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Polvere da sparo: dalla polvere nera ai moderni propellenti per le armi da fuoco portatili

All'interno del bossolo di una cartuccia, tra gli altri componenti, trova dimora il propellente, meglio noto come polvere da sparo.
E' lui il vero responsabile dell'accelerazione del proiettile, è lui che in fase di combustione genera i gas che fanno aumentare in pochi millisecondi la pressione in camera di scoppio.

fuoco alla polvere in bossolo
Indubbiamente è il componente che influenza maggiormente le prestazioni di una munizione. Infatti, a parità di calibro, di forma / peso del proiettile e di peso del propellente, l'utilizzo di un tipo di polvere piuttosto che un'altra genera forti variazioni di velocità alla bocca e quindi forti variazioni di energia cinetica posseduta dal proietto.

La conoscenza delle caratteristiche del propellente è una delle nozioni fondamentali che dovrebbe possedere chi si accinge a ricaricare munizioni.
Un errore sul peso e sulla scelta del tipo di propellente infatti può avere effetti catastrofici sull'arma e di conseguenza sul tiratore.
Non tanto raramente in poligono assisto a problemi legati ad una errata ricarica delle munizioni, qualche settimana fa, ad esempio ho assistito al blocco del tamburo di un revolver a causa di una cartuccia ricaricata "particolarmente rumorosa".

 

Cenni storici sull'evoluzione delle polveri da sparo: la Polvere Nera

Per circa 1000 anni, fu il propellente utilizzato nelle armi da fuoco.

Costituta da una miscela di Nitrato di Potassio (75%), Carbone (15%) e Zolfo (10%),  le percentuali dei componenti sono comunque variabili in base alle caratteristiche ricercate.

La polvere nera creava parecchi problemi in ambito militare in quanto generava grandi quantità di fumi che limitavano la visibilità dei bersagli.
Inoltre una rilevante percentuale del peso della carica, circa il 55%, veniva convertita in fecce e residui di sparo corrosivi per l'acciaio delle canne (es: Solfuro di potassio).
Era quindi di fondamentale importanza la pulizia dell'arma dopo l'utilizzo.

E' oggi reperibile in commercio in 4 granulometrie differenti: FFFFg, FFFg, FFg, Fg.
Dalla finissima FFFFg alla polvere con granuli di dimensioni maggiori Fg, viene oggi impiegata nelle armi ad avancarica e nella produzione di fuochi di artificio.

Polvere nera
Varie granulometrie di polvere nera

La nascita delle moderne Polveri Senza Fumo

Intorno alla seconda metà dell'800 inizia la ricerca che porterà alla nascita dei moderni propellenti.
Nel 1845, Christian Friedrich Schönbein, scopre la Nitrocellulosa, un composto chimico infiammabile/esplosivo simile all'ovatta.
Nel 1847, Ascanio Sobrero, un chimico e medico Italiano, sintetizza la Nitroglicerina, un esplosivo liquido oleoso (incolore o giallo) fortemente instabile.
Nel 1884, Paul Marie Eugène Vieille, un chimico Francese inventa la prima polvere infume e la chiama "Poudre Blanche" meglio conosciuta come Poudre B. Essa era circa 3 volte più potente della polvere nera e produceva ridotte quantità di fumo. La nuova polvere aveva però un problema, tendeva a diventare instabile nel tempo.
Nel 1887, Alfred Nobel, brevettò la "Balistite", una nuova polvere infume prodotta a partire da Nitrocellulosa e Nitroglicerina.
Nel 1889, Frederick Augustus Abel e James Dewar, due chimici Britannici, brevettano la "Cord Powder" nota come "Cordite" in quanto prodotta sotto forma di fili o cordicelle. La cordite era stata prodotta modificando opportunamente la balistite di Nobel, essa era infatti composta da Nitrocellulosa, Nitroglicerina e oli minerali.

Cordite
Cordite

Nascono quindi le polveri senza fumo che soppiantano la millenaria polvere nera.
Le armi subiscono modifiche strutturali per sparare le nuove e più potenti munizioni.

 

Formulazione chimica dei moderni propellenti

Possiamo distinguere polveri a singola, doppia o tripla base, in particolare definiamo:

  • Polveri a Singola Base: tutte le polveri composte principalmente da Nitrocellulosa.
  • Polveri a Doppia Base: tutte le polveri composte da Nitrocellulosa e Nitroglicerina.
  • Polveri a Tripla Base: tutte le polveri composte da Nitrocellulosa, Nitroglicerina e Nitroguanidina.

Quest'ultimo propellente ha ridotto il flash e la temperatura di combustione senza sacrificare le pressioni sviluppate. Il suo utilizzo è prevalente in campo militare per munizioni di artiglieria.

Sipe N Polvere doppia base della Nobel Sport
Sipe N - Polvere a doppia base della Nobel Sport

Velocità di combustione dei propellenti

La velocità di combustione del propellente e quindi la completa trasformazione in gas, permette di distinguere le polveri in:

  • Polveri a rapida combustione o Vivaci
  • Polveri a lenta combustione o Progressive

Le polveri vivaci bruciano in tempi ristretti producendo solitamente pressioni di picco elevate nelle immediate vicinanze della culatta della canna, sono comunemente impiegate nei piccoli calibri.
Le polveri progressive bruciano più lentamente nel tempo rispetto alle vivaci producendo picchi di pressione meno pronunciati, il punto di massima pressione è  inoltre distante dalla culatta. Sono indicate nei calibri magnum e richiedono solitamente canne lunghe affinchè la combustione avvenga in modo completo all'interno dell'arma.

diagramma pressioni canna

Nel diagramma qualitativo qui sopra riportato, la curva A è quella prodotta dalla polvere più veloce, mentre la curva C è quella prodotta dalla polvere più lenta.

A parità di composizione chimica una polvere può bruciare più o meno velocemente in ragione di diversi fattori, principalmente forma e dimensione delle particelle che la compongono.

La variazione della forma della particella influenza l'estensione della superficie e quindi anche la velocità di combustione della polvere.

Particelle più piccole forniscono maggiore velocità di combustione.
Ad esempio, la ragione per cui esistono 4 differenti granulometrie della polvere nera è legata esattamente alla velocità di combustione, la FFFFg ha granuli molto sottili ed è quindi una polvere vivace, la Fg ha granuli grossi ed è quindi una polvere progressiva.

E' inoltre da sottolineare che è possibile variare la velocità di combustione utilizzando sostanze flemmatizzanti, gelatinizzanti e raffreddanti.


Caratteristiche geometriche delle particelle

In commercio esistono polveri composte da particelle di varia forma:

  • Polveri granulari
  • Polveri lamellari
  • Polveri discoidali
  • Polveri cilindriche
  • Polveri tubolari
  • Polveri sferiche / sferiche appiattite

Esistono inoltre propellenti per artiglieria composti da elementi di forma stellare, a strisce oppure cilindrica multiforata.

Volendo citare qualche polvere:

  • Nobel Sport GM3 (granulare)
  • Nobel Sport SIPE N (lamellare)
  • Nobel Sport 206 SV (discoidale)
  • Vihtavuori N340 (cilindrica)
  • Accurate 2495 (tubolare)
  • Winchester 296 (sferica appiattita)
  • Hodgdon H380 (sferica)

Bene, adesso conosci qualcosa in più sulle polveri...e tu che polvere utilizzi per la ricarica delle tue munizioni?

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Marco S. Di Pietra

Ingegnere e perito balistico con una smodata passione per le armi da fuoco.

E'  inoltre istruttore e commissario di tiro, attualmente esercita le attività presso lo stand a fuoco del poligono di Tiro a Segno Nazionale, sezione di Caltanissetta.

9 commenti

  • Marco Salvatore Di Pietra

    Marco Salvatore Di Pietra - Mercoledì, 27 Maggio 2020

    Gent.mo Sig. Magrini,

    innanzi tutto grazie per l'apprezzamento sul sito. Complimenti per i brevetti e per la grande passione che ci accomuna.
    Leggo con piacere che è un progettista di lungo corso e come tutti i progettisti ama sognare, immaginare, metter le mani in pasta, verificare gli output teorici e confrontarsi con i colleghi.
    Il picco di pressione atteso è comunque modesto probabilmente staremo sotto le 500atm (certo non così modesto, solo 230atm "a naso" sono veramente poche). In favore della bassa pressione attesa abbiamo il grosso calibro, infatti all'aumentare del raggio diminuisce la pressione. Mi riprometto, di prender carta e penna per verificare se giungo al suo stesso risultato.

    Per il momento le auguro buona giornata
    Marco S. Di Pietra

  • Sergio Magrini

    Sergio Magrini - Mercoledì, 29 Aprile 2020

    Gentile Ingegnere, mi piace il suo sito che ho scoperto stamattina Leggo della sua smodata passione per le armi, gia come presentazione. Felice per Lei che immagino farà a sua professione con grande spirito e soddisfazione.
    Mi chiamo Sergio Magrini., sono un progettista anziano nel settore AG trattori agricoli. Ho diversi brevetti a mio nome e ho anch'io la mia passione! Ma è par la meccanica in genere. Mi piacciono però moltissimo le armi da fuoco antiche (avancarica a polvere nera, di cui prediligo fucili e pistole a pietra focaia) comprese le artiglierie.
    Mi sono scritto un programmino partendo dalle teorie di balistica interna di Le Duc e mi sono "inventato" un modo per avere una pagina interattiva per il dimensionamento strutturale della canna (sketch variazionale della canna e relative sollecitazioni principali durante lo sparo). Ci sto ancora lavorando ma so che dovrò fare dei test su campo per vedere se quello che ho scritto funziona.
    Ho preso dati in letteratura dalla Pedersoli (disponibili sul loro sito) scegliendo alcune loro armi avancarica su cui ho trovato quantità/massa e tipo di polvere, lunghezza della canna, calibro canna e calibro proietto, massa del proietto (sferico)
    Per un fucile con canna lunga L 903 mm, calibro 12,45mm, calibro proietto 12,3 con massa 11,469 grammi, velocità alla volata di 561,59m/s massa polvere nera 6,469 grammi -dati del costruttore- mi viene fuori una pressione di picco veramente molto bassa (230 atm) con ascissa "u" veramente molto spostata in avanti.
    Cosa ne pensa? a me sembra strano ... controllerò meglio quanto mi sono scritto ma volevo chiederle un parere
    Saluti
    Sergio

  • Marco Salvatore Di Pietra

    Marco Salvatore Di Pietra - Venerdì, 28 Settembre 2018

    Gent.mo Sig. Rossano, leggo solo ora la sua domanda, chiedo quindi venia per il ritardo di risposta.
    Purtroppo non è possibile generalizzare per vari motivi. In genere le forniture vengono aggiudicate passando per un bando di gara, per cui il fornitore non è unico. Se prendiamo ad esempio il 9 Parabellum NATO, il propellente utilizzato nelle munizioni in dotazione alle forze dell'ordine/armate ha caratteristiche chimico-fisiche pressochè identiche (talvolta identiche) a molti propellenti utilizzati per la ricarica domestica delle nostre munizioni. In genere le forniture prevedono il rispetto di un disciplinare tecnico (conformità alle STANAG, ecc), sul documento sono quindi indicati i requisiti generali che deve possedere la munizione da fornire, sarà cura del fornitore rispettare i requisiti selezionando il propellente da impiegare per soddisfare la richiesta.
    Da buon appassionato come lei, colgo l'occasione per augurarle un fine settimana di divertimento in poligono.

    Cordiali saluti
    Marco S. Di Pietra

  • Rossano

    Rossano - Mercoledì, 19 Settembre 2018

    Egr. Ingegner Di Pietra.
    Sono un appassionato di armi da fuoco e pratico il tiro sportivo, con armi lunghe e corte e gradirei sapere se le munizioni per uso militare o anche quelle in dotazione alle forze dell'ordine, ad esempio il calibro 9x21 (tanto per citarne uno), sono caricate con le stesse polveri usate per le cartucce che compriamo in armeria.
    La ringrazio per la sua disponibilità e saluto cordialmente.

  • Roberto

    Roberto - Lunedì, 30 Aprile 2018

    Egr. Ing, Di Pietra , la ringrazio molto per la Sua esaustiva risposta in merito alla mia domanda. Complimenti di nuovo per i suoi lavori, non mancherò di seguirLa. Roberto Orsucci - Camaiore Lucca

  • Marco Salvatore Di Pietra

    Marco Salvatore Di Pietra - Lunedì, 30 Aprile 2018

    Gent.mo Sig. Camaiore,
    innanzitutto la ringrazio per l'apprezzamento. Quanto alla domanda rispondo con piacere, all'interno della camera di scoppio di un fucile da caccia, la temperatura del solo dardo di accensione di un moderno innesco tipo 209 si aggira intorno ai 3000°C (alcuni studi sperimentali di balistica interna, forniscono le temperature ed il volume dei gas di combustione per varie tipologie e marche di apparecchi di innesco), i moderni propellenti hanno temperature di combustione che si aggirano intorno ai 3300 °C, per avere un'ordine di grandezza possiamo affermare che in camera di scoppio si raggiungono temperature intorno ai 3000°C.

    Cordiali saluti
    Marco S. Di Pietra

  • roberto

    roberto - Domenica, 22 Aprile 2018

    Buongiorno, letto il suo articolo e l'ho trovato molto interessante e fatto bene. Avevo una domanda , forse è una domanda stupida, da sottoporre : che temperatura si raggiunge , al momento dello sparo, nella camera di combustione di un fucile da caccia.. E' una semplice curiosità , non è obbligato a rispondere. Grazie lo stesso , Roberto, Camaiore .

  • Marco Salvatore Di Pietra

    Marco Salvatore Di Pietra - Domenica, 19 Febbraio 2017

    Tutto merito tuo papà...ho da sempre un grande maestro!

  • Roberto

    Roberto - Domenica, 19 Febbraio 2017

    Sempre grande mio figlio

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