CN106699490A - 一种安全气囊点火药组合物及其制备方法 - Google Patents

一种安全气囊点火药组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种安全气囊点火药组合物，目的在于解决克服使用粒状点火药需要设计密封箔或药杯技术的不足和硼硝酸钾点火药安全性能差以及低温点火问题，本发明组分及含量如下：硼粉含量10%~20%，硝酸钾含量80%~90%，工艺助剂含量0~2%，通过旋转压片机压制成型，从而制得圆柱状药片。本发明主要应用于安全气囊气体发生器点火装置，主要特点是点火药安全性能较好，机械感度包括摩擦感度和撞击感度较小，基本上在受到摩擦和撞击作用刺激下不爆发。同时该点火药在低温-40℃±2℃下仍能够正常点火，不会出现在低温条件下气体发生器燃烧室内压力曲线双峰即二次起爆的现象，并具有点火快，起始压力慢的优点。

Description

一种安全气囊点火药组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种安全气囊气体发生器用点火药。
技术背景
点火药主要应用于汽车安全气囊气体发生器点火系统中，在烟火式、机械式、混合式气体发生器中均使用到点火药。主要功能是通过自身分解产生大量的热量，以及较多的固体颗粒或者热气体，这些高温气体或者炽热固体粒子将热量传导至气体发生剂，从而将气体发生剂点燃产生气体。
目前安全气囊气体发生器点火药种类较多，在国内外一些专利中也报道了一些类型的点火药和配方，例如：
US6599380中提到了一种安全气囊点火药，主要组分是硝酸胍、高氯酸盐、氧化铜和铝粉，该点火药具备较好的氧平衡，从而产生的物质不会与气体发生剂反应，减少了氮氧化合物的生成；
US6562087和WO-A-99/08983中均提到使用5-氨基四唑、硝酸盐和金属铝粉的点火药配方，US6562087专利中介绍了该点火药分解温度较低，在190℃~200℃左右，同时该点火药具有较高的爆热值，而WO-A-99/08983中谈到使用该配方的点火药吸湿性较强，容易吸收水分；
US2004/0134576中提到在B/KNO3点火药中加入一定含量的铜盐如草酸铜等物质来加强点火药的点火性能；
US20090151825中介绍了一种使用四唑化合物、硝酸钡、硫化锑和金属铝粉的安全气囊用点火药，但这种点火药比较敏感，不利于生产和制作。
结合国内外一些专利，按照点火产生的形态划分，点火药分为三种，第一种是燃烧后只生成固体颗粒，如B/KNO3类型的点火药，该类点火药一般产生的热量较高；第二种是只产生气体，该类型的点火药主要以有机物作为配方的燃料，如5-氨基四唑、硝酸胍等物质，该类型点火药则是依靠产生的气体完成热传导；第三种则是既产生固体颗粒，又产生大量气体的，这类点火药既使用有机物作为燃料，同时也含有少量的硼粉或者铝粉，作为提高点火药燃烧热量使用。
传统的硼硝酸钾点火药一般安全性能较差，考虑到压制工艺存在的安全隐患，一般在实际使用过程中硼硝酸钾点火药以药粒的型态存在，减少了后续的加工工艺，但该颗粒状点火药在点火性能和储存过程中又暴露了缺陷，容易在运输过程中出现颗粒破裂，造成点火不稳定等异常问题，而且颗粒状点火药易出现低温点火延迟问题，本发明的硼硝酸钾点火药能够解决上述问题。
硼硝酸钾点火药由于其独特的点火性能，燃烧后能够产生大量的热粒子，这些热粒子能够很好的将热量传递至气体发生剂，从而实现对主产气药的点火过程，目前已广泛应用于各个公司的安全气囊气体发生器中，但是由于硼硝酸钾点火药安全性能较差，一般使用都是以颗粒状的形态，而使用压制成型工艺则具有一定的危险性，同时颗粒状的点火容易受碰撞或者振动造成颗粒破碎，导致点火性能出现变化，另外颗粒状的点火药在使用过程中需要考虑密封问题。
另外目前安全气囊气体发生剂主要使用以硝酸胍和碱式硝酸铜作为主要成分，该类型的气体发生剂一般燃烧速度较慢，点火性能较差，使用一些点火药低温点火会出现点火延迟或者内压曲线双峰的现象。
发明内容
本发明的目的在于解决克服使用粒状点火药需要设计密封箔或药杯技术的不足，而提供一种安全气囊点火药组合物，同时解决目前硼硝酸钾点火药安全性能差以及不利于生产的问题，并解决目前点火药点燃一些气体发生剂出现的低温点火问题。
本发明的目的还在于提供上述安全气囊点火药组合物的制备方法。
本发明的技术解决方案是：通过硼硝酸钾点火药配方组分的设计和使用一些工艺助剂能够实现点火药安全性能的提高，从而能保证点火药压片工艺的安全性。
本发明所述的安全气囊点火药组合物，包括下列组分及质量份数：
（a）硼粉， 10%~20%；
（b）硝酸钾， 80%~90%；
（c）工艺助剂， 0~2%。
本发明的安全气囊点火药组合物，其组分优化值为：
（a）硼粉， 14% ~18%；
（b）硝酸钾， 82% ~86%；
（c）工艺助剂，0.5% ~1.5%。
本发明所述硝酸钾为超细硝酸钾，其粒径d50为10μm~30μm。
本发明所述工艺助剂为石墨、云母粉、氮化硼、粘土和硬质酸镁中的一种或者两种以上的组合物。
本发明所述点火药组合物为通过压制成型工艺压制成的圆柱状药片。
本发明所述圆柱状药片的直径在2mm~4mm，厚度在0.8mm~3mm。
本发明所述安全气囊点火药组合物制备方法是：将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；再使用湿法制粒工艺将药粉制得颗粒后，通过旋转压片机制成圆柱状药片。
本发明提供的高安全性能的压制成型点火药，主要特点是具有较高的安全性能，机械感度包括摩擦感度和撞击感度较小，基本上在受到摩擦和撞击作用刺激下不爆发。同时该点火药在低温-40℃±2℃下仍能够正常点火，不会出现在低温条件下气体发生器燃烧室内压力曲线双峰即二次起爆的现象，具有较好的低温点火能力，并具有点火快，起始压力慢的优点，能够实现压制成型和批量化生产。
本发明的优点在于：
（1）本发明的点火药仍为硼硝酸钾点火药类型，仍具有较高的爆热值，燃烧后生成大量较高温度的固体颗粒，具有特别好的点火性能，尤其是在低温下，能够保证点火的稳定性。
（2）本发明的点火药安全性能较高，比较钝感，在摩擦和撞击作用下不容易起爆，能够保证批量化生产的安全性。
（3）本发明的点火药采用压制成型工艺，通过压片机压制成一定直径和厚度的圆柱状药片，药片具有较高的硬度，不容易破碎和磨损，解决了目前颗粒点状火药的问题。
（4）本发明的点火药相比于一些依靠气体热传导的点火药，在低温下能够更好的解决低温内压曲线双峰的问题。
附图说明
图1为几种实施例在气体发生器中燃烧室压力曲线测试图。
具体实施方式
图1中，实施例1在气体发生器中燃烧室压力曲线为带圆形标记的曲线（ ）；对比实施例1在气体发生器中燃烧室压力曲线为带菱形标记和短横线的两条曲线（和）；对比实施例2在气体发生器中燃烧室压力曲线为带方形标记的曲线（）；对比实施例3在气体发生器中燃烧室压力曲线为带三角形标记的曲线（）。
通过下述例子是为了更好的说明本发明配方和工艺的实施效果，但本发明不仅限于此实施例，应包括权利要求中的全部范围。
除有说明外，本发明中采用的比例为质量比。
实施例1
15％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；84％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；1％含量的石墨；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法制粒工艺制粒后，取样测试药粒的安全性能，将颗粒使用转速达到60转/分钟的旋转压片机完成药粒的压制成型，压制的圆柱状药片直径为3mm，药片厚度为1.4mm±0.1mm；然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用的是以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试发生器燃烧室压强性能曲线。结果见表1和图1所示。
实施例2
15％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；84％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；1％含量的氮化硼粉末；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法制粒工艺制粒后，取样测试药粒的安全性能，结果见表1。
实施例3
15％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；84％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；1％含量的云母粉；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法制粒工艺制粒后，取样测试药粒的安全性能，结果见表1。
实施例4
10％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；90％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法制粒工艺制粒后，取样测试药粒的安全性能，将颗粒使用高速旋转压片机完成药粒的压制成型，压制的圆柱状药片直径为3mm，药片厚度为1.4mm±0.1mm；然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用的是以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试点火性能。结果见表1所示。
实施例5
20％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；80％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法制粒工艺制粒后，取样测试药粒的安全性能，将颗粒使用高速旋转压片机完成药粒的压制成型，压制的圆柱状药片直径为3mm，药片厚度为1.4mm±0.1mm；然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用的是以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试点火性能。结果见表1所示。
为了更好的观察本发明的点火药的性能改进，实施了三组对比例说明。
对比实施例1
30％含量的硼粉，粒度d50范围在8μm~20μm；70％含量的超细硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用不饱和聚酯树脂作为粘合剂完成粉体的湿态混合，烘干后取样测试药粒的安全性能，再将湿混的物料过20目筛子，使用油浴烘箱将湿态的物料烘干，然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试发生器燃烧室压强性能曲线。结果见表1和图1所示。
对比实施例2
30％含量的5-氨基四唑；60％含量的超细硝酸锶；8%含量的硝酸钾，粒度d50范围在15μm~20μm；2％含量的粘土。将药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用湿法旋转挤出制粒工艺进行制粒，取样测试药粒的安全性能，将颗粒使用高速旋转压片机完成药粒的压制成型，压制的圆柱状药片直径为3mm，药片厚度为1.5mm±0.1mm，压制后在75℃±2℃油浴烘箱中放置35小时烘干；然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试发生器燃烧室压强性能曲线。结果见表1和图1所示。
对比实施例3
40％含量的硝酸胍；20％含量的高铝酸钾；20%含量的碱式硝酸铜；10％含量的铜；10%含量的铝粉。将药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；使用干法制粒工艺进行制粒，取样测试药粒的安全性能，将颗粒使用高速旋转压片机完成药粒的压制成型，压制的圆柱状药片直径为3mm，药片厚度为1.5mm±0.1mm；然后称取3.2g点火药药片放入气体发生器点火器中，使用以硝酸胍和碱式硝酸铜为主要组分的气体发生剂，气体发生剂重量为60g，完成气体发生器的装配和焊接。将气体发生器在-40℃±2℃保温箱中放置4小时后测试发生器燃烧室压强性能曲线。结果见表1和图1所示。
通过结果对比，本发明的点火药安全性能较好，对于摩擦和撞击的刺激作用比较钝感，不容易爆发，从而提高了点火药制作工艺安全性，尤其是药粒压制成型工艺。压制成型的药片能够解决颗粒状点火药易破碎、易受到环境影响而出现性能变化的问题，也能解决颗粒状点火药储存密封的问题。同时该点火药在低温下点火性能稳定，基本上未出现曲线双峰现象，而其他几种点火药则双峰现象较为明显，尤其是颗粒状点火药，一发出现曲线双峰，另一发则出现点火药未点燃气体发生剂，这也说明本发明的点火药低温点火性能稳定，适合于为一些燃烧速度较低的气体发生剂提供点火作用。
表1

Claims (7)

1.一种安全气囊点火药组合物，包括下列组分及质量份数：
（a）硼粉， 10%~20%；
（b）硝酸钾， 80%~90%；
（c）工艺助剂， 0~2%。
2.根据权利要求1所述安全气囊点火药组合物，其组分为：
（a）硼粉， 14% ~18%；
（b）硝酸钾， 82% ~86%；
（c）工艺助剂， 0.5% ~1.5%。
3.根据权利要求1或2所述安全气囊点火药组合物，其特征在于：所述硝酸钾为超细硝酸钾，其粒径d50为10μm~30μm。
4.根据权利要求1或2所述的安全气囊点火药组合物，其特征在于：所述工艺助剂为石墨、云母粉、氮化硼、粘土和硬质酸镁中的一种或者两种以上的组合物。
5.根据权利要求1或2所述安全气囊点火药组合物，其特征在于：所述点火药组合物为通过压制成型工艺压制成的圆柱状药片。
6.根据权利要求5所述安全气囊点火药组合物，其特征在于：所述圆柱状药片的直径在2mm~4mm，厚度在0.8mm~3mm。
7.一种权利要求1或2所述安全气囊点火药组合物制备方法，其特征在于：将称量好的药粉依次加入混合机中，使用瓷球为混合介质，混合后获得均匀一致的药粉；再使用湿法制粒工艺将药粉制得颗粒后，通过旋转压片机制成圆柱状药片。
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