專利名稱:微氣體發(fā)生的制作方法
發(fā)明背景本發(fā)明總體涉及氣體發(fā)生劑組合物，更具體涉及特別適用于微氣體發(fā)生器裝置(如用于座椅安全帶預(yù)收緊(pretensioning))的氣體發(fā)生劑組合物，以及使用該氣體發(fā)生劑組合物產(chǎn)生氣體的裝置、系統(tǒng)和方法。
用于保護車輛里面的人(下文簡稱車輛乘員)的各種安全約束系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用。通常在這些系統(tǒng)中，一旦發(fā)生需要約束車輛乘員的狀況，約束裝置就會起動(actuated)。例如，車輛碰撞就是常見的需要約束車輛乘員的事件。
一個常見類型或形式的車輛可起動的乘員約束系統(tǒng)包括座椅安全帶，該安全帶可伸長越過車輛乘員，它包括一個可起動裝置(例如預(yù)收緊器(pretensioner))，用來相對于乘員移動至少一部分安全帶。例如，一種新型安全帶被稱作三點式約束，因為它有三個點牢牢固定在車輛上，這三個點的位置在車輛乘員周圍，通過軀干對角線部分和水平的膝上部分來將車輛乘員保持在座椅上。安全帶通常由傾向于拉緊安全帶的彈簧加載收緊器(spring-loadedretractor)和用來迅速釋放安全帶的帶扣安裝在車輛上。座椅安全帶預(yù)收緊器通常位于約束用座椅安全帶的牽引器處或者帶扣一端。安全帶預(yù)收緊器通常設(shè)計成貯存能量，在能量釋放時進行預(yù)收緊操作。這一能量可以是機械能，例如受力彈簧的形式，但是更普遍的新型預(yù)收緊器通常是煙火式操作的(pyrotechnically operated)。煙火式操作的預(yù)收緊器通常包括一根密封管，內(nèi)含氣體發(fā)生劑組合物，該組合物能迅速反應(yīng)產(chǎn)生氣體并迅速膨脹以提供能量進行預(yù)收緊操作。例如，所產(chǎn)生的氣體可用來驅(qū)動例如與座椅安全帶或其它約束裝置有關(guān)的預(yù)收緊器所包含或使用的活塞等?？紤]到由這些裝置產(chǎn)生的氣體與常用于可充氣約束系統(tǒng)氣囊墊充氣的氣體發(fā)生充氣機相比氣體發(fā)生量相對較少，這些裝置通常被稱作“微氣體發(fā)生器”。
微氣體發(fā)生器通常是一個外殼內(nèi)裝有引發(fā)元件(如點火管的形式)、中間點火劑組合物和高輸出量的氣體發(fā)生材料。這些裝置中使用的點火管通常包括加熱的電橋標準導線，上面施加了非常熱的熱敏性燃燒引發(fā)劑組合物。然而，如果需要可以使用其它已知的引發(fā)元件。因此，微氣體發(fā)生器一般是非常小的裝置，它通常含有對應(yīng)于氣袋充氣機中所含的組件，包括引發(fā)元件、點火劑組合物和高輸出量的氣體發(fā)生材料，但是微氣體發(fā)生器中沒有氣袋充氣機中通常有的那種程度的物理分離。而且，由于微氣體發(fā)生器應(yīng)用時要求工作時間非常短(例如工作時間約為6毫秒或更短)，這些裝置所含的點火材料與氣體發(fā)生材料的比值通常要比典型的氣袋充氣裝置大得多。例如，為保護駕駛員的前排抗沖氣囊墊充氣的充氣裝置所含的點火材料占充氣裝置中存在的所有氣體發(fā)生材料(例如點火材料和氣體發(fā)生輸出材料)總量的約3-10重量％。與之相比，在微氣體發(fā)生器中，點火材料的相對存在量通常為氣體發(fā)生材料總量的至少約20重量％，通常約為裝置中氣體發(fā)生材料總量的約20-50重量％。
常用于為汽車可充氣約束氣囊墊充氣的氣體發(fā)生劑組合物以前最通常使用或基于疊氮化鈉。這類疊氮化鈉基組合物一旦引發(fā)通常產(chǎn)生或形成氮氣。盡管疊氮化鈉和其它一些疊氮化物基的氣體發(fā)生材料的使用滿足目前的工業(yè)規(guī)范、指南和標準，但是這種使用可能產(chǎn)生潛在的問題，例如這些氣體發(fā)生材料的安全性、有效操作、供給和處理。
出于一些經(jīng)濟和設(shè)計方面的考慮，也希望和需要疊氮化物基煙火材料和相關(guān)氣體發(fā)生物質(zhì)的替代品。例如，在最小化或者至少是降低可充氣約束系統(tǒng)的整個空間要求(特別是與這些系統(tǒng)的充氣組件有關(guān)的要求)方面的興趣激發(fā)了尋求這樣的氣體發(fā)生材料的需求它能提供與典型或常用的疊氮化物基氣體發(fā)生劑相比相對較高的單位體積氣體產(chǎn)率。此外，汽車和氣袋工業(yè)的競爭導致需要這樣的氣體發(fā)生劑組合物它能滿足一種或多種條件，例如由較價廉的組分或材料組成或使用這些組分或材料，并且適合于通過更有效或更經(jīng)濟的氣體發(fā)生工藝進行加工。
因此，人們繼續(xù)開發(fā)和使用其它合適的氣體發(fā)生材料，特別是努力開發(fā)用于充氣裝置的不含疊氮化物的氣體發(fā)生劑。鑒于以上所述的原因，需要和希望有一種不含疊氮化物的氣體發(fā)生材料，這種材料在克服疊氮化物基氣體發(fā)生劑的至少一些潛在問題或缺點的同時，還能提供較高的氣體產(chǎn)率，例如與典型的疊氮化物基氣體發(fā)生劑相比較高的氣體產(chǎn)率。尤其需要能解決一個或多個上述問題和局限性的成本較低的氣體發(fā)生材料。
正如我們所知，用于座椅安全帶預(yù)收緊或者與座椅安全帶預(yù)收緊有關(guān)的微氣體發(fā)生裝置的所需特性是從相對小的體積中產(chǎn)生相對大量的氣體。此外，還需要該氣體發(fā)生裝置避免產(chǎn)生大量不合需要的廢氣或者使廢氣的產(chǎn)生最小化，這些廢氣例如是一氧化碳和含氮的氧化物(例如NOx，如NO和NO2)，這些廢氣可能以某種方式溢到車輛內(nèi)部從而與乘員接觸。
在上述相關(guān)申請(現(xiàn)在是美國專利6,103,030；6,083,331；6,224,697)中揭示的氣體發(fā)生材料和組合物通?？商峁└呷紵郎囟?約2100K)和高氣體產(chǎn)量(例如約3.3摩爾/100克材料)，正如用于微氣體發(fā)生器(例如用于座椅安全帶預(yù)收緊)所要求或所希望的。然而，這些氣體發(fā)生材料通常需要含有輔助煙火材料(例如點火材料)以滿足一種或多種性能要求，例如這些材料將要用于低溫(如低至-40℃的溫度)操作時要適合于低溫操作。遺憾的是，內(nèi)含點火材料(例如顆粒狀材料)的要求會使系統(tǒng)設(shè)計和操作復雜化，同時還會不利地增加相關(guān)成本。例如，由于氣體發(fā)生材料顆粒通常比點火材料顆粒大，因此將點火材料顆粒和氣體發(fā)生材料顆粒包裝在一起常常會使得點火材料顆粒遷移到氣體發(fā)生材料床的底部且遠離點火管。因此，這些裝置會發(fā)生不希望有的不穩(wěn)定和/或多變的點火，例如各裝置的點火材料遷移量和/或點火材料遷移程度可能都是不同的。鑒于此，通常將點火材料單獨包裝，使其緊挨著點火管，這樣一旦起動點火材料就能始終迅速且完全點火，提供足夠的能量來均勻地點燃氣體發(fā)生材料。遺憾的是，為了滿足在裝置處于起動前狀態(tài)期間將點火材料和氣體發(fā)生材料主體保持分開的要求，通常需要向該裝置中加入附加部件或組件。眾所周知，加入附加組件會不利地增加裝置的重量、尺寸和成本中的一項或多項。
因此，需要并要求改進特別適用于微氣體發(fā)生裝置(如用于座椅安全帶預(yù)收緊)的氣體發(fā)生劑組合物，以及相應(yīng)或相關(guān)改進氣體發(fā)生裝置、系統(tǒng)和方法。在這一方面，對于氣體發(fā)生劑組合物以及相應(yīng)或相關(guān)的改進的氣體發(fā)生裝置、系統(tǒng)和方法有以下的特別需要和要求在滿足例如與燃燒溫度和氣體產(chǎn)量有關(guān)的微氣體發(fā)生器應(yīng)用要求之外，還能無需存在或含有輔助煙火化合物(如點火劑)，以滿足例如與低溫操作有關(guān)的性能要求，所述低溫操作通常指在低于室溫(25℃)直至低到例如約-40℃的溫度下操作。此外，還需要對特別適用于微氣體發(fā)生裝置的氣體發(fā)生劑組合物進行改進，使所述組合物產(chǎn)生的氣體排出物中不希望有的廢氣(例如一氧化碳和NOx)含量降低。
發(fā)明概述本發(fā)明一個總的目的是提供一種改進的氣體發(fā)生劑組合物，該組合物特別適用于微氣體發(fā)生裝置(如用于座椅安全帶預(yù)收緊)，以及相應(yīng)或相關(guān)的經(jīng)改進的氣體發(fā)生裝置、系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的一個具體目的是克服一種或多種上述問題。
通過下述氣體發(fā)生劑組合物能夠至少部分實現(xiàn)本發(fā)明總的目的，該組合物的一個優(yōu)選方案是含有約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、約10-55重量％金屬氨合物硝酸鹽氧化劑、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
現(xiàn)有技術(shù)通常不能提供如下的氣體發(fā)生劑組合物在滿足例如與燃燒溫度和氣體產(chǎn)量有關(guān)的應(yīng)用于微氣體發(fā)生器的性能要求之外，還能無需存在或含有輔助煙火化合物(如點火劑)，以滿足例如與低溫操作(如在低至-40℃的溫度下操作)有關(guān)的性能要求?，F(xiàn)有技術(shù)的氣體發(fā)生劑組合物中含有點火輔助煙火化合物，這使得在相應(yīng)的氣體發(fā)生裝置中要有額外的部件或組件，這樣就會不利地增加該裝置的重量、尺寸或成本中的一項或多項。此外，現(xiàn)有技術(shù)通常也不能提供這樣的氣體發(fā)生劑組合物它產(chǎn)生的氣體排出物中不希望有的廢氣(例如一氧化碳和氧化氮)的含量適當降低，適用于特定場合，例如包括在座椅安全帶預(yù)收緊應(yīng)用中的微氣體發(fā)生器。
根據(jù)另一個優(yōu)選方案，本發(fā)明還包括一種氣體發(fā)生劑組合物，它含有約25-60重量％硝酸胍、約10-55重量％二硝酸二氨合銅(copper diamminedinitrate)、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％選自SiO2、Al2O3及其混合物的金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑，以及約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
本發(fā)明還包括一種座椅安全帶預(yù)收緊器氣體發(fā)生劑組合物，它包含約25-60重量％硝酸胍、約10-55重量％二硝酸二氨合銅、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％選自SiO2、Al2O3及其混合物的金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑和約4-10重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
本發(fā)明還包括一種乘員約束系統(tǒng)裝置(occupant restraint system device)，它包括一個裝有反應(yīng)劑材料供源的外殼。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，含燃料組分的反應(yīng)劑材料包含約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、約10-55重量％金屬氨合物硝酸鹽氧化劑、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％金屬氧化劑燃燒速率加快和造渣添加劑和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
本發(fā)明還包括一種適合用于汽車乘員約束系統(tǒng)的氣體發(fā)生方法。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，該方法包括直接點燃一種含燃料組分的反應(yīng)劑材料，它包含約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、約10-55重量％金屬氨合物硝酸鹽氧化劑、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％金屬氧化劑燃燒速率加快和造渣添加劑和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從下文的詳細說明結(jié)合權(quán)利要求
書和附圖可以看到本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。
附圖的簡要說明
圖1是本發(fā)明一個實施方案的微氣體發(fā)生裝置的部分剖面簡要示意圖。
圖2是表示比較例1和實施例1中容器壓力與時間關(guān)系的圖。
發(fā)明詳細說明本發(fā)明提供了一種氣體發(fā)生材料，用于壓力激活約束系統(tǒng)裝置，如微氣體發(fā)生器應(yīng)用，例如座椅安全帶預(yù)收緊器。
參見圖1，它示出了一個乘員約束系統(tǒng)裝置，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，該裝置的形式是微氣體發(fā)生裝置，由附圖編號10來整體表示。具體而言，示出的微氣體發(fā)生器10具有那些適用于在座椅安全帶預(yù)收緊器等裝置中驅(qū)動活塞等的裝置的總體形式。
微氣體發(fā)生器10包括外殼12形成一個室14。外殼12至少部分由一個長條狀大致為圓柱形的套管16所界定，具有開放的第一端20和閉合的第二端22，優(yōu)選是可以形成一個整體結(jié)構(gòu)。眾所周知，這種結(jié)構(gòu)能有利地用來減少或消除該結(jié)構(gòu)中所需或所用的焊接次數(shù)，例如無需焊接端蓋以閉合外殼12的一個或多個端部。
引發(fā)器由編號24表示，其形式例如是加熱的電橋標準導線點火管(heatedbridgewire squib)，與套管第一端20恰當?shù)亟Y(jié)合或以其它方式連接在上面以密閉該第一端。引發(fā)器24包括或具有兩個電極插腳26和28。電極插腳26和28與一個或多個傳感器(圖中未示出)發(fā)生信號接收連接，所述傳感器例如是本領(lǐng)域己知的能有效地向引發(fā)器24發(fā)送信號以實現(xiàn)所需的起動。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得和本說明書所教導的，如果需要，其它合適形式的引發(fā)器(如本領(lǐng)域已知的)可用來實施本發(fā)明。所述其它合適形式的引發(fā)器例如可包括火花放電、加熱或爆炸的導線或箔和直通隔板引發(fā)器(through bulkheadinitiators)，如有需要可任選地含有所需量的合適的煙火用料。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明可以在較寬的范圍內(nèi)實施，不一定局限于包括和/或使用加熱的電橋標準導線點火管。
外殼12容納或以其它方式包括氣體發(fā)生劑組合物供源，由編號30表示。如下文詳述，在一個優(yōu)選實施方案中，本發(fā)明較好是使用這樣一種氣體發(fā)生劑組合物，在滿足與微氣體發(fā)生器(如形式是座椅安全帶預(yù)收緊器)用材料有關(guān)的嚴格要求之外，還能有利地實現(xiàn)以下一項或多項a)無需包含輔助煙火化合物(點火劑)，以使得該裝置能滿足或恰當?shù)貪M足例如低溫操作(如在低于室溫(25℃)至低到如-40℃的溫度下操作)時的性能要求，b)產(chǎn)生的氣體排出物中不希望有的廢氣(如一氧化碳和NOx)含量適當降低。
本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物優(yōu)選包含燃料組分、氧化劑組分、燃燒速率加快和造渣添加劑和高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。更具體而言，本發(fā)明優(yōu)選的氣體發(fā)生劑組合物包括或含有約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、約10-55重量％金屬氨合硝酸鹽氧化劑、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
如上所述，用于本發(fā)明的優(yōu)選燃料本質(zhì)上是非疊氮化物。用于本發(fā)明的燃料的組群或種類包括各種含氮有機燃料和至少一種過渡金屬的四唑絡(luò)合物。用于本發(fā)明的含氮有機燃料的具體例子包括硝酸胍、氨基胍硝酸鹽、三氨基胍硝酸鹽、硝基胍、雙氰胺、triazalone、nitrotriazalone、四唑以及它們的混合物?？墒褂眠^渡金屬(例如銅、鈷、還可以是鋅)的四唑絡(luò)合物。本發(fā)明特定的氣體發(fā)生劑組合物中的氣體發(fā)生燃料組分可以由單種這類燃料組成，也可以包括多種這類燃料的組合。
此外，如果需要，氣體發(fā)生材料的燃料組分可包括金屬燃料。用于本發(fā)明的金屬燃料的具體例子包括硅、鋁、硼、鎂、鋁鎂合金，以及它們的組合。
在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方案中，氣體發(fā)生材料的燃料組分包括硝酸胍燃料或者硝酸胍與一種或多種硅、鋁、硼、鋁鎂合金以及它們的合金和組合的金屬燃料的混合物。這些金屬燃料優(yōu)選是以粉末狀使用，以便與組合物的其它組分混合。盡管加入這些金屬燃料可用于多種用途，但一般而言在組合物中加入這些金屬燃料是為了提高所得組合物的燃燒溫度。
實踐中，硝酸胍是一種特別好的燃料，其原因有以下一個或多個它經(jīng)濟成本較低；通常能避免不希望有的與銅或其它可能存在的過渡金屬的絡(luò)合；本身高度氧化，從而可用來最小化或減少燃燒所需的外加氧化劑用量。硅、鋁、硼、鋁合金、鎂合金以及它們的組合如果存在的話，其存在量通常最高為氣體發(fā)生劑組合物總量的約5重量％。
根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，氣體發(fā)生劑組合物的約10-55重量％是金屬氨合物硝酸鹽氧化劑。用于本發(fā)明的優(yōu)選金屬氨合物硝酸鹽氧化劑材料包括二硝酸二氨合銅、二硝酸二氨鋅和它們的組合，特別好的是二硝酸二氨合銅。
本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物優(yōu)選是還含有約2-10重量％金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑。用于本發(fā)明的金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑的具體例子包括二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、氧化硼以及它們的組合。一般來說，二氧化硅、氧化鋁和它們的組合是用于本發(fā)明的較佳金屬氧化物添加劑。金屬氧化物被用作燃燒速率加快劑并用來造渣使之能從氣袋充氣機氣流中容易地過濾出來。加入并使用這些氧化硅和氧化鋁材料能特別有效地便于產(chǎn)生渣料，使之能從氣袋充氣機氣流中較容易地過濾出來。
在本發(fā)明的實踐中，據(jù)信是氣體發(fā)生劑組合物中存在的金屬氧化物組分與較高用量的金屬胺硝酸鹽的組合一起作用得到該組合物的高燃燒速率和低燃燒速率壓力指數(shù)。
本發(fā)明優(yōu)選的氣體發(fā)生劑組合物包括或含有約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。在一些特別好的本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物中，高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的用量約為4-10重量％。特別是當高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的用量至少約為4重量％時，含有該高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物的優(yōu)點就尤為顯著。此外，高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的用量超過約10重量％的氣體發(fā)生劑組合物會不利地降低該組合物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體產(chǎn)量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員和接受本說明書教導的人員會理解，高氯酸鉀優(yōu)選是能與組合物的其它組分相容。也就是說，在標準使用條件(如溫度≤107℃)下直至燃燒被引發(fā)之前在高氯酸鉀和其它組合物組分之間通常沒有不希望有的化學反應(yīng)。例如，更具體來說，高氯酸鉀優(yōu)選是無水形式，因為水合物質(zhì)在升高溫度(如高于25℃的溫度)會不希望地與組合物材料(如金屬氨合物硝酸鹽氧化劑)反應(yīng)，從而導致不希望有的降解。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物中存在或含有的上述高氯酸鉀能夠使氣體發(fā)生劑組合物在-40℃的可燃性與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比得到充分的提高，由此避免了在微氣體發(fā)生器乘員約束系統(tǒng)裝置10中存在或含有點火材料的需求。也就是說，本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物優(yōu)選是即便在低溫下也是可直接點燃的(即無需中間點火材料就可點燃)。本領(lǐng)域技術(shù)人員和接受本說明書教導的人員應(yīng)知道，消除對點火材料的需求可以使得含該氣體發(fā)生劑組合物裝置的設(shè)計和制造明顯簡化，并且降低生產(chǎn)制造該裝置的成本。
此外，據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物中存在或含有高氯酸鉀還能使該組合物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物燃燒產(chǎn)生或形成的氣體排出物相比有利地提高了品質(zhì)。更具體而言，據(jù)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明含高氯酸鉀添加劑的氣體發(fā)生劑組合物產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物燃燒產(chǎn)生或形成的氣體排出物相比一氧化碳和一種或多種NOx材料之一或兩者的相對含量減少。
本發(fā)明一種特別好的氣體發(fā)生劑組合物包含約25-60重量％硝酸胍，約10-55重量％二硝酸二氨合銅，約2-10重量％金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑，選自SiO2、Al2O3和它們的組合，約1-20重量％，優(yōu)選是約4-10重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
引發(fā)器24和氣體發(fā)生劑組合物源30的位置是能夠使它們在一旦起動時處于能引發(fā)反應(yīng)的聯(lián)接關(guān)系，這樣引發(fā)器24的起動能導致至少一部分氣體發(fā)生劑組合物源30發(fā)生反應(yīng)。在一個具體的實例中，引發(fā)器24和氣體發(fā)生劑組合物源30直接接觸。
盡管圖中示出的氣體發(fā)生材料源30是顆粒狀材料的形式，但應(yīng)該理解本發(fā)明可以在較寬范圍內(nèi)實施，不一定局限于包含和使用特定形式的氣體發(fā)生材料。因此，如果需要，還可以使用其它恰當形式的氣體發(fā)生材料，包括例如片狀、粒狀和圓片狀。
操作如圖1所示，微氣體發(fā)生器10的典型操作如下一旦傳感到發(fā)生了需要起動微氣體發(fā)生器10的事件，電信號就被送到引發(fā)器24。該引發(fā)器工作對氣體發(fā)生材料源30點火，使氣體發(fā)生材料源被點燃產(chǎn)生氣體。在例如微氣體發(fā)生器10是座椅安全帶預(yù)收緊器的場合，產(chǎn)生的氣體可用來驅(qū)動活塞以恰當?shù)乩o安全帶。然后，該產(chǎn)生的氣體會合適地從活塞裝置中排出，例如排放到車輛的客廂，這是本領(lǐng)域已知的。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得和本說明書所教導的，本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物可以用多種方法加工或制備。本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物的一種有用的加工工藝是將所需量的高氯酸鉀與其余所需的氣體發(fā)生材料組合物簡單干混?；蛘撸枇康母呗人徕浛梢栽跉怏w發(fā)生劑組合物配方的噴霧干燥工藝中作為外加組分加入，如上述相關(guān)的現(xiàn)有美國專利申請(現(xiàn)為美國專利6,103,030；6,083,331；6,224,697)中所述。
以下實施例說明或演示了與實施本發(fā)明有關(guān)的各方面，結(jié)合這些實施例來更詳細地說明本發(fā)明。應(yīng)該理解，在本發(fā)明精神范圍內(nèi)的所有變化都是被要求保護的，因此不能認為本發(fā)明受到這些實施例的限制。
實施例比較例1和實施例1在配有壓力傳感器和高速數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的10立方厘米的密閉氧彈試驗容器中于-40℃的溫度使用測試用氣體發(fā)生裝置，該裝置的配置如圖1所示并含有下表1所示的各種氣體發(fā)生劑配方。記錄試驗容器中壓力與時間的關(guān)系，繪出曲線，對兩種氣體發(fā)生劑組合物作一比較。
比較例1所用的基線氣體發(fā)生劑組合物是一種平衡配方，其中燃料和氧化劑的用量被調(diào)節(jié)到燃燒時理論上僅產(chǎn)生一氧化碳、水和氮氣。實施例1的配方中燃料稍微多一些，目的是滿足氣體排出物濃度的客戶要求但又要與含有相同量高氯酸鉀的平衡配方獲得相同的性能結(jié)果。
圖2是比較例1和實施例1試驗充氣機的容器壓力與時間的關(guān)系圖。
如圖2所示，實施例1的氣體發(fā)生劑組合物(含有本發(fā)明的高氯酸鉀)與比較例1的基線配方相比，在燃燒軌跡的早期燃燒得更快，并且更早地達到了最大壓力。特別是，含有高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的配方能滿足汽車制造商的性能要求，而基線配方卻不能。因此，存在或含有本發(fā)明的添加劑能有利地提高氣體發(fā)生材料的性能以滿足汽車制造商的要求。
比較例2和實施例2在這些試驗中，將裝有32克下表2所示的各平衡氣體發(fā)生劑組合物的超重試驗五金支架放在60升容器中燃燒，用FTIR測量其中的氣體排出物。結(jié)果示于下表3。
在實施例2的組合物中，高氯酸鉀與經(jīng)噴霧干燥的含其它組分的配方干混合。
結(jié)果討論兩種組合物均被配制成燃燒時只產(chǎn)生一氧化碳、水和氮氣。兩種組合物的燃燒溫度相似，足以消除溫度對排出物濃度的影響。
如表3所示，本發(fā)明實施例2含有高氯酸鉀的氣體發(fā)生劑組合物在燃燒時，富含燃料的排出物種(如一氧化碳)和富含氧的排出物種(如NOx)均減少。
因此，本發(fā)明提供了一種改進的氣體發(fā)生劑組合物，它特別適用于微氣體發(fā)生裝置，例如用于座椅安全帶預(yù)收緊，以及相應(yīng)或相關(guān)的改進的氣體發(fā)生裝置、系統(tǒng)和方法。特別是，本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物在滿足應(yīng)用于微氣體發(fā)生器乘員約束系統(tǒng)裝置(如座椅安全帶預(yù)收緊器)的要求(如關(guān)于燃燒溫度和氣體輸出的要求)之外，還能有利地直接可點燃，因此無需存在或含有輔助煙火化合物(如點火劑)，從而滿足例如關(guān)于低溫操作的性能要求，所述低溫操作例如是在低于室溫(25℃)至低到例如約-40℃的溫度下操作。此外，本發(fā)明提供的氣體發(fā)生劑組合物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比，其產(chǎn)生的氣體排出物中不希望有的排出氣體(如一氧化碳和NOx)的含量被適當降低了。
上文參考了本發(fā)明氣體發(fā)生劑組合物用于微氣體發(fā)生器乘員約束系統(tǒng)裝置的具體實例來說明本發(fā)明。但應(yīng)該理解，如果需要，本發(fā)明的氣體發(fā)生劑組合物能用于其它恰當?shù)某藛T約束系統(tǒng)裝置，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得和本說明書所教導的。
本說明書揭示的本發(fā)明可以在缺乏那些本說明書未具體揭示的元素、部件、步驟、組件或成分的情況下得以恰當?shù)貙嵤?br>盡管在上文的詳細說明中本發(fā)明用一些優(yōu)選實施方案來說明，并且為了說明例舉了許多細節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然知道本發(fā)明還有其它的實施方案，在不偏離本發(fā)明基本原理的情況下可以對上文所述一些細節(jié)做相當多的變化。
權(quán)利要求
1.一種氣體發(fā)生劑組合物，它包含約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料；約10-55重量％金屬氨合物硝酸鹽氧化劑；約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分；約2-10重量％金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑；和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
2.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比具有改進的可燃性。
3.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其NOx相對量更少。
4.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其一氧化碳含量更少。
5.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料包括硝酸胍。
6.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述金屬氨合物硝酸鹽氧化劑包括二硝酸二氨合銅。
7.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑選自SiO2、Al2O3以及它們的混合物。
8.如權(quán)利要求
1所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的存在量約為4-10重量％。
9.一種含有權(quán)利要求
1所述氣體發(fā)生劑組合物的座椅安全帶預(yù)收緊器。
10.一種含有權(quán)利要求
1所述氣體發(fā)生劑組合物的乘員約束系統(tǒng)裝置。
11.一種氣體發(fā)生劑組合物，它包含約25-60重量％硝酸胍；約10-55重量％二硝酸二氨合銅；約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分；約2-10重量％選自SiO2、Al2O3及其混合物的金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑；和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
12.如權(quán)利要求
11所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比具有改進的可燃性。
13.如權(quán)利要求
11所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其NOx相對量更少。
14.如權(quán)利要求
11所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其一氧化碳含量更少。
15.如權(quán)利要求
11所述的氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的存在量約為4-10重量％。
16.一種含權(quán)利要求
15所述氣體發(fā)生劑組合物的座椅安全帶預(yù)收緊器。
17.一種座椅安全帶預(yù)收緊器氣體發(fā)生劑組合物，它包含約25-60重量％硝酸胍；約10-55重量％二硝酸二氨合銅；約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分；約2-10重量％選自SiO2、Al2O3及其混合物的金屬氧化物燃燒速率加快和造渣添加劑；和約4-10重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
18.如權(quán)利要求
17所述的座椅安全帶預(yù)收緊器氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比具有改進的可燃性。
19.如權(quán)利要求
17所述的座椅安全帶預(yù)收緊器氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其NOx相對量更少。
20.如權(quán)利要求
17所述的座椅安全帶預(yù)收緊器氣體發(fā)生劑組合物，其特征在于所述組合物燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物在燃燒時的氣體排出物相比，其一氧化碳含量更少。
21.一種適合用于機動車乘員約束系統(tǒng)的氣體發(fā)生方法，該方法包括直接點燃一種含燃料組分的反應(yīng)劑材料，它包含約25-60重量％非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、約10-55重量％金屬氨合物硝酸鹽氧化劑、約0-50重量％硝酸銨輔助氧化劑組分、約2-10重量％金屬氧化劑燃燒速率加快和造渣添加劑和約1-20重量％高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。
22.如權(quán)利要求
21所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)劑材料與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比具有改進的可燃性。
23.如權(quán)利要求
21所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)劑材料燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似反應(yīng)劑材料在燃燒時的氣體排出物相比，其NOx相對量更少。
24.如權(quán)利要求
21所述的方法，其特征在于所述反應(yīng)劑材料燃燒時產(chǎn)生的氣體排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似反應(yīng)劑材料在燃燒時的氣體排出物相比，其一氧化碳含量更少。
25.如權(quán)利要求
21所述的方法，其特征在于所述高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑在所述反應(yīng)劑材料中的存在量約為4-10重量％。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于壓力激活的約束系統(tǒng)裝置(例如用于如座椅安全帶預(yù)收緊器的微氣體發(fā)生器)的氣體發(fā)生劑組合物。該組合物在包含非疊氮化物的含氮氣體發(fā)生燃料、金屬氨合物硝酸鹽氧化劑和金屬氧化劑燃燒速率加快和造渣添加劑之外，還含有高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑。該氣體發(fā)生劑組合物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物相比具有改進的可燃性。該氣體發(fā)生劑組合物產(chǎn)生的排出物與不含高氯酸鉀氣體發(fā)生添加劑的類似組合物產(chǎn)生的排出物相比，其一氧化碳含量和NO
文檔編號C06B31/00GKCN1656045SQ03812220
公開日2005年8月17日 申請日期2003年5月21日
發(fā)明者I·V·門登霍爾, R·G·史密斯 申請人:奧托里夫Asp股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan