CN105061123A - 一种用于汽车安全带预紧器的产气药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车安全带预紧器的产气药，按照质量百分比由以下组分组成：28％～42％的可燃剂、3％～10％的粘合剂、43％～68％的氧化剂和0.5％～5％的助燃剂。本发明还公开了用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，将可燃剂、粘合剂、氧化剂、助燃剂和溶剂加入捏合机中捏合成药团，然后采用柱塞式挤压将药团挤压成药条，再将药条晾干并切成药粒，将药粒过筛去除破损药粒和粉末，得到完整均匀的药粒，最后烘干得到产气药。该产气药的组成能够满足微型气体发生器产气压力的要求，输出性能稳定，无“降质”现象出现。

Description

一种用于汽车安全带预紧器的产气药及其制备方法

技术领域

本发明属于汽车安全装置技术领域，具体涉及一种用于汽车安全带预紧器的产气药，还涉及了上述用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法。

背景技术

汽车安全带预紧器是被动安全系统的重要组成部分之一，其作用是当汽车发生碰撞后，汽车ECU发出一个预紧器点信号，预紧器内的产气药经过一个传火序列被点燃，燃烧后迅速产生高压气体，气体做功将安全带收回拉紧而减小缠绕间隙和佩戴间隙，消除约束空行程的影响，更好的将乘员“束缚”在座椅上，避免乘员的头部、胸部向前撞到方向盘、汽车内饰物、仪表盘及安全系统正在作用的安全气囊袋上，以减少乘员发生车内二次碰撞的危险。对于预紧安全带装置，要求气体发生器能够产生足够的高压气体、持续时间长。

安全带预紧器装置被广泛地应用，产气药也出现了许多种类，但无论采用哪一种产气药，必须满足以下要求：消耗最小量的烟火药而能产生最大的烟火特种效应，满足汽车用火工品微型化的发展趋势；能以一定的燃烧速度均匀的燃烧，在各种环境下，相关的功能(P-T曲线)应符合汽车安全气囊气体发生器行业的要求；具有最小的机械敏感和爆炸性质，制造和使用时安全，该发火的时候一定要发火，不该发火的时候一定不能发火；具有良好的理化性能，组分相容，便于长贮；不含对人体有毒的成分，燃烧产物也不应含有有害物质；不含有稀有物质，材料来源广泛；工艺简单，成本低廉，经济性好；用烟火药加工成的烟火制品应具有足够的机械强度。

现有的产气药通常采用硝化纤维素类材料为产气物，此类产气物产期率高、残渣少，产品功能一致性好、优良的工艺性等特点；尽管如此，它也存在着诸多缺点，如原材料的前期处理较为繁琐，对设备的要求较高，生产工艺复杂。另外，该产气药本身热稳定性差，硝化纤维素熔点为160～170℃，随着温度的持续升高，药剂会发粘结块。在107℃，17天高温老化条件下，性能明显降低，难以满足高温加速老化试验和高温长期老化试验，往往经过此试验后会出现输出压力降低，如果再与串联热冲击等试验后，其性能改变幅度可下降20％以上，这种现象称为“降质”。在汽车要求使用寿命15年内，很难保证安全带预紧器在不同环境中的安全性以及发生事故时的可靠性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于汽车安全带预紧器的产气药，解决了现有产气药在温度发生变化时发生的输出性能“降质”的问题。

本发明的另一个目的是提供了上述用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种用于汽车安全带预紧器的产气药，按照质量百分比由以下组分组成：28％～42％的可燃剂、3％～10％的粘合剂、43％～68％的氧化剂和0.5％～5％的助燃剂，以上各组分的质量百分比总和为100％。

优选地，可燃剂为平均粒度不大于10μm的5-氨基四唑。5-氨基四唑含氮量较高，产气量大，通过调节5-氨基四唑的含量来控制产气量，可满足不同型号微型气体发生器的需求。

优选地，粘合剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种或几种的任意比例混合物。以上几种粘合剂具有良好的成膜性，形成膜透明、坚韧，生产时不易粘连，尤其对易潮、不稳定的药剂，用此作隔离层可大大提高药剂的稳定性。

优选地，氧化剂为硝酸锶、硝酸钾或硝酸胍中的一种或几种的任意比例混合物。硝酸锶、硝酸钾或硝酸胍可以有效减少有毒有害气体成分的生成，避免生成粉末状残渣，导致气体传输不畅通，影响压力峰值的上升时间。

优选地，助燃剂为粒径不大于2μm的超细硅粉，可以进一步提高燃速。

本发明采用的另一个技术方案是，上述用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，包括以下步骤：

按照上述比例称取各组分，将可燃剂、粘合剂、氧化剂、助燃剂和溶剂加入捏合机中捏合成药团，然后采用柱塞式挤压将药团挤压成药条，再将药条晾干并切成药粒，将药粒过筛去除破损药粒和粉末，得到完整均匀的药粒，最后烘干得到产气药。

优选地，溶剂为水与有机溶剂以3～6:1体积比混合而成的混合液，有机溶剂为乙醇。

优选地，溶剂的质量占可燃剂、粘合剂、氧化剂和助燃剂质量总和的10-30％。

在捏合机中捏合时，可采用先加入粘合剂与溶剂捏合一段时间，再依次加入助燃剂、可燃剂和氧化剂，继续捏合成药团；也可以先将溶剂和氧化剂捏合一段时间，然后再加入在混料机中干混过的粘合剂、可燃剂、助燃剂，继续捏合成药团。

优选地，药条的形状为实心圆柱或空心圆柱，实心圆柱直径为0.5～3mm，空心圆柱内径为0.5～2mm，外径为2～4mm。

优选地，药粒长度为1～2mm。

优选地，晾干的条件为温度在10℃至40℃之间，湿度为35-70％，晾干的时间为0.5-2小时。烘干的条件为干燥温度80℃，烘干时间12小时。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的用于汽车安全带预紧器的产气药，其各组分受温度影响较小，5-氨基四唑能够提供丰富的氮气，羟丙基甲基纤维素具有良好的成膜性，用此作隔离层可大大提高药剂的稳定性，硝酸盐可提供丰富的氧，保证稳定的燃烧；此产气药的组成能够满足微型气体发生器产气压力的要求。在后续的功能测试中从P-t曲线可以看出，本发明药剂的高低温曲线基本一致，通过大量的实验数据积累分析可以看出，低温和高温相比常温相差在1～2Mpa。

(2)本发明的用于汽车安全带预紧器的产气药采用烟火药的制作方案，相比硝化纤维素类产气药的制备来说工序少，可操作性强，过程简单，均可能常温环境中完成其制备，提高了现有产气药生产的安全性，适宜批量化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1的制备方法流程图；

图2为本发明实施例2的制备方法流程图；

图3为单基发射药通过高温老化实验前后P-T曲线的对比图；

图4为本发明的产气药通过高温老化实验前后P-T曲线的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种用于汽车安全带预紧器的产气药，按照质量百分比由以下组分组成：28％～42％的可燃剂、3％～10％的粘合剂、43％～68％的氧化剂和0.5％～5％的助燃剂，以上各组分的质量百分比总和为100％。

优选地，可燃剂为平均粒度不大于10μm的5-氨基四唑。

优选地，粘合剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种或几种。

优选地，氧化剂为硝酸锶、硝酸钾、或硝酸胍中的一种或几种。

优选地，助燃剂为粒径不大于2μm的超细硅粉。

本发明还提供了上述用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，包括以下步骤：

按照上述比例称取各组分，将可燃剂、粘合剂、氧化剂、助燃剂和溶剂加入捏合机中捏合成药团，然后采用柱塞式挤压将药团挤压成药条，再将药条晾干并切成药粒，将药粒过筛去除破损药粒和粉末，得到完整均匀的药粒，最后烘干得到产气药。

在捏合机中捏合时，可采用先加入粘合剂与溶剂捏合一段时间，再依次加入助燃剂、可燃剂和氧化剂，继续捏合成药团，如图1所示；也可以先将溶剂和氧化剂捏合一段时间，然后再加入在混料机中干混过的粘合剂、可燃剂、助燃剂，继续捏合成药团，如图2所示。

其中，溶剂为水与有机溶剂以3～6:1体积比混合而成的混合液，有机溶剂为乙醇。溶剂的质量占可燃剂、粘合剂、氧化剂和助燃剂质量总和的10-30％。

药条的形状可以是实心圆柱，也可以是空心圆柱，实心圆柱直径为0.5～3mm；空心圆柱内径为0.5～2mm，外径为2～4mm。

切好的药粒根据药条的形状可以为实心圆柱体，也可以为空心圆柱体。如果是实心圆柱，则直径为0.5～3mm；如果是空心圆柱，则内径为0.5～2mm，外径为2～4mm。优选地，药粒的长度为1～2mm；

制备过程中，晾干的条件为温度在10℃至40℃之间，湿度为35-70％，凉干时间为0.5-2小时。烘干的条件为干燥温度80℃，烘干时间12小时。

本发明的用于汽车安全带预紧器的产气药在使用时，将产气药装入安全带预紧器的微型气体发生器，装入的产气药可以为空心或实心中同一规格或不同规格中的两种或两种以上。

下面结合图3和4说明本发明的产气药的性能。

图3分别为单基发射药(硝化纤维素为主要能量组分)在实验前(常温)、107℃×408h、125℃×12h条件下的P-T曲线图。从图中可以看出，三种不同条件下对应的曲线在压力上升阶段均表现出不稳定到达峰压；三种不同条件下对应曲线的峰值压力相差在10MPa以上，峰值时间同样存在差异。这种情况表明，在温度发生变化时该单基发射药的输出能力不稳定，会出现“降质”的趋势。

图4分别为本发明的产气药在试验前(常温)、107℃×408h、125℃×12h条件下的P-T曲线图。从图中可以看出，三种不同条件下对应的曲线在压力上升阶段均能稳定上升到达峰压；三种不同条件下对应曲线的峰值压力相差在1～2MPa，峰值时间基本保持一致。这种情况表明，在温度发生变化时本发明的产气药输出性能稳定，极大的避免了“降质”。

实施例1

本实例的产气药，包括硝酸锶55％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑36％、粒径小于2μm的超细硅粉3％和羟丙基甲基纤维素6％。

该产气药的制备过程如图1所示，为：

称取硝酸锶55％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑36％、粒径小于2μm的超细硅粉3％和羟丙基甲基纤维素6％。硝酸锶在使用前需要加入一定量二氧化硅进行球磨过筛处理，对不规则的晶体形状预处理，保证材料的一致性。

第一步：捏合

将硝酸锶和5-氨基四唑分别分为等量的两份，先将羟丙基甲基纤维素和溶剂(酒精和去离子水体积比为1：4)倒入卧式捏合机内捏合15min以上，查看记录物料状态和锅体温度、物料温度以及冷却循环水温度(根据物料状况可捏合延时，物料温度和锅体温度升高可通过设置冷却循环水调节)，然后加入硅粉捏合15min以上，查看记录物料状态和锅体温度、物料温度以及冷却循环水温度，再加入第一份5-氨基四唑捏合20min以上，在加入第二份5-氨基四唑捏合20min以上，同5-氨基四唑的投料方法加入硝酸锶，整个过程中可根据物料的捏合状态适当的延时和加入溶剂，并始终控制物料温度在40℃以下，最后制备成面团状。

第二步：挤条

将混合均匀的药团，放入模具内保压，采用柱塞式挤压，挤出的压力要求大于5MPa，挤出前要进行保压，保压时间控制在30s以上，挤压成Ф2mm的实心的药条，挤条过程中要控制传送带的速度，确保药条在传送带上无堆积和被拉伸，隔1000mm至1500mm用剪刀整齐剪断。

第三步：晾药

确保晾药间干净整洁，晾药间温度控制在10℃至40℃，湿度控制在70％以下，将剪切好的药条两边等长悬挂于不锈钢钢管放入晾药架上或者平摊于干净的牛皮纸上。随时查看药条的状态，使药条驱水至一定水分或者机械强度。

第四步：切条

将药条整齐平铺于切粒机传送平台上，用龙门式切粒机进行切粒，通过控制柜上的参数设置来控制药粒的长度，本实施例将药条分别切割长度分别为1.5mm和2.0mm两种规格。

第五步：筛选

手带羊皮手套在防护板后面用8目或者12目标准筛网三次过筛筛除大颗粒，再次用18目标准筛网取筛网上物，筛除破损药粒和粉末。

第六步：烘干

筛选好的药粒平摊在烘盘上，控制厚度在3cm以下，在烘箱中进行干燥处理，干燥温度在80℃，烘干时间12小时。

实施例2

本实例的产气药，包括硝酸锶43％、硝酸钾25％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑28％、粒径小于2μm的硼粉0.5％和甲基纤维素3.5％。

该产气药的制备过程如图2所示，为：

称取硝酸锶43％、硝酸钾25％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑31％、粒径小于2μm的硼粉0.5％和甲基纤维素3.5％。硝酸锶、硝酸钾在使用前需要加入一定量二氧化硅进行球磨过筛处理，对不规则的晶体形状预处理，保证材料的一致性。

第一步：捏合

将称量好的甲基纤维素、硅粉、5-氨基四唑加入V型混料机干混30min以上。先将硝酸锶、硝酸钾和溶剂(酒精和去离子水体积比为1：6)加入卧式捏合机，然后将第一步混合好的料投入捏合机捏合5min至25min，整个过程中可根据物料的捏合状态适当的延时和加入溶剂，并始终控制物料温度在40℃以下，最后制备成面团状。

第二步：挤条

将混合均匀的药团，放入模具内保压，采用柱塞式挤压，挤出的压力要求大于5MPa，挤出前要进行保压，保压时间控制在30s以上，挤压成Ф0.5mm的实心的药条，挤条过程中要控制传送带的速度，确保药条在传送带上无堆积和被拉伸，隔1000mm至1500mm用剪刀整齐剪断。

第三步：晾药

确保晾药间干净整洁，晾药间温度控制在10℃至40℃，湿度控制在70％以下，将剪切好的药条两边等长悬挂于不锈钢钢管放入晾药架上或者平摊于干净的牛皮纸上。随时查看药条的状态，使药条驱水至一定水分或者机械强度。

第四步：切条

将药条整齐平铺于切粒机传送平台上，用龙门式切粒机进行切粒，通过控制柜上的参数设置来控制药粒的长度在1.0mm或1.0mm以上，本实施例切割药粒长度分别为1.5mm和2.0mm。

第五步：筛选

手带羊皮手套在防护板后面用8目或者12目标准筛网三次过筛筛除大颗粒，再次用18目标准筛网取筛网上物，筛除破损药粒和粉末。

第六步：烘干

筛选好的药粒平摊在烘盘上，控制厚度在3cm以下，在烘箱中进行干燥处理，干燥温度在80℃，烘干时间12小时。

实施例3

本实例的产气药，包括硝酸锶23％、硝酸胍20％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑42％、粒径小于2μm的超细硅粉5％和羧甲基纤维素钠10％。

该产气药的制备过程为：

称取硝酸锶23％、硝酸胍20％、平均粒度在10μm以下的5-氨基四唑42％、粒径小于2μm的超细硅粉5％和羧甲基纤维素钠10％。硝酸锶、硝酸胍在使用前需要加入一定量二氧化硅进行球磨过筛处理，对不规则的晶体形状预处理，保证材料的一致性。

第一步：捏合

将称量好的羧甲基纤维素钠、硅粉、5-氨基四唑加入V型混料机干混30min以上。先将硝酸锶、硝酸胍和溶剂(酒精和去离子水体积比为1：3)加入卧式捏合机，然后将第一步混合好的料投入捏合机捏合5min至25min，整个过程中可根据物料的捏合状态适当的延时和加入溶剂，并始终控制物料温度在40℃以下，最后制备成面团状。

第二步：挤条

将混合均匀的药团，放入模具内保压，采用柱塞式挤压，挤出的压力要求大于5MPa，挤出前要进行保压，保压时间控制在30s以上，挤压成内径0.5mm、外径2mm的空心的药条，挤条过程中要控制传送带的速度，确保药条在传送带上无堆积和被拉伸，隔1000mm至1500mm用剪刀整齐剪断。

第三步：晾药

确保晾药间干净整洁，晾药间温度控制在10℃至40℃，湿度控制在70％以下，将剪切好的药条两边等长悬挂于不锈钢钢管放入晾药架上或者平摊于干净的牛皮纸上。随时查看药条的状态，使药条驱水至一定水分或者机械强度。

第四步：切条

将药条整齐平铺于切粒机传送平台上，用龙门式切粒机进行切粒，通过控制柜上的参数设置来控制药粒的长度在1.0mm或1.0mm以上，本实施例切割药粒长度分别为1.5mm和2.0mm。

第五步：筛选

手带羊皮手套在防护板后面用8目或者12目标准筛网三次过筛筛除大颗粒，再次用18目标准筛网取筛网上物，筛除破损药粒和粉末。

第六步：烘干

筛选好的药粒平摊在烘盘上，控制厚度在3cm以下，在烘箱中进行干燥处理，干燥温度在80℃，烘干时间12小时。

本发明以上描述只是部分实施案例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的材料和方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于汽车安全带预紧器的产气药，其特征在于，按照质量百分比由以下组分组成：28％～42％的可燃剂、3％～10％的粘合剂、43％～68％的氧化剂和0.5％～5％的助燃剂，以上各组分的质量百分比总和为100％。

2.根据权利要求1所述的用于汽车安全带预紧器的产气药，其特征在于，所述可燃剂为平均粒度不大于10μm的5-氨基四唑。

3.根据权利要求1所述的用于汽车安全带预紧器的产气药，其特征在于，所述粘合剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种或以几种的任意比例混合物。

4.根据权利要求1所述的用于汽车安全带预紧器的产气药，其特征在于，所述氧化剂为硝酸锶、硝酸钾或硝酸胍中的一种或几种的任意比例混合物。

5.根据权利要求1所述的用于汽车安全带预紧器的产气药，其特征在于，所述助燃剂为粒径不大于2μm的超细硅粉。

6.一种用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，其特征在于，所述产气药按照质量百分比由以下组分组成：28％～42％的可燃剂、3％～10％的粘合剂、43％～68％的氧化剂和0.5％～5％的助燃剂，以上各组分的质量百分比总和为100％；

制备方法包括以下步骤：按照上述比例称取各组分，将可燃剂、粘合剂、氧化剂、助燃剂和溶剂加入捏合机中捏合成药团，然后采用柱塞式挤压将药团挤压成药条，再将药条晾干并切成药粒，将药粒过筛去除破损药粒和粉末，得到完整均匀的药粒，最后烘干得到所述产气药。

7.根据权利要求6所述的用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，其特征在于，所述可燃剂为平均粒度不大于10μm的5-氨基四唑；所述粘合剂为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟丙基乙基纤维素、羧甲基纤维素或羧甲基纤维素钠中的一种或以几种的任意比例混合物；所述氧化剂为硝酸锶、硝酸钾或硝酸胍中的一种或几种的任意比例混合物；所述助燃剂为粒径不大于2μm的超细硅粉。

8.根据权利要求6所述的用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，其特征在于，溶剂为水与有机溶剂以3～6:1体积比混合而成的混合液，有机溶剂为乙醇；所述溶剂的质量占可燃剂、粘合剂、氧化剂和助燃剂质量总和的10-30％。

9.根据权利要求6所述的用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，其特征在于，所述药条的形状为实心圆柱或空心圆柱，若为实心圆柱，则直径为0.5～3mm；若为空心圆柱，则内径为0.5～2mm，外径为2～4mm；所述药粒长度为1～2mm。

10.根据权利要求6所述的用于汽车安全带预紧器的产气药的制备方法，其特征在于，所述晾干的条件为温度在10℃至40℃之间，湿度为35-70％，晾干的时间为0.5-2小时；所述烘干的条件为干燥温度80℃，烘干时间12小时。