CN101205158B

CN101205158B - 一种安全带预紧器产气药及其制备方法和使用方法

Info

Publication number: CN101205158B
Application number: CN2006101676515A
Authority: CN
Inventors: 吴寒杰; 魏德贤; 邹财松
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-12-19
Also published as: CN101205158A

Abstract

本发明提供了一种安全带预紧器产气药，该产气药含有粘合剂、含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂，其中，以所述产气药的总重量为基准，所述粘合剂的含量为大于10至20重量％，所述含氮有机化合物的含量为30-55重量％，所述氧化剂的含量为30-55重量％，所述吸热剂的含量为4-15重量％。本发明提供的安全带预紧器产气药由于粘合剂含量大于10至20重量％，不仅产气率高，使安全带具有良好的收缩性能，而且机械敏感度低，安全性好、燃烧时噪音低、温度低，从而减少了对乘员及车辆的伤害。

Description

一种安全带预紧器产气药及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种产生爆燃或推进用气体的药剂及其制备方法和使用方法，具体地说，涉及一种安全带预紧器产气药及其制备方法和使用方法。

背景技术

汽车安全带发明几十年来，挽救了许多人的生命，现已成为轿车上的标准件。安全带是汽车安全约束系统中最重要的保护设施，在碰撞事故中对减轻乘员伤害尤其是对保护乘员胸部和头部安全起着重要作用。预紧式安全带因具有良好的保护效果和舒适的使用性能，现已迅速普及。预紧式安全带的主要作用是能够在几毫秒内消除在碰撞开始前存在于织带与乘员之间的松弛量，能使乘员与车体之间的相对运动减至最小，避免发生二次碰撞，对乘员的面、胸、腹部起到很好的保护作用。

烟火式预紧器的动力源是微型气体发生器(micro gas generator，简称MGG)。它的工作原理是当安全带预紧器发生器通电时，电极上的桥丝发热，点燃附着在桥丝上的引火药，引火药燃烧后再点燃绝缘管壳内的点火药，点火药燃烧后冲破绝缘管壳，点燃管壳内的产气药，产气药燃烧后生成的气体冲破管壳上预制的薄弱部分，如梅花凹槽而做功，消除织带与乘员之间的松弛量。MGG是烟火式预紧器的动力源装置，产气药是MGG的核心。

现有技术的产气药一般含有含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂，例如CN

1183758A中公开了一种用于气体发生器的产生气体的药剂，包括含氮化合物、氧化剂、燃烧缓和剂以及选择性含有的添加剂。但是现有的安全带预紧器产气药机械敏感度过高，安全性差；在燃烧时，由于燃烧速度过快，会出现噪音过高伤害成员的听力以及温度上升过高可能烫伤乘员的缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有安全带预紧器产气药机械敏感度过高，在燃烧时噪音大、温度高的缺陷，提供一种机械敏感度低、在燃烧时噪音小、温度低的安全带预紧器产气药以及所述药剂的制备方法和使用方法。

本领域一般认为在产气药中应该尽量少用粘合剂，因为可以作为产气药粘合剂的化合物如酚醛树脂、环氧树脂，会破坏产气药的氧平衡，即由零氧平衡变为负氧平衡，最终导致产气药燃烧不完全(参见“烟火学”(第一版)，潘功配等人，第29页，北京理工大学出版社，1997年1月)，严重影响产气药的效能(燃速、产气量)，因此现有技术产气药中粘合剂的含量至多为10重量％。但是本发明的发明人意外地发现，即使将粘合剂的含量提高到大于10至20重量％，也不会影响安全带预紧器产气药的效能；相反所述粘合剂不但对产气药的各组分起着良好的粘合作用，可以改善药剂的稳定性，杜绝产气药在车辆运动中因为各组分的比重不同而产生的分层现象，而且还能对产气药起钝化作用。所述钝化作用降低了所述产气药的机械感度，使产气药在车辆正常运动过程中更安全，减缓了产气药的燃烧速度，从而避免了由于燃烧速度过快而产生的噪音和温度过高对乘员造成的危害。

本发明提供了一种安全带预紧器产气药，该产气药含有粘合剂、含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂，其中，以所述产气药的总重量为基准，所述粘合剂的含量为大于10至20重量％，所述含氮有机化合物的含量为30-55重量％，所述氧化剂的含量为30-55重量％，所述吸热剂的含量为4-15重量％。

本发明还提供了上述安全带预紧器产气药的制备方法，其中，该方法包括先将粘合剂与有机溶剂混合，然后将含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂加入所得粘合剂与有机溶剂的混合物中混合，干燥，各组分的用量使得到的安全带预紧器产气药中含有，以所述产气药的总重量为基准，含量为大于10至20重量％的粘合剂，含量为30-55重量％的含氮有机化合物，含量为30-55重量％的氧化剂，含量为4-15重量％的吸热剂。

本发明还提供了上述安全带预紧器产气药的使用方法，该方法包括将产气药装入安全带预紧器的微型气体发生器，其中，装入的所述产气药为产气药片剂和产气药颗粒剂的混合物；所述产气药片剂和产气药颗粒剂的重量比为4∶1至5∶3。

本发明提供的安全带预紧器产气药由于粘合剂的含量大于10至20重量％，不仅产气率高，使安全带具有良好的收缩性能，而且机械敏感度低，安全性好、燃烧时噪音低、温度低，从而减少了对乘员及车辆的伤害。比如实施例1和对比例1的平均峰值压力都可达0.4兆帕以上，但是实施例1的噪音仅为103分贝，温度仅为923K，而对比例1的噪音达129分贝，温度达1027K。

具体实施方式

本发明将粘合剂的含量提高到大于10至20重量％，不但不会破坏产气药的产气平衡；相反所述粘合剂不但对产气药的各组分起着良好的粘合作用，可以改善药剂的稳定性，杜绝产气药在车辆运动中因为各组分的比重不同而产生的分层现象，而且还能对产气药起钝化作用。按照本发明提供的产气药，优选情况下，以所述产气药的总重量为基准，所述粘合剂的含量为11-15重量％，所述含氮有机化合物的含量为30-40重量％，所述氧化剂的含量为40-55重量％，所述吸热剂的含量为4-8重量％。

由于本发明只涉及对粘合剂在产气药中的含量，因此对安全带预紧器产气药的组分没有特别的限制；本发明所述的产气药可以采用本领域已知的所有可用于产气药的粘合剂、含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂。

所述粘合剂优选选自酚醛树脂、环氧树脂、虫胶漆、骨胶、硬脂酸钙、纤维素基聚合物和纤维素基聚合物的盐中的一种或几种。所述纤维素基聚合物可以选自羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素(HPMC)和羟丙基乙基纤维素中的一种或几种；所述纤维素基聚合物的盐可以选自纤维素基聚合物的钠盐、钾盐和铵盐中的一种或几种，优选为羧甲基纤维素钠和/或羧甲基纤维素铵。

所述含氮有机化合物选自唑、唑的成环碳原子或氮原子上氢原子被氨基取代的化合物、嗪、氰酸、脲以及它们的盐中的一种或几种。所述唑可以选自二唑、三唑和四唑中的一种或几种，优选四唑。所述唑的成环碳原子或氮原子上氢原子被氨基取代的化合物可以为在唑的能够发生氨基取代的氢原子位置发生一个或多个氨基取代的化合物，优选5-氨基四唑。所述唑、唑的成环碳原子或氮原子上氢原子被氨基取代的化合物、嗪、氰酸、脲的盐，为它们的锂盐、钠盐、钾盐、锌盐、镁盐、锶盐或钙盐。

所述氧化剂能够在反应中为还原剂的充分燃烧提供足够的氧元素。所述氧化剂选自碱金属的硝酸盐、氯酸盐和高氯酸盐中的一种或几种，优选为硝酸钠、硝酸钾、氯酸钾、高氯酸钾中的一种或几种。

所述吸热剂能够在反应中起到吸收燃烧时产生多余热量的作用，可以是在安全带预紧器产气药燃烧产生的温度下，能够分解且分解产生残渣少的盐，优选碳酸盐和/或碳酸氢盐，更优选碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵和碳酸锌中的一种或几种。

优选条件下，所述产气药还包括助燃剂，所述助燃剂能够帮助含氮有机化合物完全燃烧，以所述产气药的总重量为基准，所述助燃剂的加入量为0.5-5重量％，优选2-4重量％；所述助燃剂选自硼粉和/或易燃金属粉，其中，所述易燃金属粉优选为镁粉、铝粉、锆粉中的一种或几种。

本发明的安全带预紧器产气药可以采用本领域常用的方法制备，比如60-70℃下干燥各种组分，在干燥条件下按照本发明产气药的配方混合粘合剂、含氮有机化合物、氧化剂、吸热剂以及选择性含有的助燃剂的粉末即可，所述粉末可以通过例如球磨、研磨的方法得到。对于制备好的产气药可以根据需要进行造粒或者压片。所述造粒或压片可以按照本领域常用的方法，例如，将干燥的产气药粉末和有机溶剂(如乙醇、乙醚、丙酮和丁酯)，加入造粒设备如高速混合造粒机造粒，即可得到颗粒剂，还可以通过20-60目筛根据需要分选颗粒；或者将干燥的产气药粉末和有机溶剂先造粒，然后使用压片设备如压片机利用模具压片，然后干燥即可。

针对本发明的产气药中粘合剂含量很高的特点，本发明还提供了上述安全带预紧器产气药的优选制备方法，其中，该方法包括先将粘合剂与有机溶剂混合，然后将含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂加入所得粘合剂与有机溶剂的混合物中混合，干燥，各组分的用量使得到的安全带预紧器产气药中含有，以所述产气药的总重量为基准，含量为大于10至20重量％的粘合剂，含量为30-55重量％的含氮有机化合物，含量为30-55重量％的氧化剂，含量为4-15重量％的吸热剂。由于本发明的粘合剂含量很高，因此将粘合剂首先分散在有机溶剂中，然后再分散其他的组分，更有利于粘合剂在产气药中的均匀分布。理论上粘合剂与有机溶剂混合物中，所述有机溶剂的量可以无限大，考虑到能耗，优选所述粘合剂与有机溶剂混合的重量比为1∶9至1∶4。所述有机溶剂可以是本领域技术人员常用的有机溶剂，优选选自乙醇、乙醚、丙酮和丁酯中的一种或几种。所得粘合剂与有机溶剂的混合物与含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂的干燥混合物混合，可以直接干燥得到粉末状的产气药；也可以将所得的混合物直接进行造粒或压片，按照需要制成颗粒剂或片剂。

本发明的安全带预紧器产气药可以按照本领域通常的用量，用于本领域各种安全带预紧器中。一般来讲，颗粒剂的比表面积大，因而燃烧速度快且燃烧完全，但是颗粒剂的单位体积装药量小；而片剂的比表面积小，因而燃烧速度慢，瞬间燃烧容易发生燃烧不完全的情况，但是片剂的单位体积装药量大。因此，本发明还提供了上述安全带预紧器产气药的优选使用方法，该方法包括将产气药装入安全带预紧器的微型气体发生器，其中，装入的所述产气药为产气药片剂和产气药颗粒剂的混合物；所述产气药片剂和产气药颗粒剂的重量比为4∶1至5∶3，优选3∶1至11∶5。其中，所述产气药片剂的体积为14-45立方毫米，优选20-30立方毫米。产气药片剂可以是圆柱形、圆球形或者其他异形片剂，只要满足片剂的体积满足本发明的要求即可。所述片剂如果是圆柱形片剂，则优选片剂的直径为3-4毫米，片剂的高为2-3毫米，更优选片剂的直径为3-3.5毫米，片剂的高为2.5-3毫米。所述产气药颗粒剂的大小一般用中值粒径D50表示。所述中值粒径D₅₀是由用横轴a为粒径，纵轴b为粒子数的a-b坐标系表示的体积基准的粒度分布求得的。在上述粒度分布中，从a值小的粒径开始累计体积，累计体积达到整体的50％时对应的a值即为中值粒径D₅₀。所述产气药颗粒剂的中值粒径D50可以为1-3.5毫米，优选1-2毫米。

按照本发明提供的制备方法，所述干燥的方法和温度为本领域公知，优选所述干燥的温度为20-80℃，更优选所述干燥的温度为60-70℃，所述干燥的时间优选为1-10小时。

下面将通过具体的实施方案来更详细地描述本发明。

实施例1

本实施例说明本发明提供的安全带预紧器产气药及其制备方法。

将6重量份的酚醛树脂溶解于24重量份丙酮，将16重量份5-氨基四唑，10重量份硝酸钾、15重量份高氯酸钾和3重量份碳酸氢钠加入到上述溶解有酚醛树脂的丙酮溶液中，混合均匀得到糊状物。40℃干燥3小时得到安全带预紧器产气药。所得干燥粉末与乙醇按照2.5∶1重量比混合，用GHL系列高速混合制粒机(江阴市明科机械厂)按照该仪器说明书制备出中值粒径D50为1毫米的本发明产气药颗粒，产气药颗粒在50℃下干燥4小时得到产气药颗粒剂；取一半产气药颗粒用TDP型压片机(南通市华宇制药机械有限公司)按照该仪器说明书制备出本发明产气药片剂，所述片剂为直径3.5毫米、高为3毫米的圆柱形。

按照本实施例所述方法制备得到的安全带预紧器产气药以其总重量为基准，该产气药中酚醛树脂的含量为12％，5-氨基四唑的含量为32％，硝酸钾的含量为20％，高氯酸钾的含量为30％，碳酸氢钠的含量为6％。上述含量通过计算得到。

实施例2

将15重量份的羧甲基纤维素钠溶解于100重量份丙酮和乙醇的混合溶液中，其中，丙酮与乙醇的重量比为2∶1。将35重量份的四唑、38重量份的硝酸钠、10重量份的碳酸氢铵、1重量份的镁粉和1重量份铝粉加入到上述溶解了羧甲基纤维素钠的丙酮和乙醇的混合溶液中，混合均匀得到糊状物。所得糊状物在70℃干燥0.8小时，用GHL系列高速混合制粒机按照该仪器说明书制备出中值粒径D50为1.5毫米的本发明产气药颗粒，产气药颗粒在50℃下干燥3.5小时得到产气药颗粒剂；取一半产气药颗粒用TDP型压片机按照该仪器说明书制备出本发明产气药片剂，所述片剂为直径3毫米、高为3毫米的圆柱形。

按照本实施例所述方法制备得到的安全带预紧器产气药以其总重量为基准，该产气药中羧甲基纤维素钠的含量为15％，四唑的含量为35％，硝酸钠的含量为38％，碳酸氢铵的含量为10％，镁粉的含量为1％，铝粉的含量为1％。上述含量通过计算得到。

实施例3

将13重量份乙基纤维素溶解于130重量份丙酮，将15重量份的脲、24重量份的氰酸、15重量份的硝酸钾、20重量份氯酸钾和13重量份的碳酸钠加入到上述溶解有乙基纤维素的丙酮溶液中，混合均匀得到糊状物。所得糊状物在60℃干燥1小时，用GHL系列高速混合制粒机按照该仪器说明书制备出中值粒径D50为2毫米的本发明产气药颗粒，产气药颗粒在30℃下干燥6小时得到产气药颗粒剂；取一半产气药颗粒用TDP型压片机按照该仪器说明书制备出本发明产气药片剂，所述片剂为直径4毫米、高为2.5毫米的圆柱形。

按照本实施例所述方法制备得到的安全带预紧器产气药以其总重量为基准，乙基纤维素的含量为13％，脲的含量为15％，氰酸的含量为24％，硝酸钠的含量为15％，氯酸钾的含量为20％，碳酸钠的含量为13％。上述含量通过计算得到。

实施例4

将20重量份虫胶漆溶解于80重量份丁酯，将32重量份的5-氨基四唑钾、20重量份的硝酸钾、22重量份高氯酸钾、5重量份的碳酸氢铵和1重量份硼粉加入到上述溶解有虫胶漆的丁酯溶液中，混合均匀得到糊状物。所得糊状物在75℃下干燥0.5小时，用GHL系列高速混合制粒机按照该仪器说明书制备出中值粒径D50为1.8毫米的本发明产气药颗粒，产气药颗粒在30℃下干燥5小时得到产气药颗粒剂；取一半产气药颗粒用TDP型压片机按照该仪器说明书制备出本发明产气药片剂，所述片剂为直径3.5毫米、高为2.5毫米的圆柱形。

按照本实施例所述方法制备得到的安全带预紧器产气药以其总重量为基准，虫胶漆的含量为20％，5-氨基四唑钾的含量为32％，硝酸钾的含量为20％，高氯酸钾的含量为22％，碳酸氢铵的含量为5％，硼粉的含量为1％。上述含量通过计算得到。

对比例1

本对比例说明现有技术的安全带预紧器产气药及其制备方法。

按照CN1183758A中公开的方法制备安全带预紧器产气药，即将5-氨基四唑、硝酸钠、高氯酸钾、氧化锌和石墨在塑料容器中在离心滚动混合器均化30分钟。随后将混合物压片，压成直径为3.5毫米、高为3毫米的片。该方法得到的安全带预紧器产气药以其总重量为基准，该产气药中5-氨基四唑的含量为33.1重量％，硝酸钠的含量为52.3重量％，高氯酸钾的含量为10.1重量％，氧化锌的含量为4.0％，石墨的含量为0.5重量％。

安全带预紧器产气药的性能测试：

(1)产气药产气性能和燃烧最高温度测试

分别将实施例1-4和对比例1制备得到的产气药1.6克按照表1所示的剂型比例装入安全带预紧器壳体中，在1升的密闭容器中点火测压，每种测10发，所得的平均每发的燃烧时间和平均峰值压力如表1所示。并采用温度传感器对产气药在反应过程中的温度进行实时监测，并分别记录反应的最高温度，反应完成后，收集产气药的残渣称重，按照残渣率＝残渣重量÷装药量×100％计算，得到残渣率，结果如表1所示。

表1

实施例编号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1
						片剂(克)	1.6	1.2	1.1	1.12	1.6
颗粒剂(克)	0	0.4	0.5	0.48	0
						平均每发的燃烧时间(毫秒)	36.6	30.2	27.3	28.8	40.5
10发的平均峰值压力(兆帕)	0.435	0.487	0.523	0.515	0.412
						最高温度(K)	923	965	933	958	1072
残渣率(％)	13.3	3.8	5.6	2.3	20.7

从表1可以看出，在同样的容器中，相同的条件下测得的实施例1-4的产气药反应最高温度平均值明显低于对比例1的现有技术产气药反应最高温度的平均值，说明本发明的产气药安全性能良好，不会对汽车内饰及乘员造成损伤。此外，实施例1的产气药残渣率低于对比例1的现有技术产气药，说明虽然本发明粘合剂含量大于10％，但是残渣率与现有技术相比并不高；而且实施例2-4采用片剂和颗粒剂混合方式填装，使产气药燃烧更完全。另外，实施例1和对比例1平均每发的燃烧时间和平均峰值压力相当，并且采用片剂和颗粒剂混合方式填装的实施例2-4平均每发的燃烧时间更短，平均峰值压力更大，说明气体的做功能力更强。

(2)模拟汽车预紧器实验和噪音测试

利用模拟汽车安全带预紧器装置进行测试，所述装置包括汽车座位以及坐在该座位上的假人，汽车座位上装有安全带预紧器，假人模拟乘员扣好安全带，电打火激发预紧器，通过高速摄像(1000张/秒)记录预紧器回卷时安全带位移的长度，确定位移距离；利用噪声仪在距离预紧器0.5米处实时监测噪音。分别将实施例1-4和对比例1制备得到的产气药1.6克按照表1所示的剂型比例装入安全带预紧器壳体中，然后将预紧器壳体装入模拟汽车安全带预紧器装置测试，测试结果如表2所示。

表2

编号	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1
						10发的平均位移(毫米)	75	80	85	80	70
最高噪音(分贝)	103	118	119	109	129

从表2可以看出，在相同的条件下测得的实施例1-4的产气药反应最高噪音平均值明显低于对比例1的现有技术产气药反应最高噪音的平均值，说明本发明的产气药安全性能良好，不会对乘员造成损伤。此外，实施例1-4的10发平均位移都大于对比例1，即安全带的收缩性能好于现有技术。

Claims

1.一种安全带预紧器产气药的使用方法，该方法包括将产气药装入安全带预紧器的微型气体发生器，其特征在于，装入的所述产气药为产气药片剂和产气药颗粒剂的混合物；所述产气药片剂和产气药颗粒剂的重量比为4∶1至5∶3；所述产气药片剂的体积为14-45立方毫米，所述产气药颗粒剂的中值粒径D50为1-3.5毫米；所述产气药含有粘合剂、含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂，以所述产气药的总重量为基准，所述粘合剂的含量为大于10至20重量％，所述含氮有机化合物的含量为30-55重量％，所述氧化剂的含量为30-55重量％，所述吸热剂的含量为4-15重量％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，以所述产气药的总重量为基准，所述粘合剂的含量为11-15重量％，所述含氮有机化合物的含量为30-40重量％，所述氧化剂的含量为40-55重量％，所述吸热剂的含量为4-8重量％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述粘合剂选自酚醛树脂、环氧树脂、虫胶漆、骨胶、硬脂酸钙、纤维素基聚合物和纤维素基聚合物的盐中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述纤维素基聚合物选自羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟丙基乙基纤维素中的一种或几种；所述纤维素基聚合物的盐选自纤维素基聚合物的钠盐、钾盐和铵盐中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述含氮有机化合物选自唑、唑的成环碳原子或氮原子上氢原子被氨基取代的化合物、嗪、氰酸、脲以及它们的盐中的一种或几种。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述氧化剂选自过氧化物、硝酸盐、氯酸盐或高氯酸盐中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述氧化剂选自硝酸钠、硝酸钾、氯酸钾和高氯酸钾中的一种或几种。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述吸热剂为碳酸盐和/或碳酸氢盐。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产气药还包括助燃剂，以所述产气药的总重量为基准，所述助燃剂的加入量为0.5-5重量％；所述助燃剂选自硼粉和/或易燃金属粉。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述易燃金属粉选自镁粉、铝粉、锆粉中的一种或几种。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产气药的制备方法包括先将粘合剂与有机溶剂混合，然后将含氮有机化合物、氧化剂和吸热剂加入所得粘合剂与有机溶剂的混合物中混合，干燥，各组分的用量使得到的安全带预紧器产气药中含有，以所述产气药的总重量为基准，含量为大于10至20重量％的粘合剂，含量为30-55重量％的含氮有机化合物，含量为30-55重量％的氧化剂，含量为4-15重量％的吸热剂。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述粘合剂与有机溶剂混合的重量比为1∶9至1∶4；所述有机溶剂选自乙醇、乙醚和丙酮中的一种或几种。