CN105008310B

CN105008310B - 针对含铜气体发生剂的改进造渣

Info

Publication number: CN105008310B
Application number: CN201480012821.5A
Authority: CN
Inventors: 伊万·V·门登豪; 布拉德利·W·史密斯
Original assignee: Autoliv ASP Inc
Current assignee: Autoliv ASP Inc
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: US20200207681A1; EP2970036A1; EP2970036A4; EP2970036B1; US20140261927A1; CN105008310A; JP6261713B2; WO2014158891A1; JP2016514084A

Abstract

提出了具有改进的造渣能力的包括铜的气体发生剂。在某些方面，气体发生剂包括燃料，包含碱式硝酸铜的氧化剂以及大颗粒尺寸的吸热造渣组分，例如氢氧化铝(Al(OH)₃)。气体发生剂可以是冷燃的，例如其在燃烧时的最大火焰温度(Tc)≤1900K(1627℃)左右。本发明还提出了针对包括铜的气体发生剂组合物的提高造渣的方法。这些方法将气体发生剂组合物燃烧期间的造渣提高了至少50％。

Description

针对含铜气体发生剂的改进造渣

技术领域

本发明涉及通过引入大颗粒尺寸的吸热造渣组分来提高包含铜的气体发生剂中的造渣能力。

背景技术

本部分提供了和本发明相关的背景信息，这些背景信息不一定是现有技术。

被动充气式约束系统被用在多种应用中，例如机动车辆。例如，某些类型的被动充气式约束系统通过使用烟火式气体发生剂来向气囊垫充气(例如，气体引发器和/或充气机)或致动安全带张紧器(例如，微型气体发生器)，最小化对乘员的伤害。为了提高乘客安全，而同时努力减少制造成本，汽车气囊充气机的性能和安全要求不断增加。

因此，增加气囊充气机中使用的推进剂或气体发生剂的功能性，同时改进整个气囊充气系统的性能并且减少整个气囊充气系统的成本是充气式约束系统设计中正在进行的目标。气体发生剂的选择涉及处理多种因素，包括满足当前工业性能规范、指南和标准；生成安全气体或废气；材料的持久稳定性以及制造的成本效益，以及其它考虑。可以通过多种方式实现改进的气体发生器性能，大多数方式最终依赖气体发生剂剂型来提供希望的属性。

合适的气体发生剂在希望的时间间隔内提供足够的气体质量流，以实现用于充气设备的要求的作用冲力。而且，具有较低火焰温度的气体发生剂是有利的。在汽车气囊充气机的当前设计中，充气机质量的很大部分常常归属于散热部件以及过滤系统。这对充气机的重量，继而对系统效率有不利影响。因此，对于新的先进的充气机设计来说，希望尽可能减少或最小化过滤和散热需求。作为这些新的设计的部分，冷燃气体发生剂剂型是有利的，因为他们减少了散热需求。此外，如果过滤器质量减少了，那么冷燃气体发生剂必须很好地造渣，这意味着在燃烧期间燃烧产物形成了保留在燃烧室内部的大块质量，并且因此不会经过过滤器进入气囊。因此，为了生产更轻、更有效的充气机设计，在多种气体发生剂，尤其是冷燃气体发生剂中增强造渣能力将非常可取。

发明内容

这部分提出了本发明的总体概述，并且没有全面披露本发明的全部范围或所有特征。

本发明属于气体发生剂组合物，其包括铜，并且具有改进的造渣特性。例如，在某些变体中，本发明提供了包括以下的气体发生剂组合物：燃料，包含碱式硝酸铜的氧化剂以及平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的吸热造渣组分。这种气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)小于等于1900K(1627℃)左右。

在其它变体中，本发明提供了包括以下的气体发生剂组合物：燃料，至少一种包含碱式硝酸铜的氧化剂以及包括平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的氢氧化铝的吸热造渣组分。这种气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)小于等于1900K(1627℃)左右。在某些方面，这种气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)在大于等于1350K(1077℃)左右到小于等于1450K(1177℃)左右。

在又一变体中，本发明提供了针对气体发生剂组合物的提高造渣能力的方法。所述方法包括在包括燃料和包含碱式硝酸铜的氧化剂的气体发生剂组合物中引入平均颗粒直径尺寸大于等于150μm左右的吸热造渣组分。吸热造渣组分的引入将气体发生剂组合物燃烧期间的造渣提高了至少50％。

从这里提供的描述中，将更清楚更多适用性领域。这个概述中的描述和具体实施例仅仅是为了说明而不是为了限制本发明的范围。

附图说明

这里描述的图只是为了说明选择的实施方案，而不是全部可能的实施方案，并且不是为了限制本发明的范围。

图1是包括用于充气式气囊约束设备的充气机的示例性乘客侧气囊模块的局部横截面视图；

图2示出了根据本发明的多个方面使用的大颗粒尺寸吸热造渣氢氧化铝的可接受的颗粒尺寸分布；

图3示出了传统气体发生剂形成的渣的肉眼可见的照片；

图4示出了图3中的传统气体发生剂的对比示例形成的渣的肉眼可见的照片，其中放大了50倍；

图5示出了根据本发明的某些方面准备的气体发生剂形成的渣的肉眼可见的照片；

图6示出了根据本发明的某些方面准备的气体发生剂形成的图5中的渣的肉眼可见的照片，其中放大了50倍；

图7示出了火后充气机燃烧室中的对比传统气体发生剂形成的渣的照片；

图8示出了火后充气机燃烧室中的根据本发明某些方面准备的气体发生剂形成的渣的照片。

附图的数个视图中，对应的附图标记指示对应的部件。

具体实施方式

参照附图，将更全面地描述上示例性的实施方案。

提供了示例性的实施方案，从而本发明的范围将彻底地，并且将全面地传达给本领域技术人员。展示了例如特定部件、设备和方法的很多具体的细节，以提供本发明的实施方案的彻底理解。显而易见地，对于本领域技术人员来说，不需要采用具体的细节，示例性的实施方案可通过很多不同形式体现，并且都不应被解释成对本发明的限制。在一些示例性实施方案中，不详细描述熟知的工艺、熟知的设备结构以及熟知的技术。

这里使用的术语只是为了描述特定的示例性实施方案，并不是为了限制。除非上下文中另有清楚说明，这里使用的单数形式“一”“这”也可以旨在包括复数形式。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的条目的任何和全部组合。虽然这里使用的术语第一、第二、第三等用来描述多种部件、元件、区域、层和/或区段，但是这些部件、元件、区域、层和/或区段不应被这些术语限制。这些术语可以只用来区分一个元件、部件、区域、区层和/或段和另一个区域、层或区段。这里使用的诸如“首要”、“次要”、“第一”、“第二”或其它数字的术语不意味着顺序或次序，除非上下文另有清楚说明。因此，在不背离示例性实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一或首要部件、元件、区域、层或区段可以称为第二部件、元件、区域、层或区段。

贯穿本发明，数值表示对范围的近似测量或限制以包含偏离于给定值和实施方案的较小偏移值，较小偏移值包括提到的值左右的值和恰好就是这个提到的值的值。和在具体实施方式的结尾提到的工作示例中不同，本说明书，包括所附权利要求中的参数(例如，数量或条件的参数)的全部数值将被理解成在所有情况下都由词语“左右”调整，无论“左右”是否确实在这个数值之前出现。“左右”表示陈述的数值允许些微不精确(稍微接近精确值；近似地或合理地接近值)。如果“左右”提供的不精确在本领域中除了它的常规含义不作其它理解，那么这里使用的“左右”至少说明从测量和使用这些参数的常规方法得到的变体。

除非另有说明，这里所称的范围包括端点，并且包括所有清楚的值的公开，还包括整个范围内的分割的范围。因此，例如，范围“从A到B”或“从A左右到B左右”包括A和B在内。针对特定参数(例如重量百分比、温度、分子重量等)的值的公开和值的范围不排除这里使用的其它值和值的范围。可以预想，针对给定的参数，两个或多个具体的举例的值可以限定参数要求保护的值的范围的端点。例如，如果这里举例的参数X具有值A和Z，可以预想的是参数X可以具有从A左右到Z左右的值的范围。相似地，可预想的是，针对参数的值的两个或多个范围的公开(无论这样的范围是嵌套的、部分重叠的或分开的)包括了针对这个使用公开的范围的端点可能要求保护的值的范围的所有可能的组合。例如，如果这里举例的参数X具有范围1-10，或2-9，或3-8中的值，可预想的是，参数X可以具有包括1-9、1-8、1-3、1-2、2-10、2-8、2-3、3-10和3-9的值的其它范围。参照附图，将更彻底地描述示例性的实施方案。

本发明涉及气体发生剂组合物和用于提高这种气体发生剂组合物中造渣的方法。气体发生剂也被称作推进剂、气体发生材料和烟火材料，其用在气囊模块的充气机中，例如简化的示例的气囊模块30，气囊模块30包括乘客隔间充气机组件32和包覆隔间34，包覆隔间34用来存放图1的气囊36。气体发生剂材料50燃烧产生被引入气囊36的多数气体产物以提供充气。这样的设备通常使用点火器或引爆器40，当感测到快速减速和/或碰撞时，电子地点燃点火器或引爆器40。来自点火器40的放电通常点燃点火材料42，点火材料42快速放热燃烧，继而点燃气体发生剂材料50。

气体发生剂50可以是固体颗粒、丸、片等形式。“渣”或“烧结块”是对在气体发生剂材料燃烧期间形成的固体燃烧产物的另一名称。渣的组成主要是金属和金属氧化物。理想地，渣将维持气体发生剂的最初形状(例如，颗粒、丸状、或片状)并且是大的，容易过滤的。这是特别重要的，尤其是在充气机设计为了减少充气机尺寸和重量而包括质量减少的过滤系统的情况，例如可以和冷燃气体发生剂剂型一起使用。如图1所示，示例的传统的过滤系统52设置在气体发生剂50和气囊36之间。气体发生剂50产生的气体的组分的质量和毒性(也称作废气)是重要的，因为车辆上的乘员很可能暴露在这样化合物下。最小化废气中的潜在有害化合物的浓度是可取的。

在车载乘员充气式约束系统中使用了多种不同气体发生剂组合物(例如，50)。气体发生剂材料的选择涉及多种因素，包括满足当前工业性能规范、指南和标准，生成安全气体或废气，安全处理气体发生剂材料，材料的持久稳定性，制造成本有效性，以及其它考虑。优选地，操作、存储和处置期间气体发生剂组合物是安全的，优选地是无叠氮化物的。

在多个方面，气体发生剂通常包括至少一种燃料组分和至少一种氧化剂组分，并且可以包括其它辅料，气体发生剂一旦点燃，快速燃烧形成气态的反应产物(例如，CO₂、H₂O和N₂)。一种或多种燃料化合物快速燃烧形成热量和气态产物；例如，气体发生剂燃烧产生用于充气式约束设备，或致动活塞的加热的膨胀气体。气体生成组合物还包括一种或多种氧化组分，其中氧化组分和燃料组分反应以生成气体产物。

可采用多种方式实现充气式约束系统中的改进的气体发生器性能，这些方式中的大多数最终依赖气体发生剂剂型来提供所需的属性。理想地，气体发生剂在希望的时间间隔内提供了足够的气体质量流以实现用于充气式约束系统中的充气设备(例如气囊)的要求的作用冲力。虽然气体发生剂生成的气体温度影响可获得的作用气体的量，但是由于可能产生的燃烧和相关的热损坏，高温气体可能是不希望的。另外，高温气体也可能潜在地导致气体对传热和超快放气配置的过多依赖或敏感，这同样地是不希望的。例如，已经证实燃烧时的火焰温度小于大约1900K(1627℃)的冷燃气体发生剂能够启动具有简化过滤的充气机设备，其以提供充分约束和保护的方式操作，而且在碰撞事件中没有烧伤或伤害汽车乘员的危险。因此，将火焰温度降至最低是有利的。在现有技术的某些方面，高火焰温度可以看成是燃烧时超过约1900K(1627℃)的任何温度。

为了减轻高火焰温度的影响，在传统的充气式约束系统的气体发生器中，充气机质量的很大部分通常归属于结合过滤的散热部件。这影响系统的效率，更重要的是影响充气机的重量。因此，在某些方面，希望提供一种用于充气式约束系统的气体发生剂剂型，其能够得到相对低的火焰温度的高质量流速的高的气体输出。此外，采用具有提高的造渣能力的气体发生剂剂型是可取的，从而可以减少充气机部件中的所附的过滤部件，以进一步提高效率。充气机气体发生剂设计中的其它重要变量包括和气体产量、相对快速(通过观察到的燃烧速度确定)和成本相关的改善的气体发生剂性能。

先进的充气机设计概念结合了质量减少的过滤器和散热器，以及结合了玻璃纤维/树脂强化的壁厚减少的容器，以实现充气机的重量大大减少。冷燃气体发生剂剂型的使用减少了散热需求。另外，由于过滤器的质量减少了，因此具有非常好成渣的冷燃气体发生剂是可取的。“造渣”的意思是气体发生剂燃烧期间产生的某些固体燃烧产物形成了在燃烧期间保留在燃烧室内而不是通过过滤器进入气囊的大块固体。已经使用传统的造渣剂来实现这个效果。造渣剂是化合物或材料，通常不容易燃烧，在燃烧温度下熔融的，并且将全部固体燃烧产物附聚或收集在一起。传统的造渣剂的示例是二氧化硅、氧化铝、玻璃和在燃烧火焰温度下或附近熔融的其它金属氧化物。

在多个方面，本发明提供了一种相对冷燃的气体发生剂组合物，其包括燃料和氧化剂。在某些实施方案中，气体发生剂组合物包括燃料和包含铜的氧化剂。在更多实施方案中，气体发生剂包括燃料和包含碱式硝酸铜的氧化剂。在某些方面，气体发生剂组合物在燃烧时的最大火焰温度(T_C)小于或等于约1900K(1627℃)，并且在某些其它方面，可选地小于或等于约1700K(1427℃)。根据本教导的多个方面，在气体发生剂组合物中引入了大颗粒尺寸吸热造渣组分来显著提高这种气体发生剂组合物燃烧时的造渣能力。优选地，吸热造渣组分颗粒的平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右。在某些方面，吸热造渣组分的分解温度在大于等于180℃左右到小于等于450℃左右的范围内，意味着化合物在这个温度范围内吸热分解，例如，通过释放水或二氧化碳。

在某些优选的变体中，吸热造渣组分包括大颗粒尺寸的氢氧化铝(AL(OH)₃)。然而，在可替代变体中，可以采用下面的化合物作为在包括铜的气体发生剂组合物中的吸热造渣组分：水菱镁矿(Mg₅(CO₃)₄(OH)₂.4H₂O)、片钠铝石(NaAl(OH)₂CO₃)、氢氧化镁(Mg(OH)₂)、碳酸镁水合物(MgOCO₂.H₂O_(0.3))、勃姆石(AlO(OH))、氢化钙(Ca(OH)₂)及其组合。这些化合物中的每个在大于等于180℃左右到小于等于450℃左右的希望的温度范围内吸热分解，如下面的表1中展示的。

化合物	化学式	分解温度℃
			氢氧化铝	Al(OH)₃	180-200
水菱镁矿	Mg₅(CO₃)₄(OH)₂.4H₂O	220-240
			片钠铝石	NaAl(OH)₂CO₃	240-260
氢氧化镁	Mg(OH)₂	300-320
			碳酸镁水合物	MgOCO₂.H₂O_(0.3)	340-350
勃姆石	AlO(OH)	340-350
			氢化钙	Ca(OH)₂	430-450

表1

吸热造渣组分具有特定的颗粒尺寸要求以提供和本发明的技术相关联的某些优点。在某些实施方案中，吸热造渣组分包括大颗粒尺寸氢氧化铝(Al(OH)₃)。本发明的技术考虑了具有非常特定颗粒尺寸属性的氢氧化铝的使用，这在大大提高造渣的同时还冷却了包含铜的气体发生剂的火焰温度(例如，降至1350K(1077℃)左右-1450K(1177℃)左右左右的最高燃烧火焰温度)。

在某些变体中，吸热造渣组分颗粒(例如，氢氧化铝颗粒)具有大颗粒尺寸。“大颗粒尺寸”意思是吸热造渣组分颗粒(例如，氢氧化铝颗粒)的平均颗粒尺寸直径大于等于150微米(μm)，可选地大于等于175μm左右，可选地，大于等于200μm左右，可选地，大于等于225μm左右，可选地，大于等于250μm左右，可选地，大于等于275μm左右，并且在某些变体中大于等于300μm左右。吸热造渣组分颗粒的颗粒尺寸分布可以是：10％大于等于100μm(微米)左右，可选地，大于等于115μm左右。在某些变体中，颗粒尺寸分布是：平均(50％)颗粒尺寸大于等于150μm左右，同时10％大于等于100μm左右。此外，颗粒尺寸分布为90％为200到300μm的吸热造渣组分颗粒也提供了和本教导相关联的希望的优点。一个合适的示例是，大颗粒尺寸的氢氧化铝具有这样的颗粒尺寸分布：对应115μm左右的颗粒尺寸分布达10％，对应158μm左右的颗粒尺寸分布达50％(因此平均颗粒尺寸直径为158μm)，对应288μm左右的颗粒尺寸分布达90％。图2中示出了满足本发明技术使用要求的氢氧化铝的可接受的颗粒尺寸的示例，其中氢氧化铝具有上面讨论的平均颗粒尺寸直径。因此，相对大的颗粒为包括铜的气体发生剂组合物提供了满意的造渣能力。

根据本发明的多个方面，提供的气体发生剂具有希望的组合物，这个希望的组合物在充气式约束设备中产生较好的性能特性，同时减少气体发生剂和充气机组件生产的全部成本。因此，根据本教导的多个方面，提供了改进的冷燃气体发生剂组合物，其具有小于等于1900K(1627℃)左右的最大燃烧温度(T_c)(也表达成最大燃烧火焰温度)。在某些变体中，最大燃烧温度小于等于1800K(1527℃)左右，可选地，小于等于1700K(1427℃)左右，可选地，小于等于1600K(1327℃)左右，并且在某些变体中，小于等于1500K(1227℃)左右。在多个实施方案中，优选地，冷燃气体发生剂在燃烧期间的火焰温度大于等于1300K(1027℃)左右，小于等于1700K(1427℃)左右。

另外，在多个方面，在多个实施方案中气体发生剂可以具有高质量密度。例如，在某些实施方案中，气体发生剂具有大于等于2g/cm³左右的理论质量密度，可选地，大于等于2.25g/cm³左右，可选地，大于等于2.5g/cm³左右，并且在某些变体中，可选地大于等于2.75g/cm³左右。

进一步地，根据本发明，气体发生剂的重量气体产量相对高。例如，在某些实施方案中，气体发生剂的重量气体产量大于等于1.8摩尔/100克左右。在其它实施方案中，气体发生剂的重量气体产量大于等于1.9摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.0摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.1摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.2摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.3摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.4摩尔/100克左右；可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.5摩尔/100克左右；并且在某些变体中，可选地，气体发生剂的重量气体产量大于等于2.6摩尔/100克左右。重量气体产量和密度的乘积是体积气体产量。

在其它方面中，根据本发明的某些变体的气体发生剂的体积气体产量可选地大于等于5.0摩尔/100cm³左右。在其它实施方案中，可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.1摩尔/100cm³左右；可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.2摩尔/100cm³左右；可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.3摩尔/100cm³左右；可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.4摩尔/100cm³左右；可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.5摩尔/100cm³左右；并且在某些变体中，可选地，气体发生剂的体积气体产量大于等于5.6摩尔/100cm³左右。

因此，本技术为冷燃气体发生剂提供了增强的造渣能力。因此，在某些方面中，本发明提供了包括铜的，具有良好造渣能力的气体发生剂组合物。例如，气体发生剂组合物可以包括至少一种燃料，至少一种包括铜的氧化剂，大颗粒尺寸的吸热造渣组分，并且可选地少量的传统的气体发生剂添加剂。由于它们相对低的燃烧速率，材料通常被归类为气体发生剂燃料，并且为了得到希望的燃烧速率和气体产物，经常和一种或多种氧化剂结合。本领域技术人员理解的是，这种燃料组分可以在气体发生剂中和另外的组分结合，(例如，共燃料或氧化剂)。本领域中已知的大多数燃料可以和本技术一起使用，并且通常被选择用来给予气体发生剂剂型某些希望的特性，例如，气体产量、燃烧速率、热稳定性和低成本。这些燃料可以是包含以下元素中的两种或多种的有机化合物：碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)。燃料还可以包括过渡金属盐和过渡金属硝酸盐配合物(transition metal nitratecomplexes)。在某些变体中，优选的过渡金属是铜和/或钴。根据本教导的某些方面，针对本发明的气体发生剂组合物选择燃料，从而当燃料和包括铜的某些氧化剂(例如碱式硝酸铜)燃烧时，得到了落入大于等于1400K(1127℃)左右到小于等于1900K(1627℃)左右范围内的最大燃烧火焰温度(T_c)。

根据本教导的对于气体发生剂有用的燃料的示例从由以下组成的组中选择：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜(copper bis guanylurea dinitrate)、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜(copper diammine bitetrazole)及其组合。可以单独使用燃料或结合其它共燃料使用燃料来给予希望的燃烧特性。可选地适合的气体发生剂组合物包括全部重量大于总的气体发生剂组合物的25％左右到小于等于总的气体发生剂组合物的70％左右的燃料组分；可选地包括全部重量大于等于总的气体发生剂组合物的30％左右到小于等于总的气体发生剂组合物的55％左右的燃料组分。

根据本教导的多个方面的气体发生剂剂型包括主要氧化剂为铜的氧化剂。用于本发明的气体发生剂组合物的特别适合的氧化剂是碱式硝酸铜(basic copper nitrate)。碱式硝酸铜具有高氧-金属比和燃烧时的良好的造渣能力。通过示例的方式，适合的气体发生剂组合物可选地包括重量大于等于总的气体发生剂组合物的25％左右到小于等于总的气体发生剂组合物的75％左右的氧化剂，例如碱式硝酸铜；可选地，包括重量大于等于总的气体发生剂组合物的30％左右到小于等于总的气体发生剂组合物的60％左右的氧化剂，例如碱式硝酸铜。

气体发生剂可以包括氧化剂的组合，从而包括铜的氧化剂可以名义上被认为是首要氧化剂，从而另外的氧化剂被称为次要氧化剂等。在某些变体中，气体发生剂组合物可以包括包含高氯酸盐化合物(包括高氯酸盐基(ClO₄ ^-)的化合物)的氧化剂。在某些变体中，气体发生剂组合物可以基本上不包括包含高氯酸盐的化合物。然而，如果出现了相对少量的这样的包含高氯酸盐的化合物，那么可考虑在气体发生剂组合物中使用碱、碱土和高氯酸铵。特别适合的高氯酸盐氧化剂包括碱金属高氯酸盐和高氯酸铵，例如高氯酸铵(NH₄ClO₄)、高氯酸钠(NaClO₄)、高氯酸钾(KClO₄)、高氯酸锂(LiClO₄)、高氯酸镁(Mg(ClO₄)₂)及其组合。如果在气体发生剂中出现了高氯酸盐氧化剂，那么优选地，高氯酸盐氧化剂的重量小于总的气体发生剂组合物的3％左右。通过示例的方式，在某些实施方案中，包含高氯酸盐的氧化剂的重量在气体发生剂中占0.1％左右到3％左右；并且可选地，包含高氯酸盐的氧化剂的重量占气体发生剂的0.5％左右到2％左右。

如上所述，根据本技术，气体发生剂组合物还包括具有大颗粒尺寸的吸热造渣组分。在某些变体中，吸热造渣组分从由以下组成的组中选择：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物(magnesium carbonate subhydrate)、勃姆石(Bohemite)、氢化钙及其组合。在多个方面，出现的吸热造渣组分的重量在总的气体发生剂组合物中占大于等于5％左右到小于等于20％左右；可选地，大于等于7％左右到小于等于18％左右；可选地，大于等于8％左右到小于等于16％左右；并且在某些变体中，吸热造渣组分的重量在总的气体发生剂组合物中占大于等于10％左右到小于等于15％左右。

如果需要，气体发生剂组合物可选地包括本领域技术人员已知的另外的组分。这些添加剂的作用通常是为了提高在气体发生剂材料燃烧后留下的渣的操作或其它材料特性；以及提高操作或处理烟火式原材料的能力。通过非限制性示例的方式，用于气体发生剂组合物的另外的组分可从由以下组成的组中选择：助流剂、助压剂(pressing aids)、金属氧化物及其组合。如果气体发生剂中包括了少量组分，那么它们的累积总量可以小于等于总气体发生剂组合物重量的4％左右。通过示例的方式，这些添加剂可从由以下组成的组中选择：气体发生剂组合物中出现的助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合，在某些变体中，每种添加剂的重量分别在气体发生剂中占大于等于0％到小于等于3％左右；可选地大于等于0.1％左右到小于等于2％左右，并且在某些变体中，可选地大于等于0.5％左右到小于等于1％左右，从而添加剂的总量小于等于4％左右。

在压缩工艺期间使用的助压剂包括润滑剂和/或脱模剂，例如，石墨、硬脂酸钙、硬脂酸镁、二硫化钼、二硫化钨、石墨氮化硼，通过非限制性示例的方式可选地包括在气体发生剂组合物中。传统的助流剂也可采用，例如高表面积煅制氧化硅。

气体发生剂组合物可选地包括作为粘度修改化合物或另外的造渣剂(除了上述吸热造渣组分之外)的金属氧化物。适合的金属氧化物可以包括二氧化硅，氧化铈、氧化铁、氧化钛、氧化锆、氧化铋、氧化钼和氧化镧等。

根据本发明的某些方面的气体发生剂组合物包括燃料组分、包含碱式硝酸铜的氧化剂和平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的吸热造渣组分。优选地，这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)。气体发生剂组合物还可包括共同氧化剂(co-oxidizer)，例如高氯酸盐基化合物。在某些变体中，气体发生剂组合物包括在气体发生剂组合物中的重量百分比大于等于5％左右到小于等于70％左右的氧化剂；在气体发生剂组合物中的重量百分比大于等于25％左右到小于等于75％左右的包括碱式硝酸铜的氧化剂；在气体发生剂组合物中的重量百分比大于等于0％到小于等于3％左右的包括高氯酸盐基化合物的共同氧化剂；以及在气体发生剂组合物中的重量百分比大于等于5％左右到小于等于20％左右的，平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的吸热造渣组分。在某些变体中，气体发生剂组合物还可以包括从由以下组成的组中选择添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合物，其中，添加剂的累积量大于等于0％到小于等于气体发生剂组合物的4％左右。本发明的气体发生剂剂型是冷燃的并在造渣方面显示出了显著进步，将在下面更详细地讨论。

在其它变体中，气体发生剂组合物包括从由以下组成的组中选择的燃料：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合，燃料的重量大于等于25％左右到小于等于70％左右。气体发生剂还包括包含碱式硝酸铜的氧化剂，碱式硝酸铜的氧化剂的重量大于等于气体发生剂组合物的25％左右到小于等于气体发生剂组合物的75％左右。在某些方面，气体发生剂组合物还包括例如大于等于0％到小于等于3％左右的共同氧化剂，例如高氯酸盐基化合物。另外，气体发生剂包括平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的，从由以下组成的组中选择的吸热造渣组分：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物、勃姆石、氢化钙及其组合，吸热造渣组分的重量大于等于气体发生剂组合物的5％左右到小于等于气体发生剂组合物的20％左右。在某些变体中，气体发生剂组合物包括从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合，其中，添加剂的累积量大于等于气体发生剂组合物的0％到小于等于气体发生剂组合物的4％左右。优选地，这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)，并且可以实现1350K(1077℃)左右到1450K(1177℃)左右之间的综合的火焰温度。

在某些其它变体中，气体发生剂组合物包括重量百分比大于等于25％左右到小于等于70％左右的包含硝酸胍的燃料。气体发生剂还包括重量大于等于气体发生剂组合物的25％左右到小于等于75％左右的包括碱式硝酸铜的氧化剂。在某些变体中，可选地例如包括高氯酸盐基化合物的共同氧化剂重量大于等于0％到小于等于气体发生剂组合物的3％左右。此外，气体发生剂包括包含氢氧化铝(Al(OH)₃)的吸热造渣组分，该吸热造渣组分的平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右，并且重量大于等于气体发生剂组合物的5％左右到小于等于气体发生剂组合物的20％左右。在某些变体中，这种气体发生剂组合物可选地包括从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合，其中添加剂的累积量大于等于0％到小于等于气体发生剂组合物的4％。这种气体发生剂组合物在燃烧时优选地具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)，并且可以实现1350K(1077℃)左右到1450K(1177℃)左右之间的综合的火焰温度。

在其它变体中，根据本发明的某些方面的气体发生剂组合物基本上由燃料组分、包括碱式硝酸铜的氧化剂、以及平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的吸热造渣组分组成。优选地这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最大火焰温度(T_c)。在某些变体中，气体发生剂组合物基本上由以下组成：重量大于等于气体发生剂组合物的25％左右到小于等于70％左右的燃料；重量大于等于气体发生剂组合物的25％左右到小于等于75％左右的包括碱式硝酸铜的氧化剂；重量大于等于0％到小于等于气体发生剂组合物的3％的包括高氯酸盐基化合物的共同氧化剂，和平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右，重量大于等于气体发生剂组合物的5％左右到小于等于20％左右的吸热造渣组分；以及可选地从由以下组成的组中选择的添加剂组成：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合，其中添加剂的累积量大于等于气体发生剂组合物的0％到小于等于气体发生剂组合物的4％左右。

在其它变体中，气体发生剂组合物基本上由以下组成：从由以下燃料组成的组中选择的燃料：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合；包括碱式硝酸铜的氧化剂；包括重量大于等于气体发生剂组合物的0％到小于等于气体发生剂组合物的3％左右的高氯酸盐基化合物的共同氧化剂；平均颗粒尺寸直径大于等于150μm，从由以下组成的组中选择的吸热造渣组分：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物、勃姆石、氢化钙及其组合；以及从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合。优选地，这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)，并且可以实现1350K(1077℃)左右到1450K(1177℃)左右之间的综合的火焰温度。

在其它变体中，气体发生剂组合物基本上由以下组成：从由以下燃料组成的组中选择的燃料：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合，重量大于等于25％左右到小于等于70％左右；包括碱式硝酸铜的氧化剂，重量大于等于气体发生组合物的25％左右到小于等于气体发生组合物的75％左右；包括高氯酸盐基化合物的共同氧化剂，重量大于等于气体发生剂组合物的0％到小于等于气体发生剂组合物的3％左右；平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右，从由以下组成的组中选择的吸热造渣组分：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物、勃姆石、氢化钙及其组合，重量大于等于气体发生剂组合物的5％左右到小于等于气体发生剂组合物的20％左右；以及可选的从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合，添加剂的累积量大于等于0％到小于等于气体发生剂组合物的4％左右。优选地，这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)，并且可以实现1350K(1077℃)左右到1450K(1177℃)左右之间的综合的火焰温度。

在某些其它变体中，气体发生剂组合物基本上由以下组成：包括硝酸胍的燃料，包括碱式硝酸铜的氧化剂，包括高氯酸盐基化合物的共同氧化剂，平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的包括氢氧化铝(Al(OH)₃)的吸热造渣组分，以及可选的从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合。优选地，这种气体发生剂组合物在燃烧时具有小于等于约1900K(1627℃)的最高火焰温度(T_c)。

在其它实施方案中，气体发生剂组合物基本上由以下组成：包括硝酸胍的燃料，包括碱式硝酸铜的氧化剂，平均颗粒尺寸直径大于等于150μm左右的包括氢氧化铝(Al(OH)₃)的吸热造渣组分，以及可选的从由以下组成的组中选择的添加剂：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合。在某些变体中，包括硝酸胍的燃料的重量大于等于25％左右到小于等于70％左右。包括碱式硝酸铜的氧化剂的重量大于等于气体发生剂组合物的25％左右到小于等于75％左右。此外，氢氧化铝的重量大于等于气体发生剂组合物的5％左右到小于等于20％左右。添加剂或多种添加剂的累积总量大于等于气体发生剂组合物的0％到小于等于气体发生剂组合物的4％左右。优选地，这种气体发生剂组合物具有小于等于约1900K(1627℃)的最高燃烧火焰温度(T_c)。

示例1

进行试验以确定氢氧化铝颗粒尺寸对典型的气体发生剂剂型中的造渣的影响。对比示例1是传统较小尺寸的氢氧化铝颗粒，而示例2是根据本教导的某些方面准备的。表2中给出了对比示例1和示例2的气体发生剂的成分及其属性。

表2

分别准备上述两个制剂，并且使用12000lbs的力将制剂压成0.5”直径×0.43”的圆柱体。通过将包含硝酸胍、碱式硝酸铜、双胍基甲酰胺硝酸铜和玻璃纤维的制剂喷雾干燥来准备这些样品。然后在经过喷雾干燥的制剂中混入不同颗粒尺寸的氢氧化铝，并压成0.5×0.43”的直径圆柱体。然后在3000psi氮气下在1公升的封闭的罐中燃烧圆柱体。虽然来自对比示例1的渣是最初的圆柱体形状，但是密度非常低，一碰就分散。来自示例2的渣保持最初的圆柱体形状，并且具有良好的密度，当处理时不会分散。图3-4(对比示例1)和图5-6(示例2)分别示出了肉眼可见的和显微镜下的来自对比示例1和示例2的渣的照片。在图4和6中的肉眼可见的照片放大了50倍。

图4中的燃烧渣示出了熔融的铜球体和熔融的氧化铝球体松散地联系在一起，这导致分散并且能在气囊展开期间通过过滤器进入气囊的非常弱的渣。图6中的燃烧渣示出了被熔融的铜基质包覆和包围的氧化铝的大球体。这使得渣具有在燃烧期间抵抗分散和通过过滤器的较大结构强度。虽然不用于任何特定理论来限制本发明，但是应该相信较大的颗粒尺寸的氢氧化铝在燃烧期间能更长时间保持更冷(例如因为和小颗粒的氢氧化铝相比，其表面积减小以及传热更慢)。因此更冷的表面能够为熔融的铜提供凝结的位置，而它的形成产生了改进的造渣产物。

示例2

示例1的背景中描述的对比示例1和示例2的气体发生剂也被压制成0.25”直径×0.060”的片状，装入驾驶员侧的汽车气囊充气机中，并且部署在60升的水箱中。部署之后，冲洗水箱，并且收集洗涤水。在过滤器上捕获不溶的微粒，并在干燥后称重。任何可溶的微粒通过蒸发洗涤水来沉淀并称重。通过把水箱中找到的可溶的和不可溶的微粒的重量加到一起来确定从燃烧过滤器逃逸的总的微粒。这个值被叫做“水洗值(tank wash value)”。

表3中给出了来自对比示例1和示例2的气体发生剂的水洗值。

	对比示例1	示例2
			水洗值(g)	2.5-3.9	0.5-0.9

表3

如表3中所示，和对比示例1中的气体发生剂(具有小颗粒尺寸的氢氧化铝)相比，当使用来自示例2中的有创造性的气体发生剂(具有大颗粒尺寸的氢氧化铝)时，从过滤器逃走的微粒量大大减少了。例如，水洗值的最小减量(也即造渣的增量)是64％，而水洗值的最大减量是87％。水洗值的平均减量是78％。因此，通过引入根据本发明的某些方面的大颗粒尺寸氢氧化铝，气体发生剂组合物的造渣显著提高了。

这些实验中的充气机燃烧室被机械加工成开放式的，并且燃烧渣可从视觉上检查。图7和图8示出了来自对比示例1和示例2的火后的燃烧渣的照片。如照片所示，图7中的来自对比示例1的气体发生剂的渣非常弱，很多都在燃烧室中最终变成松散的粉末。图8中的来自示例2的本发明的气体发生剂的渣基本上是完整的，保持最初的片状，只出现了非常少的松散粉末。

因此，在某些方面，本发明提供了提高气体发生剂组合物的造渣的方法。所述方法包括在包括铜的气体发生剂组合物中引入平均颗粒直径大小大于等于150μm左右的吸热造渣组合物。在某些实施方案中，气体发生剂包括燃料和包含铜的氧化剂。在更多的实施方案中，气体发生剂包括燃料和包含碱式硝酸铜的氧化剂。可以考虑先前上面描述的任何气体发生剂组合物。相似地，可以考虑在这些方法中使用先前描述的任何吸热造渣组分。通过测量减少的水洗值，吸热造渣组分的引入将气体发生剂组合物燃烧期间的造渣提高了至少50％。在某些变体中，这些方法有利地将造渣提高了至少55％，可选地至少60％，可选地至少63％，可选地至少64％，可选地至少65％，可选地至少70％，可选地至少75％，可选地至少78％，可选地至少80％，可选地至少85％，在某些变体中，可选地至少87％。

在某些方面，加了吸热造渣组分的气体发生剂组合物具有小于等于1900K(1627℃)的最高燃烧火焰温度(T_c)，其中燃料从由以下组成的组中选择：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合。吸热造渣组分可以由以下组成的组中选择：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁、勃姆石、氢化钙及其组合。在某些变体中，气体发生剂的最高燃烧火焰温度(Tc)大于等于1350K(1077℃)小于等于1450K(1177℃)。

在某些优选的变体中，提高造渣的引入气体发生剂的吸热的造渣组分包括氢氧化铝，并且重量大于等于总的气体发生剂组合物的5％左右到小于等于总的气体发生剂组合物的20％左右。因此，在气体发生剂中引入的大颗粒尺寸的氢氧化铝(例如，平均颗粒直径尺寸大于等于150μm左右)提供了具有较好的提高的造渣的期望的冷燃气体发生剂。

前面已经提供了实施方案的描述来说明和描述。实施方案的描述不旨在穷举或限制本发明。特定实施方案的单独的元素或特征通常不限于那个特定的实施方案，而是只要是可应用的，即使没有明确示出或描述，也是可交换的并且可用在选择的实施方案中。特定实施方案的单独的元素或特征也可以采用很多方式变化。这样的变体不被认为是背离本发明的，并且全部这样的修改都旨在包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种气体发生剂组合物，包括：

燃料；

氧化剂，所述氧化剂包括碱式硝酸铜；以及

吸热造渣组分，所述吸热造渣组分的平均颗粒尺寸直径大于等于150μm，其中，所述气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)小于等于1900K(1627℃)；其中，所述吸热造渣组分从由以下组成的组中选择：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物、勃姆石、氢化钙及其组合。

2.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，所述吸热造渣组分的分解温度在大于等于180℃到小于等于450℃的范围内。

3.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，所述吸热造渣组分的重量大于等于总的气体发生剂组合物的5％，小于等于所述总的气体发生剂组合物的20％。

4.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，所述燃料从由以下组成的组中选择：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合。

5.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，包括碱式硝酸铜的所述氧化剂的重量大于等于所述气体发生剂组合物的30％，小于等于所述气体发生剂组合物的70％。

6.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，所述吸热造渣组分的平均颗粒尺寸直径大于等于200μm。

7.根据权利要求1所述的气体发生剂组合物，其中，所述燃料的重量在总的气体发生剂组合物中占大于等于30％到小于等于55％；所述氧化剂的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于等于30％到小于等于60％；所述吸热造渣组分的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于等于8％到小于等于16％；从由以下组成的组中选择的一种或多种气体发生剂添加剂占大于等于0％到小于等于3％：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合。

8.根据权利要求7所述的气体发生剂组合物，还包括共同氧化剂，所述共同氧化剂包括高氯酸盐基化合物，所述共同氧化剂的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于0％到小于等于3％。

9.一种气体发生剂组合物，包括：

燃料；

至少一种氧化剂，所述至少一种氧化剂包括碱式硝酸铜；以及

吸热造渣组分，所述吸热造渣组分包括氢氧化铝，所述吸热造渣组分的平均颗粒尺寸直径大于等于150μm，其中所述气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)小于等于1900K(1627℃)。

10.根据权利要求9所述的气体发生剂组合物，其中，燃烧时的最高火焰温度(T_c)大于等于1350K(1077℃)到小于等于1450K(1177℃)。

11.根据权利要求9所述的气体发生剂组合物，其中，包括氢氧化铝的所述吸热造渣组分的重量大于等于总的气体发生剂组合物的5％，小于等于所述总的气体发生剂组合物的20％。

12.根据权利要求9所述的气体发生剂组合物，其中，所述燃料从由以下组成的组中选择：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合。

13.根据权利要求9所述的气体发生剂组合物，其中，包括氢氧化铝的所述吸热造渣组分的平均颗粒尺寸直径大于等于200μm。

14.根据权利要求9所述的气体发生剂组合物，其中，所述燃料的重量在总的气体发生剂组合物中占大于等于30％到小于等于55％；所述氧化剂的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于等于30％到小于等于60％；所述吸热造渣组分的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于等于8％到小于等于16％；从由以下组成的组中选择的一种或多种气体发生剂添加剂占大于等于0％到小于等于3％：助流剂、助压剂、金属氧化物及其组合。

15.根据权利要求14所述的气体发生剂组合物，还包括共同氧化剂，所述共同氧化剂包括高氯酸盐基化合物，所述共同氧化剂的重量在所述总的气体发生剂组合物中占大于0％到小于等于3％。

16.一种针对气体发生剂组合物提高造渣的方法，所述方法包括：

在气体发生剂组合物中引入平均颗粒尺寸直径大于等于150μm的吸热造渣组分，其中，提高造渣的所述吸热造渣组分从由以下组成的组中选择：氢氧化铝、水菱镁矿、片钠铝石、氢氧化镁、碳酸镁水合物、勃姆石、氢化钙及其组合，其中所述气体发生剂组合物包括燃料和包含碱式硝酸铜的氧化剂，其中所述吸热造渣组分的引入将所述气体发生剂组合物燃烧期间的造渣提高了至少50％。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述气体发生剂组合物在燃烧时的最高火焰温度(T_c)小于等于1900K(1627℃)，所述燃料从由以下组成的组中选择：硝酸胍、双胍基甲酰胺硝酸铜、硝酸六氨合钴(Ⅲ)、双四唑二氨铜及其组合，所述吸热造渣组分包括氢氧化铝。

18.根据权利要求16所述的方法，所述吸热造渣组分的重量大于等于总的气体发生剂组合物的5％，小于等于所述总的气体发生剂组合物的20％。

19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述吸热造渣组分的引入将所述气体发生剂组合物燃烧期间的造渣提高了至少60％。