 La humedad cambia el consumo de estabilizadores con el tiempo. [17]
Los propulsores que utilizan nitrocelulosa ( velocidad de detonación 7.300 m/s (23.950 pies/s), factor RE 1,10) (normalmente un coloide de éter-alcohol de nitrocelulosa) como único ingrediente propulsor explosivo se describen como pólvora de base única . [7] : 297
Las mezclas de propelentes que contienen nitrocelulosa y nitroglicerina (velocidad de detonación 7.700 m/s (25.260 pies/s), factor RE 1,54) como ingredientes de propelentes explosivos se conocen como pólvora de doble base . Alternativamente, se puede utilizar dinitrato de dietilenglicol (velocidad de detonación 6.610 m/s (21.690 pies/s), factor RE 1,17) como sustituto de la nitroglicerina cuando es importante reducir las temperaturas de la llama sin sacrificar la presión de la cámara. [7] : 298 La reducción de la temperatura de la llama reduce significativamente la erosión del cañón y, por lo tanto, el desgaste. [8] : 30
Durante la década de 1930, se comercializaron propelentes de triple base que contenían nitrocelulosa, nitroglicerina o dinitrato de dietilenglicol y una cantidad sustancial de nitroguanidina (velocidad de detonación 8.200 m/s (26.900 pies/s), factor RE 0,95) como ingredientes propelentes explosivos. El primer propelente de triple base, que contenía entre un 20 y un 25% de nitroguanidina y un 30-45% de nitroglicerina, fue desarrollado en la fábrica Dynamit Nobel en Avigliana por su director, el Dr. Modesto Abelli (1859-1911) y patentado en 1905. [18] [19] Estas mezclas de "propelentes fríos" han reducido la temperatura de la llamarada y la llama sin sacrificar la presión de la cámara en comparación con los propelentes de base simple y doble, aunque a costa de más humo. En la práctica, debido a su mayor precio, los propulsores de triple base se reservan principalmente para municiones de gran calibre y alta velocidad, como las utilizadas en la artillería (naval) y los cañones de tanques , que son los que más sufren la erosión del cañón. Durante la Segunda Guerra Mundial, tuvo algún uso por parte de la artillería británica y alemana, y después de la guerra se convirtió en el propulsor estándar en todos los diseños de municiones británicas de gran calibre, excepto las armas pequeñas. [20] [21] La mayoría de las naciones occidentales, excepto Estados Unidos, siguieron un camino similar. [ cita requerida ]
A finales del siglo XX empezaron a aparecer nuevas formulaciones de propulsores a base de nitroguanidina y explosivos de alto poder del tipo RDX (velocidad de detonación 8.750 m/s (28.710 ft/s), factor RE 1,60). [ cita requerida ]
Las velocidades de detonación tienen un valor limitado para evaluar las tasas de reacción de los propelentes de nitrocelulosa formulados para evitar la detonación. Aunque la reacción más lenta a menudo se describe como combustión debido a los productos finales gaseosos similares a temperaturas elevadas, la descomposición difiere de la combustión en una atmósfera de oxígeno . La conversión de propelentes de nitrocelulosa en gas a alta presión procede de la superficie expuesta al interior de cada partícula sólida de acuerdo con la ley de Piobert . Los estudios de reacciones de propelentes sólidos de base simple y doble sugieren que la velocidad de reacción está controlada por la transferencia de calor a través del gradiente de temperatura a través de una serie de zonas o fases a medida que la reacción procede de la superficie al sólido. La porción más profunda del sólido que experimenta transferencia de calor se derrite y comienza la transición de fase de sólido a gas en una zona de espuma . El propulsor gaseoso se descompone en moléculas más simples en una zona de efervescencia circundante . La energía se libera en una zona de llama exterior luminosa donde las moléculas de gas más simples reaccionan para formar productos de combustión convencionales como vapor y monóxido de carbono . [22] La zona de espuma actúa como un aislante que reduce la velocidad de transferencia de calor desde la zona de llama hacia el sólido que no ha reaccionado. Las velocidades de reacción varían con la presión, ya que la espuma permite una transferencia de calor menos efectiva a baja presión, con una mayor transferencia de calor a medida que presiones más altas comprimen el volumen de gas de esa espuma. Los propulsores diseñados para una presión mínima de transferencia de calor pueden no mantener la zona de llama a presiones más bajas. [23]
Los componentes energéticos utilizados en los propelentes sin humo incluyen nitrocelulosa (el más común), nitroglicerina , nitroguanidina , DINA (bis-nitroxietilnitramina; dinitrato de dietanolamina, DEADN; DHE), Fivonite (tetranitrato de 2,2,5,5-tetrametilol-ciclopentanona, CyP), DGN ( dinitrato de dietilenglicol ) y acetilcelulosa. [24]
Los disuasivos (o moderadores) se utilizan para disminuir la velocidad de combustión. Entre los disuasivos se encuentran centralitas (difenilurea simétrica, principalmente dietil o dimetil), ftalato de dibutilo , dinitrotolueno (tóxico y cancerígeno), acardita (difenilurea asimétrica), orto-tolil uretano, : 174 y adipato de poliéster. [24] Antes se utilizaba alcanfor , pero ahora está obsoleto. [8]
Los estabilizadores previenen o retardan la autodescomposición. Entre ellos se encuentran la difenilamina , la vaselina , el carbonato de calcio , el óxido de magnesio , el bicarbonato de sodio y el éter metílico de beta-naftol [24] . Entre los estabilizadores obsoletos se encuentran el alcohol amílico y la anilina [7] .
Los aditivos descorificadores impiden la acumulación de residuos de cobre en las estrías del cañón de las armas. Entre ellos se encuentran el estaño metálico y sus compuestos (p. ej., dióxido de estaño ), [8] y el bismuto metálico y sus compuestos (p. ej., trióxido de bismuto , subcarbonato de bismuto , nitrato de bismuto , antimoniuro de bismuto ); los compuestos de bismuto son los preferidos porque el cobre se disuelve en el bismuto fundido, formando una aleación quebradiza y fácilmente extraíble. Las láminas de plomo y los compuestos de plomo se han ido eliminando debido a su toxicidad. [24]
Se añaden materiales que reducen el desgaste, como cera , talco y dióxido de titanio, para reducir el desgaste de los revestimientos del cañón de las armas. Las armas de gran tamaño utilizan revestimientos de poliuretano sobre las bolsas de pólvora. [25]
Otros aditivos incluyen acetato de etilo (un disolvente para la fabricación de polvo esférico), colofonia (un surfactante para mantener la forma del grano del polvo esférico) y grafito (un lubricante para cubrir los granos y evitar que se peguen entre sí, y para disipar la electricidad estática ). [7]
Los reductores de destello atenúan el destello de boca del cañón , la luz emitida en las proximidades de la boca del cañón por los gases propulsores calientes y las reacciones químicas que siguen a medida que los gases se mezclan con el aire circundante. Antes de que salgan los proyectiles, puede producirse un ligero destello previo debido a las fugas de gases más allá de los proyectiles. Después de la salida de la boca del cañón, el calor de los gases suele ser suficiente para emitir radiación visible: el destello primario. Los gases se expanden pero, a medida que pasan a través del disco de Mach, se vuelven a comprimir para producir un destello intermedio. Pueden aparecer gases combustibles calientes (por ejemplo, hidrógeno y monóxido de carbono) cuando se mezclan con el oxígeno del aire circundante para producir el destello secundario, el más brillante. El destello secundario no suele producirse con armas pequeñas. [26] : 55–56
La nitrocelulosa contiene una cantidad insuficiente de oxígeno para oxidar completamente su carbono e hidrógeno. El déficit de oxígeno aumenta con la adición de grafito y estabilizadores orgánicos. Los productos de la combustión dentro del cañón del arma incluyen gases inflamables como el hidrógeno y el monóxido de carbono. A altas temperaturas, estos gases inflamables se encenderán cuando se mezclen turbulentamente con el oxígeno atmosférico más allá de la boca del arma. Durante los enfrentamientos nocturnos, el destello producido por la ignición puede revelar la ubicación del arma a las fuerzas enemigas [7] : 322–323 y causar ceguera nocturna temporal entre la tripulación del arma al blanquear con luz púrpura visual . [27]
Los supresores de destello se utilizan comúnmente en armas pequeñas para reducir la firma del destello, pero este enfoque no es práctico para la artillería. Se han observado destellos en la boca del cañón de artillería a una distancia de hasta 150 pies (46 m) de la boca del cañón, que pueden reflejarse en las nubes y ser visibles a distancias de hasta 30 millas (48 km). [7] : 322–323 Para la artillería, el método más eficaz es un propulsor que produce una gran proporción de nitrógeno inerte a temperaturas relativamente bajas que diluye los gases combustibles. Para esto se utilizan propulsores de triple base debido al nitrógeno en la nitroguanidina. [26] : 59–60
Los reductores de destello incluyen cloruro de potasio , nitrato de potasio , sulfato de potasio , [8] y bitartrato de potasio (tartrato de hidrógeno de potasio: un subproducto de la producción de vino utilizado anteriormente por la artillería francesa). [7] Antes del uso de propulsores de base triple, el método habitual de reducción de destello era agregar sales inorgánicas como cloruro de potasio para que su capacidad calorífica específica pudiera reducir la temperatura de los gases de combustión y su humo particulado finamente dividido pudiera bloquear las longitudes de onda visibles de la energía radiante de la combustión. [7] : 323–327
Todos los reductores de destello tienen una desventaja: la producción de humo. [7]
La pólvora sin humo se puede formar en pequeñas bolas esféricas o extruirse en cilindros o tiras con muchas formas de sección transversal (tiras con diversas proporciones rectangulares, cilindros con uno o varios agujeros, cilindros ranurados) utilizando disolventes como el éter. Estas extrusiones se pueden cortar en trozos cortos ("copos") o largos ("cordones" de varios centímetros de largo). La pólvora de cañón tiene los trozos más grandes. [8] : 28 [3] : 41
La Armada de los Estados Unidos fabricó pólvora tubular de base única para artillería naval en Indian Head, Maryland , a partir de 1900. Se utilizaron procedimientos similares para la producción del Ejército de los Estados Unidos en el Arsenal Picatinny a partir de 1907 [7] : 297 y para la fabricación de pólvoras de fusil militar mejorado (IMR) de grano más pequeño después de 1914. La borra de algodón de fibra corta se hervía en una solución de hidróxido de sodio para eliminar las ceras vegetales y luego se secaba antes de la conversión a nitrocelulosa mezclándola con ácidos nítrico y sulfúrico concentrados . La nitrocelulosa todavía se parece al algodón fibroso en este punto del proceso de fabricación y generalmente se identificaba como pirocelulosa porque se encendía espontáneamente en el aire hasta que se eliminaba el ácido que no reaccionaba. También se utilizó el término algodón pólvora; aunque algunas referencias identifican al algodón pólvora como un producto nitrado y refinado más ampliamente utilizado en ojivas de torpedos y minas antes del uso de TNT . [3] : 28–31
El ácido que no había reaccionado se eliminó de la pulpa de pirocelulosa mediante un proceso de lavado con agua y drenaje de varias etapas similar al que se utiliza en las fábricas de papel durante la producción de pulpa de madera química . El alcohol presurizado eliminó el agua restante de la pirocelulosa drenada antes de mezclarla con éter y difenilamina. Luego, la mezcla se introdujo en una prensa que extruía una forma de cordón tubular largo para cortarlo en granos de la longitud deseada. [3] : 31–35
A continuación, se evaporaron el alcohol y el éter de los granos de pólvora "verde" hasta obtener una concentración de disolvente restante de entre el 3 por ciento para las pólvoras de fusil y el 7 por ciento para los granos de pólvora de artillería de gran tamaño. La velocidad de combustión es inversamente proporcional a la concentración de disolvente. Los granos se recubrieron con grafito conductor de electricidad para minimizar la generación de electricidad estática durante la mezcla posterior. Los "lotes" que contenían más de diez toneladas de granos de pólvora se mezclaron mediante una disposición en torre de tolvas de mezcla para minimizar las diferencias balísticas. A continuación, cada lote mezclado se sometió a pruebas para determinar la carga correcta para el rendimiento deseado. [3] : 35–41 [7] : 293 y 306
Cantidades militares de pólvora sin humo vieja a veces se reelaboraban en nuevos lotes de propulsores. [3] : 39 Durante la década de 1920, Fred Olsen trabajó en el Arsenal Picatinny experimentando con formas de recuperar toneladas de pólvora de cañón de base única fabricada para la Primera Guerra Mundial. Olsen fue contratado por Western Cartridge Company en 1929 y desarrolló un proceso para fabricar pólvora esférica sin humo en 1933. [28] La pólvora reelaborada o la pirocelulosa lavada se pueden disolver en acetato de etilo que contenga pequeñas cantidades de estabilizadores deseados y otros aditivos. El jarabe resultante, combinado con agua y surfactantes , se puede calentar y agitar en un recipiente presurizado hasta que el jarabe forme una emulsión de pequeños glóbulos esféricos del tamaño deseado. El acetato de etilo se destila a medida que la presión se reduce lentamente para dejar pequeñas esferas de nitrocelulosa y aditivos. Las esferas se pueden modificar posteriormente añadiendo nitroglicerina para aumentar la energía, aplanándolas entre rodillos hasta obtener una dimensión mínima uniforme, revistiéndolas con disuasivos de ftalatos para retardar la ignición y/o glaseándolas con grafito para mejorar las características de flujo durante la mezcla. [7] : 328–330 [29]
La pólvora sin humo moderna se produce en los Estados Unidos por St. Marks Powder , Inc., propiedad de General Dynamics . [30]
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