專利名稱:制造單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法
制造單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本公開涉及可膨脹約束系統(tǒng)，更進(jìn)一步地涉及制造在這種系統(tǒng)中使用的煙火氣體發(fā)生材料的方法。
背景技術(shù)：
[0002]本部分的陳述僅提供了關(guān)于本公開的背景信息，可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。[0003]被動(dòng)可膨脹約束系統(tǒng)經(jīng)常有多種應(yīng)用，如機(jī)動(dòng)車。當(dāng)車輛因?yàn)榕鲎捕鴾p速時(shí)，一個(gè)可膨脹的約束系統(tǒng)展開一個(gè)氣囊墊來阻止乘坐人和車間的接觸，因此將乘坐人受到的傷害降至最低。這樣的裝置通常使用包含煙火氣體發(fā)生劑的氣體發(fā)生器。氣體發(fā)生劑迅速地燃燒產(chǎn)生熱氣使氣囊膨脹，因此相對(duì)于車限制了乘坐人的位置。[0004]車輛乘坐人可能不處在預(yù)先設(shè)定的能得到氣囊展開時(shí)最大效力的位置上。如果氣囊中壓力速率增加太快，氣體發(fā)生劑產(chǎn)生的壓力值過大，離位的乘坐人可能得不到氣囊應(yīng)有的益處。對(duì)改進(jìn)氣囊性能和安全性的需求日益增長的同時(shí)，也需要減低制造和生產(chǎn)成本。 因此，需要提高推進(jìn)劑或氣體發(fā)生劑的功能性和降低氣體發(fā)生劑和整個(gè)氣囊氣體發(fā)生器系統(tǒng)的成本。[0005]氣體發(fā)生劑性能的改進(jìn)仍令人期待。調(diào)整可膨脹裝置系統(tǒng)中、例如一個(gè)氣囊中氣體發(fā)生劑的性能，可能需要一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)，不僅僅包括氣體發(fā)生劑，還有控制氣流的硬件系統(tǒng)。優(yōu)選可膨脹的約束裝置的氣體發(fā)生器中使用的氣體發(fā)生劑在燃燒過程中以希望的壓力水平和速率迅速釋放出氣體，以達(dá)到最佳性能和改進(jìn)離位性能。另外，氣體發(fā)生材料最好在加工上是安全的，具有高產(chǎn)氣率和可接受的火焰溫度，同時(shí)燃燒速率與發(fā)生劑的連皮厚度(web thickness)相適應(yīng)。滿足這些需要的、并進(jìn)一步將通過氣囊釋放的排出氣中的副產(chǎn)品化合物的產(chǎn)生最小化的氣體發(fā)生劑是非常希 望得到的。
發(fā)明內(nèi)容
[0006]根據(jù)本公開的各個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用來制成一種單片式的氣體發(fā)生劑的方法。在某些方面，將一種氣體發(fā)生劑材料和一種彈道性能改良劑進(jìn)行混和從而得到一種混合物，隨后將其?；?。本方法的進(jìn)一步包括通過向粒化的混合物施加壓力形成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒。這種沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒擁有的實(shí)際密度為這種氣體發(fā)生劑最大理論密度的至少約95%。[0007]在其他的方面，本公開提供了一種制造一種單片式氣體發(fā)生劑的方法，所述方法包括將氣體發(fā)生劑引入沖模腔。沖模腔有一個(gè)第一側(cè)面和一個(gè)與其相對(duì)的第二側(cè)面。壓力從第一側(cè)面和第二側(cè)面施加到氣體發(fā)生材料上，來形成具有大于或等于此氣體發(fā)生材料最大理論質(zhì)量密度約95%的沖壓單片式顆粒。通過在第一側(cè)面施加更大的壓力來推動(dòng)沖模中的顆粒，使此沖壓單片式顆粒從沖模中排出，在至少部分排出過程中保持第二側(cè)面上所施加的壓力，其中所施加的壓力大于或等于約3000psig(磅每平方英寸(表壓))(約21MPa)。[0008]根據(jù)其他方面，本公開提供一種形成一種單片式氣體發(fā)生劑的方法。氣體發(fā)生劑材料和一種彈道性能改良劑進(jìn)行混和形成一種混合物。對(duì)氣體發(fā)生劑施加至少約為40000psi的壓力將此混合物壓緊。此混合物被?；?。通過對(duì)?；旌衔锸┘哟笥?70000psi (約480MPa)的壓力形成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒，其中所述沖壓單片式氣體發(fā)生劑的初始表面積小于約13000mm2，其中由氣體發(fā)生劑顆粒的質(zhì)量密度和產(chǎn)氣率得到的結(jié)果大于或等于5. Omol/lOOcm3。此氣體發(fā)生劑顆粒基本不含高分子粘結(jié)劑，實(shí)際密度為此氣體發(fā)生劑最大理論密度的至少約95%。[0009]進(jìn)一步的可應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⒃谶@里的描述中變得顯而易見。可以理解的是，說明書和具體實(shí)施例的目的僅用來說明而并不是用來限定此公開的范圍。


[0010]這里描繪的附圖僅僅用來說明而并不是以任意方式用來限定本公開的范圍。[0011]圖1是一個(gè)車輛內(nèi)的示范性被動(dòng)可膨脹氣囊裝置系統(tǒng)的簡化局部側(cè)視圖，車輛中有一位乘坐人；[0012]圖2是一個(gè)示范性乘客側(cè)氣囊組件的局部橫截面圖，這個(gè)氣囊組件包含一個(gè)可膨脹的氣囊約束裝置的氣體發(fā)生器；[0013]圖3是一個(gè)示范性司機(jī)側(cè)氣囊組件的局部橫截面圖，這個(gè)氣囊組件包含一個(gè)可膨脹的氣囊約束裝置的氣體發(fā)生器；[0014]圖4是用來說明此公開的一個(gè)方面的工序流程圖；[0015]圖5A至圖5F表不的是,根據(jù)此公開的各個(gè)方面利用液壓機(jī),沖模,上和下兩個(gè)沖床形成氣體發(fā)生劑顆粒的步驟的剖面圖；以及[0016]圖6是一個(gè)按照本公開的原理制造的沖壓單片式氣體發(fā)生劑的等軸視圖。
具體實(shí)施方式
[0017]以下描述實(shí)際上僅僅是范例，而不是用來限定本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)該了解在所有這些圖中對(duì)應(yīng)的參考數(shù)字表明相似的或相應(yīng)的部分和特征。這些描述和任何具體實(shí)施例在表明本公開的方案時(shí)，僅僅是用于說明的目的而并不是用來限定本公開的范圍。并且，陳述特征的多個(gè)方案的引述并不是為了排除具有其他特征的，或合并已陳述特征的不同組合的其他方案。[0018]可膨脹約束裝置通過其所包含的煙火氣體發(fā)生劑的反應(yīng)優(yōu)選在原位進(jìn)行產(chǎn)氣。按照本公開的各個(gè)方面，所制成的氣體發(fā)生劑具有期望的成分和形狀，使其在可膨脹約束裝置中可達(dá)到最佳的性能特性。本公開在各個(gè)方面提供了制造單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法，這種氣體發(fā)生劑顆粒具有高燃燒速率(即燃燒反應(yīng)速率)，高產(chǎn)氣率(發(fā)生劑的摩爾/ 質(zhì)量)，高的獲得的質(zhì)量密度，高理論密度和高裝填密度。在某些方面，此單片式氣體發(fā)生劑基本不含高分子粘結(jié)劑并且具有高密度。這種單片式氣體發(fā)生劑顆粒形成了獨(dú)特的形狀， 優(yōu)化了所含材料的彈道燃燒特征。[0019]根據(jù)背景，可膨脹的約束裝置可應(yīng)用于例如機(jī)動(dòng)車的各種類型的氣囊組件。如司機(jī)側(cè)，乘客側(cè)，側(cè)面碰撞，窗簾和地 毯氣囊組件，同時(shí)也可以運(yùn)用于其他類型的交通工具例如船、飛機(jī)和火車。這種煙火氣體發(fā)生劑也可應(yīng)用于其他需要迅速產(chǎn)生氣體的地方，如座椅安全帶約束。[0020]正如在此討論的內(nèi)容所述，為了進(jìn)行說明，示范性的可膨脹約束裝置可參考?xì)饽医M件。圖1顯示一種示范性的司機(jī)側(cè)前排氣囊可膨脹約束裝置10。在這樣的司機(jī)側(cè)，可膨脹約束裝置典型地包含一個(gè)氣囊墊12，此氣囊墊存放在車輛16的駕駛桿14中。駕駛桿14 中的氣體發(fā)生器(未顯示)所含的氣體發(fā)生劑可迅速地產(chǎn)生脹大氣囊12的膨脹的氣體18。 氣囊12在檢測到車輛16的減速的幾毫秒內(nèi)展開，并在乘車人20和車輛部件22之間形成屏障，從而使傷害最小化。[0021]可膨脹的約束設(shè)備一般涉及一系列的反應(yīng)，促使膨脹氣體的產(chǎn)生來展開氣囊。在整個(gè)氣囊組件系統(tǒng)的作用下，氣囊墊在幾毫秒之內(nèi)會(huì)開始膨脹。[0022]圖2顯示一個(gè)簡化的示范性氣囊組件30，包括一個(gè)乘客艙氣體發(fā)生器組件32和一個(gè)存放氣囊36的封閉艙34。這個(gè)裝置經(jīng)常使用引爆管或引發(fā)劑40，它們可以在感應(yīng)到突然減速和/或碰撞時(shí)由電引燃。引爆管40的爆發(fā)通常引燃點(diǎn)火材料42使之迅速燃燒釋放熱量，進(jìn)而引燃?xì)怏w發(fā)生材料50。氣體發(fā)生材料50燃燒生成大部分的氣體產(chǎn)物，并被導(dǎo)入氣囊36使其膨脹。[0023]在各種方案中，氣體發(fā)生劑50是一種含有煙火材料的固體顆粒。這種煙火材料由燃料、氧化劑和其他少量成分組成，其被引燃后迅速燃燒生成氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物(例如C02、H2O 和隊(duì))。氣體發(fā)生劑為現(xiàn)有技術(shù)中已知的推進(jìn)劑。因此氣體發(fā)生材料包含一種或多種化合物(例如原料)，它們結(jié)合在一起形成一體的結(jié)構(gòu)，在點(diǎn)燃時(shí)經(jīng)過迅速的燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生熱量和氣態(tài)產(chǎn)物，即氣體發(fā)生劑50燃燒，為可膨脹的約束裝置生成熱的膨脹氣體。[0024]在各種方案中，氣體發(fā)生劑50是一種含有煙火材料的固體顆粒。人們期待配制出一種氣體發(fā)成材料組合物，使固體燃燒產(chǎn)物在燃燒過程中形成一體的容易過濾的團(tuán)塊，有時(shí)也被稱為渣塊。這些渣塊經(jīng)常起到分離各種微粒的作用。然而過濾器52經(jīng)常另外安裝在氣體發(fā)生劑50和氣囊36之間來除去散入氣體中微粒，同時(shí)使氣體進(jìn)入氣囊36之前降低溫度。氣體發(fā)生劑50產(chǎn)生的氣體組分、也被稱為排出氣的質(zhì)量和毒性，是非常重要的，因?yàn)槌塑嚾吮┞对谶@些化合物中的潛在可能性是存在的。因此，期望使排出氣中潛在有害的化合物的濃度能降到最低。[0025]圖3顯示一個(gè)簡化的示范性司機(jī)側(cè)氣囊組件60，其帶有一個(gè)存放著氣囊64的密閉艙62。引爆管66放置在點(diǎn)火材料68的中心，點(diǎn)火材料68迅速燃燒放熱，進(jìn)而引燃?xì)怏w發(fā)生材料70。過濾器72被提供用來減少當(dāng)氣囊64脹大時(shí)進(jìn)入氣囊64的煙氣中的微粒。 各種不同的氣體發(fā)生劑組合物(50或70)被應(yīng)用到交通工具乘坐人的可膨脹約束系統(tǒng)中。如上所述，氣體發(fā)生材料的選擇涉及多種因素，包括要符合當(dāng)代工業(yè)規(guī)范、指導(dǎo)方針和標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生安全的氣體或排出氣，氣體發(fā)生材料的加工過程安全，材料的經(jīng)時(shí)穩(wěn)定性和制造的成本效率，還有除此之外其他方面的考慮。優(yōu)選氣體發(fā)生劑組合物在加工，儲(chǔ)存，處理的整個(gè)過程中都是安全的，并且最好不含疊氮化物。在某些方面，本公開提供了沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒的制造方法，所述氣體發(fā)生劑顆粒具有高密度，耐環(huán)境條件和引燃的強(qiáng)度，均一的顆粒形狀，進(jìn)一步地，諸如裂紋、碎片、空位等的顆粒缺陷少。[0027]如圖2和圖3顯示的50或70的氣體發(fā)生劑的彈道性質(zhì)一般決定于氣體發(fā)生材料成分、形狀和表面積、以及材料的燃燒速率。傳統(tǒng)的氣體發(fā)生材料至少包含一種燃料、一種氧化劑和至少一種粘結(jié)劑，例如一種高分子粘結(jié)劑。粘結(jié)劑一般與氣體發(fā)生劑的各種成分混合在一起。粘結(jié)劑通常在儲(chǔ)存和使用的過程中用來保持固體氣體發(fā)生劑的形狀和防止其碎裂，尤其是當(dāng)它們是通過擠出和澆鑄成型的情況下。例如，各種氣體發(fā)生劑原材料成分的干燥混合物與一種液體粘結(jié)劑樹脂混合，擠出，然后固化?？蛇x擇地，固體高分子粘結(jié)劑粒子可溶于溶劑或加熱至熔點(diǎn)，隨后與其他的氣體發(fā)生劑成分混合，擠出或澆鑄成型。然而由于這種制造方法和所施加的相對(duì)壓縮力的特點(diǎn)，通過這種方法形成的固體氣體發(fā)生劑僅承受相對(duì)低值至中等的壓縮力。[0028]大部分上述成型方法需要粘結(jié)劑，例如高分子粘結(jié)劑包括有機(jī)成膜劑、無機(jī)高分子、熱塑性和/或熱固性高分子。常見的高分子粘結(jié)劑包括但不限于天然橡膠、纖維素酯、 聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、硅樹脂、聚酯、聚醚、聚丁二烯及類似物。[0029]傳統(tǒng)氣體發(fā)生劑中高分子粘結(jié)劑的存在造成一些潛在的問題。第一，在燃料與氧化劑燃燒的過程中，粘結(jié)劑也會(huì)燃燒，需要更多的氧化劑來阻止在排出氣中產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)品。使用更多的氧化劑會(huì)減少組合物的產(chǎn)氣率，并且高分子材料的燃燒提高了燃燒溫度，這兩方面都是不理想的結(jié)果。第二，粘結(jié)劑樹脂是一種稀釋劑，會(huì)減慢氣體發(fā)生劑中化學(xué)物質(zhì)的快速反應(yīng)。在一·些情況下，含有某種粘結(jié)劑的氣體發(fā)生劑的燃燒速率被嚴(yán)重影響以至于以前單片式的形狀沒有工業(yè)實(shí)用性。由于粘結(jié)劑的存在減慢了氣體發(fā)生劑的反應(yīng)速率，其他化合物經(jīng)常被添加進(jìn)來用以補(bǔ)償粘結(jié)劑的作用(即加快反應(yīng)速率)。這些添加劑包括共氧化劑，如含高氯酸鹽的氧化劑，這些添加劑會(huì)在排出氣中產(chǎn)生不能過濾的微粒。[0030]根據(jù)本公開的某些方面，氣體發(fā)生材料基本不含高分子粘結(jié)劑。這里提到的術(shù)語 “基本不含”意味著化合物少到其所造成的不理想或破壞性作用不存在或其程度可以忽略。 在本方案中，“基本不含”高分子粘結(jié)劑的氣體發(fā)生劑含少于約5 1%的高分子粘結(jié)劑，更優(yōu)選少于約4wt %，選擇地少于約3wt %，選擇地少于約2wt %，選擇地少于約Iwt %的高分子粘結(jié)劑。在某些方案中含0wt%的高分子粘結(jié)劑。因此按照本公開的原理形成的氣體發(fā)生劑組合物在氣體發(fā)生劑燃燒時(shí)可避免由于高分子粘結(jié)劑樹脂燃燒而可能產(chǎn)生的不希望的副產(chǎn)物的生成。并且，基本不含高分子粘結(jié)劑的氣體發(fā)生劑顯著地提高了燃燒特性(即更高的燃燒速率)。[0031]在各個(gè)方面，本公開的方法提供了具有高密度的單片式?jīng)_壓顆粒形狀氣體發(fā)生材料。在形成氣體發(fā)生劑顆粒的過程中原材料被混合然后加工。氣體發(fā)生劑各種組分的原材料性質(zhì)的可變性潛在地導(dǎo)致氣體發(fā)生劑顆粒的可變性，進(jìn)一步潛在地導(dǎo)致不一致的彈道特性。在某些類型的成形過程中，這種內(nèi)在的批量之間的性能變化可以通過簡單的調(diào)整氣體發(fā)生劑充填量或厚度來進(jìn)行調(diào)整。然而對(duì)單片式?jīng)_壓的顆粒而言存在潛在的一些問題，單片式?jīng)_壓顆粒缺乏可調(diào)節(jié)性，或者說沒有補(bǔ)償內(nèi)在的批量間性能變化的能力。但是，本公開提供制成單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法，通過靈活的制造工藝解決了這種在制造過程中潛在的變化問題。[0032]因此，本公開的方法提供具有高密度的單片式?jīng)_壓顆粒形狀的氣體發(fā)生劑材料， 例如，具有大于或等于此氣體發(fā)生劑最大理論密度的約90%的實(shí)際密度。根據(jù)本公開的某些方面，實(shí)際密度大于或等于最大理論密度的約93%，更優(yōu)選大于最大理論密度的約 95%，進(jìn)一步更優(yōu)選大于最大理論密度的約97%。在一些方案中，實(shí)際密度超過這種氣體發(fā)生材料的最大理論密度的約98%。根據(jù)本公開的各個(gè)方面的制備氣體發(fā)生劑顆粒的某些方法獲得這種高實(shí)際質(zhì)量密度的氣體發(fā)生材料，在這些方法中高壓縮力被施加到基本不含粘結(jié)劑的氣體發(fā)生劑原材料上。[0033]不限于本公開教導(dǎo)中運(yùn)用的任意具體理論，人們普遍相信，相對(duì)于理論密度較高的實(shí)際密度是重要的，因?yàn)檫@樣的沖壓氣體發(fā)生劑顆粒在燃燒中會(huì)保持它的形狀(而不碎裂和/或粉碎)，這樣的特性有助于保持理想性能特征，如逐漸遞增的表面積暴露、燃燒特征、燃燒氣壓等等。這些方面的性能既改進(jìn)了對(duì)離位乘坐人的性能，也免去了對(duì)兩階段驅(qū)動(dòng)的可膨脹約束裝置組件的需要，下文將詳述這些內(nèi)容。[0034]在某些方面，通過本公開的方法制成的沖壓單片式顆粒具有一個(gè)相對(duì)高的氣體發(fā)生劑裝填密度，否則可能導(dǎo)致特定包封物(a givenenvelope)的低性能。裝填密度是氣體發(fā)生材料實(shí)際的體積除以用于此形狀的總體積，根據(jù)本公開的各個(gè)方面，這種氣體發(fā)生劑顆粒相對(duì)于此氣體發(fā)生劑的裝填密度大于或等于約60%，可選擇性地大于或等于約62%。 在某些方面，氣體發(fā)生劑的裝填密度大約在62%至63%之間。[0035]在各個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法。一般地說， 這樣一種方法包括將氣體發(fā)生材料和彈道性能改良劑進(jìn)行混合形成一種混合物。此混合物隨后被?；?。通過對(duì)這些顆?；幕旌衔锸┘訅毫Χ纬蓻_壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒。得到的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒具有的實(shí)際密度為氣體發(fā)生劑的最大理論密度的至少約 95%。在一些方面，在?；嘶旌衔镏?，使用粉末致密化設(shè)備(其他壓力機(jī)或軋壓)在氣體發(fā)生劑上施加至少約40000PSI (約275MPa)的壓力使此混合物被壓緊。這里描述的方法允許“不理會(huì)”批量之間性能的變化。這樣的加工過程進(jìn)一步創(chuàng)造了一種理想的滿足所有性能和排氣要求的單片式顆粒。[0036]圖4是一個(gè)表明本公開的方法的某些方面的流程圖。氣體發(fā)生劑原材料用來在 300中制備氣體發(fā)生材料。各種氣體發(fā)生劑原材料將在下文中進(jìn)行更詳細(xì)的討論；然而，這樣的組分一般包含至少一種燃料和至少一種氧化劑。在某些方面，氣體發(fā)生劑粉末通過以下的一種或多種步驟在300中制備噴霧干燥、干混合、及濕法制粒。在某些方面，粉末的制備和加工是通過在水中和/或親水溶劑中分散和徹底混合幾種原材料組分形成漿體，隨后干燥(如噴霧干燥)來實(shí)現(xiàn)的。用于形成粉末狀和/或粒狀的氣體發(fā)生劑的這種方法僅僅是示范性的，并且已為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知。在某些可替換的方面，由于氣體發(fā)生劑為商業(yè)可得的和/或其他提前制備的，氣體發(fā)生劑粉末的制備不是必要的。若進(jìn)行氣體發(fā)生劑粉末的制備，則能夠保證控制質(zhì)量和幾種氣體發(fā)生劑成分(原材料)形成緊密混合物，因此提高了氣體發(fā)生劑配方的燃燒速率。進(jìn)一步，通過用其他氣體發(fā)生稀釋的方式，氣體發(fā)生劑粉末的制備300能夠使敏感材料安全地加工。[0037]圖4顯示，在制備氣體發(fā)生劑粉末后，氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)的彈道特性通過在310中測量和/或檢測氣體發(fā)生劑來確定。可以實(shí)現(xiàn)所述氣體發(fā)生材料的一次或多次這樣的測量，即步驟310可重復(fù)進(jìn)行。這樣的測試是希望進(jìn)行的，因?yàn)樵牧系呐魏凸に噮?shù)會(huì)引起內(nèi)在的不同批次之間的彈道性能變化?？杀粰z測的彈道特性包括燃燒速率、線性燃燒速率、和/或產(chǎn)氣率。在某些方面，一項(xiàng)或多項(xiàng)這樣的測量選自由爆炸熱(HEX)和材料密度(質(zhì)量/體積)組成的組。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的那樣，爆炸熱通常定義為物質(zhì)在定容條件下在惰性氣氛中(如20atmN2)燃燒后冷卻至周圍環(huán)境溫度所釋放的能量。因此一項(xiàng)或多項(xiàng)的彈道性能的測試告知了確定的添加到單片式氣體發(fā)生劑預(yù)定體積中的氣體發(fā)生劑的量。同樣，允許將該測試與各個(gè)參數(shù)所希望的基線目標(biāo)值進(jìn)行比較，以得到示范性的希望的單片式氣體發(fā)生劑顆粒， 因此能夠通過改變氣體發(fā)生劑和一種或多種彈道性能改良劑的濃度來調(diào)節(jié)氣體發(fā)生劑顆粒的性能特性。彈道性能改良劑是一種改變氣體發(fā)生劑顆粒的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)的試劑，例如，降低火焰溫度，提高燃燒速率等等。調(diào)整性能改良劑的量以實(shí)現(xiàn)批與批之間的彈道性能一致。因此確定性能改良劑的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)對(duì)預(yù)測氣體發(fā)生劑和彈道性能改良劑混合物的彈道性能也是有用的。下文將詳細(xì)描述這些性能改良劑。[0038]此氣體發(fā)生劑粉末在320中與一種彈道性能改良劑混合。320中的混合可選擇性地包含引入第一劑量的氣體發(fā)生劑和第二劑量的彈道性能改良劑。氣體發(fā)生劑的第一劑量和彈道性能改良劑的第二劑量與步驟310確定的氣體發(fā)生材料的彈道性能有關(guān)，且可選擇性地以性能改良劑的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性能的測量值為基礎(chǔ)(所述測量值可以從制造商處獲得或通過測試獲得)。在各個(gè)方面，進(jìn)行混合是為了使氣體發(fā)生劑和性能改良劑混合充分來形成混合物，最好是能完全均勻地混合，以形成一種混合物，優(yōu)選形成一種質(zhì)地均勻的混合物。其他制造氣體發(fā)生劑顆粒的材料可選擇性地添加并在320中與氣體發(fā)生劑粉末混合。例如，在某些方面，這種混合物中含有一種脫模助劑，它在混合前或混合過程中被引入氣體發(fā)生劑和性能改良劑中。[0039]在340中，氣體發(fā)生劑和性能改良劑的混合物被壓緊，隨后在350中將壓緊的混合物?；?。在各個(gè)方面，使用粉末致密化裝置及制粒來壓緊混合物，例如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的壓力機(jī)或軋壓裝置。在各個(gè)方面，施加到混合物的最小的致密化壓力約 40000psi (275MPa)。在某些方面，可選擇地，在粒化之前進(jìn)行壓緊。壓緊340和/或?；?350用來將混合物致密化，使其可被填充到?jīng)_模中，隨后進(jìn)行沖壓，并且壓緊/粒化過程可以引起某些氣體發(fā)生劑原材料在壓力下流動(dòng)。在某些方面，這種原材料的流動(dòng)是所希望的， 因?yàn)樗鼘⒏苫斓男阅芨?良劑合并至氣體發(fā)生劑基質(zhì)中，因此阻止了之后在工序中的組分分離。在這一方面，某些水溶性共燃料，例如硝酸胍或氰基胍，在氣體發(fā)生劑顆粒中作為非高分子粘結(jié)劑使用。[0040]在350中的?；瓿珊?，?；幕旌衔锉灰牖蛱畛涞揭粋€(gè)沖模腔中(沖?；蜩T模)，通過施加力或壓力壓縮這些?；牟牧现敝列纬上Ｍ玫降膯纹筋w粒的形狀。因此，通過在步驟360施加壓力，這些粒狀物被壓縮成一個(gè)單片式顆粒。在某些方面，壓縮使此混合物變成所希望的形狀，進(jìn)而允許氣體發(fā)生器按照前述的方式工作。根據(jù)本公開的各個(gè)方面，制成的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒具有高密度，耐環(huán)境條件和引燃的高強(qiáng)度，顆粒形狀均一，顆粒中不存在缺陷，如裂紋、碎片、空位等。[0041]在一些方面，當(dāng)?；幕旌衔锉灰霙_模腔后，沖壓氣體發(fā)生劑顆粒的形成是在液壓機(jī)中進(jìn)行的。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，壓力的施加可通過任何能提供必要壓力的擠壓操作實(shí)現(xiàn)而并不局限于使用液壓機(jī)。根據(jù)背景，圖5A-5F描繪了一個(gè)利用液壓機(jī)400制成氣體發(fā)生劑顆粒的示范性的擠壓過程。液壓機(jī)400包含一個(gè)上方的液壓缸402 和一個(gè)下方的液壓缸404。上方的沖頭406與上方的液壓缸402連接。類似地，下方的液壓缸404與下方的沖頭408連接。上方的沖床410與上方?jīng)_頭406連接。下方?jīng)_床412與下方?jīng)_頭408連接。固定的沖模414安裝于液壓機(jī)400底部(未顯示)。許多中心銷416也安裝于液壓機(jī)400的底部。在施壓時(shí)這些中心銷416在氣體發(fā)生材料中間制造出一些空隙或孔(圖5C的420)，使氣體發(fā)生劑顆粒(圖5F的424)形成一個(gè)或多個(gè)孔(圖5F的422)。[0042]下方?jīng)_床412圍繞中心銷416在豎直方向上移動(dòng)。在圖5A中，中心銷416與沖模414的上表面430等高，類似地，下方?jīng)_床412也與沖模414的上表面430等高。[0043]在圖5B中，下方液壓缸404將下方?jīng)_床412移動(dòng)至一個(gè)預(yù)定的較低位置，因而形成一個(gè)具有適當(dāng)預(yù)定體積的空間432，氣體發(fā)生材料(圖5C中的420)可以加入這個(gè)空間 432中。裝有?；臍怏w發(fā)生材料的給料刮板(未顯示)移動(dòng)至沖模414的中心區(qū)域434， 隨后用氣體發(fā)生材料420填滿空間432，如圖5C所示。所有溢出沖模414中心區(qū)域434的過多的氣體發(fā)生劑材料420都被移走。圖5C表示氣體發(fā)生材料420占據(jù)著沖模414中心區(qū)域434中的空間432。氣體發(fā)生材料420的第一側(cè)面436與下方?jīng)_床412接觸。[0044]在圖中，上方液壓缸402將上方?jīng)_床410移至與沖模414中的氣體發(fā)生材料 420相接觸。上方?jīng)_床410與氣體發(fā)生材料420的第二表面438接觸。上方?jīng)_床410具有許多的孔440 (圖5C)，這些孔440用來接收許多的中心銷416。上方?jīng)_床410和下方?jīng)_床 412被相向驅(qū)動(dòng)以施力于氣體發(fā)生材料420。在這種方法中，壓力通過上下兩個(gè)液壓缸402、 404進(jìn)而作用于上下兩個(gè)沖床410、412，施加于氣體發(fā)生材料420，因此以一定的壓力擠壓氣體發(fā)生材料420 —段時(shí)間后，形成固結(jié)的單片式氣體發(fā)生劑顆粒(圖5F中的424)。[0045]在某些方面，本公開的方法可選擇性地包括一個(gè)預(yù)壓循環(huán)，在此循環(huán)中，一個(gè)相對(duì)于固結(jié)壓力的峰值較小的壓力通過上方和/或下方的沖床410、412施加到氣體發(fā)生材料 420上。這個(gè)預(yù)壓步驟允許氣體發(fā)生材料420以受控的方式脫氣，因而提高了沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒424的物理性質(zhì)，例如密度和強(qiáng)度。通過上下兩個(gè)液壓缸402、404，進(jìn)而通過上下兩個(gè)沖床410、412施加的預(yù)壓保壓壓力可選擇地大于約5000psig(約35MPa)，在一些方面，大于IOOOOpsig (約70MPa)，可選擇性地約HOOOpsig (約96MPa)。在一些方面，預(yù)壓保壓壓力小于約20000psig(約138MPa)。在某些方面，預(yù)壓的駐留時(shí)間大于約O.1秒小于約3秒。[0046]在圖中，上方?jīng)_床410突出到?jīng)_模414的中心區(qū)域434中，在第二表面438上接觸氣體發(fā)生材料420。在顆粒形成過程中被施加到氣體發(fā)生材料420上的最大壓力被稱為固結(jié)壓力。固結(jié)壓力的駐留時(shí)間指的是施加峰值固結(jié)壓力的時(shí)間。因此，在某些方面，本公開提供一種制成單片式顆粒424的方法，所述方法包括向填充至沖模腔414中的氣體發(fā)生材料混合物420施加壓力，其中分別沿著下方?jīng)_床412的第一接觸表面442處的氣體發(fā)生材料420的第一側(cè)面436和上方?jīng)_·床410的第二接觸表面444處的第二側(cè)面438的方向施加壓力以形成沖壓單片式顆粒424。[0047]固結(jié)壓力是形成顆粒424所施加的最大壓力。在本公開的某些方面，固結(jié)壓力大于約50000psig(約345MPa)，可選擇地大于約90000psig(約620MPa)，雖然選擇性地可以大約90000psig(約620MPa)。因此在某些方面，固結(jié)壓力的范圍可從約50000psi (約 345MPa)至約70000psi (約480Mpa)，也可選擇性地大于90000psi (約620MPa)。在固結(jié)壓力下上下兩個(gè)沖床410、412的駐留時(shí)間優(yōu)選大于約O.1秒。在某些方面，峰值固結(jié)壓力的駐留時(shí)間少于約5秒。[0048]在圖5E中，抬升下方?jīng)_床412使第一接觸表面436與沖模414的上表面430等高和/或高于此上表面430。同時(shí)，上方?jīng)_床410進(jìn)行類似的抬升至高于此上表面430。在傳統(tǒng)的顆粒制成過程中，下方?jīng)_床412通常抬升并將顆粒424從沖模414中排出，同時(shí)上方?jīng)_床410迅速抬升與顆粒424脫離接觸，以提供間隙用于移走顆粒424 ;在上述過程中，在顆粒424被排出時(shí)極小或可忽略不計(jì)的壓力通過上方?jīng)_床410施加于顆粒424。[0049]在本公開的方法的一些方面，沖壓單片式顆粒424通過在同一方向上移動(dòng)上下兩個(gè)沖床410、412從沖模414中被釋放出或排出。(例如上升并在高于沖模上表面430的位置上從沖模的中心區(qū)域排出)同時(shí)仍在上下兩個(gè)沖床410、412都繼續(xù)施加壓力。因此，沖床410、412向同一方向(向上)移動(dòng)的同時(shí)上方?jīng)_床410以較下方?jīng)_床412稍快一點(diǎn)的速度移動(dòng)，與此同時(shí)在從沖模414和中心銷416中移出的過程中顆粒424上仍保持軸向的壓力。[0050]這樣的方式中，沿著第一側(cè)面436 (通過下方?jīng)_床412的第一接觸表面442)施加較大的壓力，來抬升顆粒424至高于沖模414上表面430的位置，從沖模414中移走顆粒 424。在壓力同時(shí)作用在第一側(cè)面436時(shí)，沿著第二側(cè)面438保持對(duì)顆粒424所施加的壓力 (通過上方?jīng)_床410的第二接觸表面444)。在某些方面，至少在顆粒424從沖模414中排出過程的一部分時(shí)間內(nèi)保持在顆粒424的第一和第二側(cè)面436、438上施加的壓力。在某些方面，在中心銷416從顆粒424中移出時(shí)，保持在顆粒424的第一和第二側(cè)面436、438上的壓力。[0051]在不希望被任何特定理論束縛的同時(shí)，我們相信在氣體發(fā)生劑顆粒從沖模中排出的過程中，從相對(duì)的兩側(cè)對(duì)顆粒施力(即從沖模414中釋放顆粒424和/或中心銷414被移出的過程中，保持在顆粒424的第一側(cè)面436和第二側(cè)面438上的壓力)提供改進(jìn)的單片式氣體發(fā)生劑顆粒，其具有高密度、更高的強(qiáng)度、最小化的密度梯度。在某些方面，在釋放或排出過程中，施加在第二側(cè)面438上的壓力大于或等于約3000psig。在上方接觸表面444 的排出壓力可選擇地在大于約3200psig至約6700psig之間的范圍。因此，通過滿足最小的沖壓要求(固結(jié)壓力，固結(jié)壓力下的駐留時(shí)間，預(yù)壓壓力，和/或預(yù)壓駐留時(shí)間)，得到了本公開預(yù)期的高密度單片式氣體發(fā)生劑顆粒。[0052]在某些可替代的方面，中心銷416與一個(gè)第三液壓缸相連接(未顯示)，此第三液壓缸獨(dú)立于第一和第二液壓缸402、404移動(dòng)。在這樣一個(gè)方案中，中心銷416或芯棒是“漂浮”的。當(dāng)顆粒424從沖模414中被移出時(shí)，中心銷416或芯棒與顆粒424和下方?jīng)_床412 一起向上移動(dòng)。當(dāng)下方?jīng)_床412與上方的接觸表面444等高時(shí)，中心銷416通過第三液壓缸下降，從而脫離顆粒424。[0053]圖5F顯示的是被從液壓機(jī)中取出后的含孔422的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒424 的切面圖。隨后重復(fù)進(jìn)行圖 5B-5F中的步驟來制造另外的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒。[0054]在一些方案中，一種脫模助劑被添加至氣體發(fā)生材料混合物中(如上所述在粒化或混合過程中)或替代地，直接用于模具表面，例如沖模腔的內(nèi)表面、沖床、和/或中心銷表面，來使固結(jié)之后移出顆粒的過程更易進(jìn)行，從而減小作用于顆粒的脫模力。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣，適用的脫模助劑的例子包括石墨、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣、及他們的混合物。脫模助劑的濃度一般與來自沖模的等效脫模力相關(guān)。例如，石墨可以以大于約 O. ^^%至2被％的濃度添加到氣體發(fā)生材料中。在某些方面，石墨以O(shè). 5wt%的濃度存在。 硬脂酸鎂可選擇地以約O. 5wt%至約3wt%范圍的濃度存在于氣體發(fā)生材料中，可選擇地約lwt%。在一些方面，有益的脫模助劑含石墨，因?yàn)槭谠S多煙火組合物的應(yīng)用中是不可燃的并且如所希望的那樣，不會(huì)在氣體發(fā)生劑顆粒的燃燒過程中增加其排出氣中所含物質(zhì)的水平，如CO的產(chǎn)生。[0055]本公開的各個(gè)方面提供制成一種具有單片式顆粒形狀的并調(diào)制為能產(chǎn)生快速高溫氣體的氣體發(fā)生劑。示范性的顆粒形狀和相關(guān)細(xì)節(jié)說明于共同轉(zhuǎn)讓給Mendenhall等人的美國序列號(hào)No. 11/472260(提交于2006年6月21日)。根據(jù)本公開制造的包含在氣體發(fā)生劑內(nèi)的具有期望的燃燒率、密度、和產(chǎn)氣率的氣體發(fā)生劑組合物的合適的例子包括那些在共同轉(zhuǎn)讓給Mendenhall等人的美國專利號(hào)No. 6958101所描述的物質(zhì)。然而，以上所描述的本領(lǐng)域中已知的或?qū)⒈婚_發(fā)的能夠提供具有期望的燃燒速率、產(chǎn)氣率、和密度的氣體發(fā)生劑的任何適宜的燃料可以考慮與本公開的教導(dǎo)聯(lián)合使用。美國序列號(hào)No. 11/472260 和美國專利號(hào)No. 6958101的兩個(gè)公開通過引用合并到本文中，就像在本文中進(jìn)行完全地陳述一樣。[0056]正如以上的討論內(nèi)容所述，根據(jù)本公開的各個(gè)方面，根據(jù)本公開的內(nèi)容制造的氣體發(fā)生劑是基本不含高分子粘結(jié)劑的。一種基本不含高分子粘結(jié)劑的氣體發(fā)生材料具有足夠的燃燒速率和燃燒氣體產(chǎn)物，使其也可能基本不含具有高氯酸鹽成分的氧化劑(例如， 高氯酸銨和/或高氯酸鉀)。在這樣的方案中，一種氣體發(fā)生劑含有少于約5wt%的含高氯酸鹽成分的氧化劑，更優(yōu)選少于約4wt%，可選擇地少于約3wt%，可選擇地少于約2wt%， 可選擇地少于約lwt%的含高氯酸鹽的氧化劑，并且在某些方案中含0wt%的含高氯酸鹽的氧化劑。[0057]在某些方面，優(yōu)選根據(jù)本公開制造的氣體發(fā)生劑組合物中基本不含高分子粘結(jié)劑，而在某些可替換的方面，氣體發(fā)生劑組合物可選擇地包含低水平的某種可接受的粘結(jié)劑或賦形劑來改善粉碎強(qiáng)度，前提是其沒有嚴(yán)重的有害排出氣和燃燒性質(zhì)。這樣的賦形劑包含例如微晶纖維素、淀粉、羧烷基纖維素例如羧甲基纖維素(CMC)。當(dāng)存在時(shí)，可以包含在替代的氣體發(fā)生劑組合物中的這些賦形劑少于IOwt %，優(yōu)選少于約5wt%，更優(yōu)選少于約 2. 8wt % ο[0058]如果希望，根據(jù)本公開的各個(gè)方面制造的氣體發(fā)生劑的組合物可以選擇 地包含其他的成分，如不含高氯酸鹽的氧化劑、造渣劑、冷卻劑、助流劑、粘度調(diào)整劑、助壓劑、分散助劑、鈍感劑、賦形劑、燃燒速率改良劑、及它們的混合物。這些添加劑通常的作用有改進(jìn)氣體發(fā)生材料在儲(chǔ)存期間的穩(wěn)定性；改變氣體發(fā)生劑組合物的燃燒速率或燃燒特征；改進(jìn)氣體發(fā)生材料燃燒后留下的余渣的處理性或其他材料性質(zhì)；及改善煙火材料原材料的加工處理性。[0059]根據(jù)本公開制造的氣體發(fā)生劑組合物可以避免某些不希望的氧化劑的存在。例如，在某些方案中，根據(jù)本公開制造的氣體發(fā)生劑基本不含具有高氯酸鹽成分的氧化劑。在一個(gè)方面，用于氣體發(fā)生劑中的一種合適的不含高氯酸鹽的氧化劑包含一種堿性的金屬硝酸鹽，如堿式硝酸銅。堿式硝酸銅的氧對(duì)金屬的比率高，具有好的造渣能力。這種不含高氯酸鹽的氧化劑可以以少于或等于約50wt%的氣體發(fā)生劑組合物的量存在。[0060]其他可以存在于氣體發(fā)生劑組合物中的合適的添加劑包括造渣劑、助流劑、粘度調(diào)整劑、助壓劑、分散劑、或鈍感劑。氣體發(fā)生劑組合物可選擇地包括一種造渣劑，如高熔點(diǎn)化合物，例如氧化鋁和/或二氧化硅。一般地，可包含在氣體發(fā)生劑組合物中的這樣的造渣劑的量為氣體發(fā)生劑組合物的O至約10wt%。[0061]與氣體發(fā)生劑組合物混合的一種彈道性能改良劑改變了燃燒過程中的彈道性能。這樣的性能改良劑被選擇用來制造所有的氣體發(fā)生劑顆粒的標(biāo)準(zhǔn)彈道性能(因此使批量產(chǎn)品間的變化最小化)，因此它可以最小化或提高氣體發(fā)生材料的某些彈道性能特性。在一個(gè)例子中，彈道性能改良劑是一種用來降低氣體溫度的冷卻劑，例如堿式碳酸銅，或其他合適的碳酸鹽，它們可以選擇地以總混合物的O至20wt%的量添加到氣體發(fā)生劑中。其他可以作為性能改良劑添加的合適的成分通過調(diào)整燃燒速率斜率的壓力敏感度來改變煙火燃料材料的燃燒特征。一個(gè)這樣的例子是雙-4-硝基咪唑銅(copper bis-4-Nitroimidazole)。具有這樣的作用的試劑被稱為“壓力敏感度調(diào)整劑”,可選擇地以 O至約IOwt%的量存在于混合物中。在美國專利應(yīng)用序列號(hào)No. 11/385376中對(duì)這樣的添加劑有更為詳細(xì)的描述，題目為 “Gas Generation with Copper Complexed Imidazoleand Derivatives”，Mendenhall等人著,這個(gè)公開在這里通過引用完全合并到本文中。此技術(shù)領(lǐng)域：
中用作彈道性能改良劑和/或煙火氣體發(fā)生劑組合物的其他已知的或其他將被開發(fā)的添加劑同樣可以考慮用于在本公開的各個(gè)方案中，前提是它們不會(huì)過度地?fù)p害氣體發(fā)生劑組合物希望的燃燒特征特性。[0062]圖6描繪了一個(gè)單個(gè)的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒的形狀110，它近似于以上通過引用合并到本文中的在美國專利應(yīng)用序列號(hào)No. 11/472260中公開的氣體發(fā)生劑顆粒形狀。圖6所示的單片式環(huán)狀圓盤的顆粒形狀110的燃燒產(chǎn)生的燃燒壓力，與傳統(tǒng)的丸狀(圓柱形)或圓片狀(圓環(huán)形)顆粒產(chǎn)生的燃燒壓力是有區(qū)別的。[0063]圖6所示單片式顆粒形狀110是一個(gè)環(huán)狀盤。此顆粒形狀110的示范性尺寸是內(nèi)徑a約14mm,外徑b約41mm,厚度c約22mm。許多孔114從氣體發(fā)生劑顆粒110的第一側(cè)面116延伸至其第二側(cè)面118，因此它們提供了貫穿顆粒110的主體120的開放通道。如圖所示，每一個(gè)孔114的直徑d約3mm。圖中所示的氣體發(fā)生劑顆粒110具有30個(gè)孔114，盡管孔114的不同的構(gòu)造、尺寸和數(shù)量也在我們的設(shè)想中?？?14的數(shù)量，大小和位置是可以改變的，這些參數(shù)與氣體發(fā)生材料的所希望的初始表面積和特定的燃燒速率相關(guān)。同樣，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，盤的尺寸(a、b和c)也是可以改變的。例如，當(dāng)利用多個(gè)盤作為氣體發(fā)生劑時(shí)，可以減小厚度C。[0064]顆粒形狀110的初始表面積相對(duì)于傳統(tǒng)的丸狀或圓片形較小，然而，氣體發(fā)生材料的足夠高的燃燒速率允許小的初始表面積，燃燒反應(yīng)過程中，小的初始表面積快速地燃燒以暴露出更多的表面積。圖6所示的氣體發(fā)生劑顆粒110形狀的 初始表面積小于 12000mm2,具體地說是約11930mm2。在各個(gè)方案中，顆粒形狀的初始表面積小于約13000mm2。 傳統(tǒng)的丸狀具有更大的初始表面積，例如大于35000mm2等等，以得到必須的燃燒速率和氣體燃燒壓力來適當(dāng)?shù)孛洿髿饽覊|。[0065]根據(jù)本公開，孔的長度和孔徑比(L/D)范圍優(yōu)選約3. 5至約9。在某些方案中，L/ D的最大比值為7.5。在圖6所示的特定例子中，每個(gè)孔的L/D值約為7. 3。這些孔的L/D 值與表面積的變化進(jìn)展和氣體發(fā)生劑全部的燃燒行為相關(guān)。孔的數(shù)量和每個(gè)孔的L/D值與氣體發(fā)生材料的形狀或其燃燒壓力曲線的特征相關(guān)。[0066]燃燒壓力曲線的特征與針對(duì)乘坐人進(jìn)行的改良的保護(hù)相關(guān)，并且根據(jù)所希望的氣體發(fā)生劑顆粒的彈道行為，燃燒壓力曲線優(yōu)選是逐漸遞增至穩(wěn)定的(neutral)。對(duì)比的傳統(tǒng)的材料一般具有遞減的燃燒壓力曲線。壓力曲線的特征與氣體發(fā)生劑表面積的大小相關(guān)； 而氣體發(fā)生劑的表面積又與發(fā)生反應(yīng)的發(fā)生劑質(zhì)量互相關(guān)聯(lián)，因此壓力曲線的特征還與質(zhì)量氣體發(fā)生率(mg)和經(jīng)時(shí)產(chǎn)生的氣體壓力相關(guān)。在這點(diǎn)上，類似于圖6所示的氣體發(fā)生劑顆粒110單片式的形狀提供了受控的燃燒壓力，它提供了維持在一個(gè)希望的水平上的時(shí)間更長的、受控的、持續(xù)的燃燒壓力，這一點(diǎn)對(duì)改進(jìn)氣體發(fā)生器的排氣性質(zhì)和在氣囊墊展開過程中乘坐人的安全性是重要的。[0067]這一概念也可表達(dá)為“上升速率”，指的是從氣體發(fā)生器中產(chǎn)出的氣體使壓力增加的速率(通常在產(chǎn)出的氣體被導(dǎo)入一個(gè)封閉的體積中的條件下測量)。通常希望，一個(gè)可膨脹的約束的氣囊墊起始膨脹時(shí)以一個(gè)相對(duì)緩和的方式進(jìn)行以減小對(duì)乘坐人的傷害(尤其是在乘坐人離氣囊太近或“離位”的情況下)，隨后經(jīng)歷的一個(gè)階段中膨脹氣體以一個(gè)相對(duì)大或增大的壓力速率進(jìn)入到氣囊墊中。制造了這樣的膨脹過程的氣體發(fā)生劑在現(xiàn)有技術(shù)中一般被稱為以“S”曲線制造膨脹氣體。根據(jù)本公開的某些原理制成的氣體發(fā)生劑具有接近 “S，，曲線的上升速率，而具有“S”曲線的上升速率是非常希望的，尤其是對(duì)于那些離位的乘坐人。這些特點(diǎn)將在圖6中更為詳細(xì)地描述。[0068]根據(jù)本公開的各個(gè)方案的方面，一種單片式?jīng)_壓顆粒的設(shè)計(jì)，在提供一個(gè)較高的平均燃燒氣壓和對(duì)燃燒特性優(yōu)異的控制的同時(shí)，提供一個(gè)較低的上升速率。另外，在優(yōu)選的方案中，相較于傳統(tǒng)的擠出的單片式顆粒，氣體發(fā)生劑中不含高分子粘結(jié)劑和/或高氯酸鹽氧化劑改善了燃燒特性和排出氣。[0069]如上所述，單片式氣體發(fā)生劑提供改善的排出氣質(zhì)量。這一點(diǎn)可以歸功于高密度單片式顆粒的幾個(gè)方面，包括氣體發(fā)生劑組合物基本不含高分子粘結(jié)劑以及所聯(lián)合的共氧化劑、如會(huì)提高燃燒火焰溫度的高氯酸鹽。例如在燃燒溫度·較高的地方，一般觀察到了較高的燃燒溫度導(dǎo)致較高水平的、或相當(dāng)量的一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)燃燒產(chǎn)物。在各個(gè)方面，最高燃燒溫度(也被表達(dá)為火焰溫度)可選擇地低于約2300K，例如，燃燒過程中的火焰溫度范圍在約1400K至約2300K之間。在某些方面，火焰溫度可選擇地低于約2000K。[0070]表I對(duì)比了丸狀的傳統(tǒng)形狀的氣體發(fā)生劑和類似圖6所示的沖壓單片式環(huán)狀盤形狀的氣體發(fā)生劑所生成的排出氣，它們由相同的氣體發(fā)生劑組合物制成，所述氣體發(fā)生劑組合物含約28%的硝酸胍，約13%的堿式硝酸銅，約4%的堿式碳酸銅，約3%的二氧化硅， 以及約52%的氨基四唑喊式硝酸銅(basic copper aminotetrazole nitrate)。美國汽車研究協(xié)會(huì)(USCAR)針對(duì)氣囊裝置中排出氣組分的最大推薦水平發(fā)布了指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。希望地， 這些排出氣的產(chǎn)生需要最少化至此指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)或以下的水平。表I包括了當(dāng)今USCAR針對(duì)交通工具全部的約束裝置的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。還有，1/4的USCAR司機(jī)側(cè)排出氣的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)(推薦水平的25% )作為通常的司機(jī)側(cè)的分?jǐn)偭苛杏诒鞩中。[0071]表I顯示的是在氣體發(fā)生劑燃燒過程中通過傅里葉變換紅外光譜分析儀(FTIR) 進(jìn)行的排出氣體分析，所述分析顯示包括NCKNOdPNO5^,出氣的氮氧化物種類減少了，因此是有所改進(jìn)的。正如可觀察到的那樣，排出氣中氧化亞氮的總量相較于丸狀顆粒減少了至少約50%。例如，一氧化氮減少了約68%，二氧化氮至少減少了 50%。兩種氣體發(fā)生劑的氧化亞氮均保持在檢出極限以下。另外，排出氣中所產(chǎn)生的顆粒物也減少了。[0072]進(jìn)一步，排出氣基本不含氯化物類如HC1，因?yàn)闅怏w發(fā)生劑基本不含具有高氯酸鹽的氧化劑。兩種氣體發(fā)生劑排出氣的一氧化碳和氨的水平基本相當(dāng)，這意味著某種排出氣組分的改進(jìn)對(duì)其他組分沒有增加任何危害。通過數(shù)據(jù)可見，作為發(fā)生劑燃燒的主體部分的具有一個(gè)從穩(wěn)定的到逐漸遞增的表面積的單片式顆粒產(chǎn)生了低于USCAR指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)1/4的排出氣組分，而具有劇烈遞減的表面積的傳統(tǒng)丸狀氣體發(fā)生劑的某些排出氣組分水平超出了 USCAR指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的1/4。因此，對(duì)比具有遞減表面積的傳統(tǒng)氣體發(fā)生劑顆粒，證實(shí)了這種單片式氣體發(fā)生劑顆粒的各種排出氣組分有益地全面地減少，因此獲得了低的平均燃燒壓力。產(chǎn)生的排出顆粒物對(duì)比傳統(tǒng)氣體發(fā)生劑的形狀、如丸狀，也實(shí)質(zhì)性地有所下降。[0073]表I[0074]
權(quán)利要求
1.一種制造單片式氣體發(fā)生劑顆粒的方法，包括將一種氣體發(fā)生材料與一種彈道性能改良劑混合得到一種混合物；?；龅幕旌衔?；和通過對(duì)所述粒化后的混合物施加壓力來制成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒，其中所述的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒具有的實(shí)際密度為此氣體發(fā)生劑最大理論密度的至少95%，所述的氣體發(fā)生劑顆粒是一個(gè)具有許多孔的環(huán)狀盤，孔的長度與直徑比在3. 5至8之間，其中此盤的初始表面積小于13000mm2,其特征在于，在進(jìn)行混合工序之前，確定所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)， 所述的混合工序包括將第一劑量的氣體發(fā)生劑與第二劑量的彈道性能改良劑混合，其中， 氣體發(fā)生劑的第一劑量和彈道性能改良劑的第二劑量與所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)相關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，此氣體發(fā)生劑顆粒的線性燃燒速率在壓力為3000磅每平方英寸的條件下大于或等于1. 6英寸每秒，由氣體發(fā)生劑顆粒的質(zhì)量密度和產(chǎn)氣率得到的結(jié)果大于或等于5. Omol/lOOcm3，其中此氣體發(fā)生劑顆粒含少于5wt%的高分子粘結(jié)劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行所述的?；ば蛑?，通過施加至少40000psig的壓力將所述混合物壓緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在進(jìn)行混合工序之前，通過一項(xiàng)或多項(xiàng)下述工序制成氣體發(fā)生劑粉末從而制備所述氣體發(fā)生材料噴霧干燥，干混，濕法?；?br>5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述的沖壓的氣體發(fā)生劑顆粒的制成工序進(jìn)一步包括將所述的?；幕旌衔锕璉入一個(gè)沖模腔中，其中所述的粒化的混合物具有一個(gè)第一側(cè)面和一個(gè)與之相對(duì)的第二側(cè)面；所述壓力的施加包括沿著所述的第一側(cè)面和第二側(cè)面對(duì)所述粒化的混合物施加壓力以形成所述的沖壓單片式顆粒；和通過在所述第一側(cè)面上施加較第二側(cè)面大的壓力對(duì)沖模中的顆粒施力，將所述沖壓單片式顆粒推出沖模，在部分的推出過程中保持對(duì)第二側(cè)面施加的壓力，其中第二側(cè)面上所施加的壓力大于或等于3000psig。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的方法，進(jìn)一步包含將一種脫模劑用于所述沖模腔的表面、所述的第一表面和第二表面中的至少一個(gè)表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，氣體發(fā)生劑具有大于或等于1.9g/cm3的質(zhì)量密度，氣體發(fā)生劑的產(chǎn)氣率大于2. 4mol每100g。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，氣體發(fā)生劑含少于5wt%的高分子粘結(jié)劑， 也不含含有高氯酸鹽成分的氧化劑。
9.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，發(fā)生劑被壓制成包含一個(gè)或多個(gè)孔的環(huán)狀盤形狀的沖壓單片式顆粒，其中盤的初始表面積小于12000mm2。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，氣體發(fā)生劑顆粒具有至少62%的裝填密度。
11.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述的?；蟮幕旌衔锇环N脫模助劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，所述的混合工序包括將一種非高分子的粘結(jié)劑引入所述的混合物。
13.一種制成單片式氣體發(fā)生劑的方法，包括 將一種氣體發(fā)生材料引入沖模腔，其特征在于，沖模腔中的氣體發(fā)生材料具有一個(gè)第一側(cè)面和一個(gè)與之相對(duì)的第二側(cè)面； 沿著所述的第一側(cè)面和第二側(cè)面對(duì)所述的氣體發(fā)生材料施加壓力，從而形成一個(gè)沖壓單片式顆粒，此顆粒的實(shí)際密度大于或等于此氣體發(fā)生材料最大理論質(zhì)量密度的95% ;和 通過在所述第一側(cè)面上施加較第二側(cè)面大的壓力對(duì)沖模中的顆粒施力，將所述沖壓單片式顆粒推出沖模，在部分的推出過程中保持對(duì)第二側(cè)面施加的壓力，其中所施加的壓力大于或等于3000psig, 所述氣體發(fā)生材料混合有一種彈道性能改良劑， 所述顆粒是一個(gè)具有許多孔的環(huán)狀盤，孔的長度與直徑比在3. 5至8之間，其中此盤的初始表面積小于13000mm2, 其特征在于，在進(jìn)行混合工序之前，確定所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)，所述的混合工序包括將第一劑量的氣體發(fā)生劑與第二劑量的彈道性能改良劑混合，其中，氣體發(fā)生劑的第一劑量和彈道性能改良劑的第二劑量與所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)相關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，氣體發(fā)生材料包含一種氣體發(fā)生材料、一種燃燒速率改進(jìn)劑和一種脫模劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于，所述的脫模劑選自由以下物質(zhì)組成的組石墨、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣、及它們的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述的氣體發(fā)生材料是一種粉末，所述的壓力的施加是通過第一階段和分開的第二階段進(jìn)行，其中在所述的第一階段中施加小于20000psig的保壓壓力使所述的氣體發(fā)生劑粉末脫氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述的在氣體發(fā)生材料所述的第一側(cè)面和第二側(cè)面間壓力的施加形成一個(gè)大于或等于70000psig的固結(jié)壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，所述的在氣體發(fā)生材料所述的第一側(cè)面和第二側(cè)面間壓力的施加形成一個(gè)大于或等于70000psig的峰值固結(jié)壓力，所述的峰值固結(jié)壓力的駐留時(shí)間為0.1至5秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，所述的在氣體發(fā)生材料所述的第一側(cè)面和第二側(cè)面間壓力的施加包含一個(gè)預(yù)壓階段，其中所述預(yù)壓階段壓力的預(yù)壓駐留時(shí)間為0.1至3秒。
20.根據(jù)權(quán)利要求
13所述的方法，其特征在于，在所述的部分推出過程中保持對(duì)所述第二側(cè)面施加的壓力范圍在3200psig至6700psig之間。
21.—種制成單片式氣體發(fā)生劑的方法，包括 將一種氣體發(fā)生材料與一種彈道性能改良劑混合形成一種混合物； 通過施加至少40000psig的壓力壓緊所述混合物； ?；龌旌衔?；和 通過對(duì)所述粒化的混合物施加大于70000psi的壓力制成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒，其中，所述的沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒是一個(gè)具有許多孔的環(huán)狀盤，孔的長度與直徑比在3. 5至8之間，具有小于13000mm2的初始表面積，由氣體發(fā)生劑顆粒的質(zhì)量密度和產(chǎn)氣率得到的結(jié)果大于或等于5. Omol/lOOcm3,其中氣體發(fā)生劑顆粒含少于5wt%的高分子粘結(jié)劑，并具有此氣體發(fā)生劑最大理論密度的至少95%的實(shí)際密度， 其特征在于，在進(jìn)行混合工序之前，確定所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)， 所述的混合工序包括將第一劑量的氣體發(fā)生劑與第二劑量的彈道性能改良劑混合，其中， 氣體發(fā)生劑的第一劑量和彈道性能改良劑的第二劑量與所述的氣體發(fā)生材料的一項(xiàng)或多項(xiàng)彈道性質(zhì)相關(guān)。
專利摘要
本發(fā)明提供一種用于可膨脹的約束裝置(例如車輛的氣囊系統(tǒng))的沖壓單片式氣體發(fā)生劑的制造方法。本方法包括將彈道性能改良劑與氣體發(fā)生材料混合形成一種混合物。將這種混合物?；?，然后通過對(duì)粒化的混合物施壓以形成沖壓單片式氣體發(fā)生劑顆粒，這些顆粒的實(shí)際密度為最大理論密度的至少約95％。以一種受控的方式向沖模腔內(nèi)的氣體發(fā)生材料的兩側(cè)施加壓力，在材料顆粒兩側(cè)保持一定壓力的條件下將所形成的顆粒從膜腔內(nèi)移走，因而進(jìn)一步提高了各項(xiàng)煙火性質(zhì)。本公開方法提供的煙火組合物在制造上是經(jīng)濟(jì)的，并具有改善的燃燒速率、燃燒特征、排出氣質(zhì)量、強(qiáng)度、耐久性和顆粒完整性，同時(shí)不同批次之間具有一致的形狀。
文檔編號(hào)C06D5/06GKCN101622212 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200880006545
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2008年2月28日
發(fā)明者羅杰·布雷德福德, 托馬斯·克羅寧, 伊萬·門登霍爾, 布雷特·赫西 申請(qǐng)人:奧托里夫Asp股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),