CN109131198A - 一种气囊用气体发生剂药片及其制备工艺和气体发生器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气囊用气体发生剂药片，所述药片为带有贯穿通孔的柱形，所述药片的柱形横截面和/或通孔横截面形状为圆内接多边形或椭圆形。本发明还公开了一种气囊用气体发生剂药片的制备工艺和气体发生器系统。本发明通过将药片形状设计为多边形，可以有效增大药片的燃烧面积，提高药片燃速，并且在燃烧时能够始终保持燃速，与传统的挤出工艺相比，本发明使用压制工艺可以减小燃烧时有害气体的排出，降低产品生产成本。

Description

一种气囊用气体发生剂药片及其制备工艺和气体发生器系统

技术领域

本发明涉及汽车安全气囊用气体发生剂技术领域，具体涉及一种气囊用气体发生剂药片及其制备工艺和气体发生器系统。

背景技术

汽车安全气囊气体发生器一般安装于座椅内，由于与人体距离短，所以要求气体发生剂燃烧过程中压力建立过程快、出口压力重复稳定，这就需要气体发生剂具备较高的燃烧速度，但是在气囊快速膨胀的初期，过快的膨胀速度也有可能会对乘客造成伤害。

汽车安全保护缓冲系统主要通过使用烟火式气体发生器完成对安全气囊充气或者驱动安全带张紧轮，从而实现减缓汽车碰撞过程带来的伤害，将驾驶员和乘员的伤害降低至最小。汽车安全气囊充气性能和安全性能要求逐渐提高，这就要求气体发生剂性能也要不断提高。

常见的汽车安全气囊用气体发生剂由燃料成分以及氧化剂组成，发生剂被制成药粒状置于气体发生器内，为提供快速的保护效果，需要气囊尽可能快的膨胀。美国专利US6826626中介绍了通过向配方中增加AP含量提高气体发生剂的燃烧速度。但是加入AP之类的高能物质会使燃烧温度也大幅提高，为了降低燃烧温度还需要加入大量的冷却剂，这对于发生器有不利的影响。

中国专利CN1303338A公开了一种使用挤出工艺的带孔形的圆台结构药粒，该种药粒可以实现压力前慢后快式的迅速建立，但是该种工艺制得药粒强度偏低，药粒边缘呈直角，在发生器内会因药粒互相挤压而产生破碎，影响发生器产品的稳定性。该发明中使用成型工艺为挤出工艺，需要在原材料中加入粘合剂和水，混合后通过固定的单孔圆台形模挤压残余物，通过挤压将组合物料制成单孔的圆台形。在该发明中，使用的粘合剂优选为羧甲基纤维素钠，这种原材料中有较高的碳元素以及氢元素，因此加入过量的羧甲基纤维素钠会导致生成CO含量的增加，即导致燃烧的不完全。因为挤出型工艺制得药粒的强度主要依赖于粘合剂的加入，粘合剂含量越高药粒强度也就越高。因此，该发明受到工艺的限制，药粒的强度无法提高。此外，加入羧甲基纤维素钠后氧化剂也需要增加，主要提供产气量的燃料的比例也会相对下降，直接导致产气量的下降。

因此期望能够生产一种气体发生剂，具有较高的燃速，同时燃速在燃烧时能够始终保持，并且该种气体发生剂还能够利用现有技术高效率的进行生产。本发明的目的还在于提供一种适合于此种气体发生剂的制备工艺和气体发生器系统。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种气囊用气体发生剂药片及其制备工艺和气体发生器系统，通过将药片形状设计为多边形，有效解决了目前气体发生剂在燃烧时燃速先快后慢、不能始终保持，同时燃速偏低的问题。

本发明提供如下技术方案：

一种气囊用气体发生剂药片，所述药片为带有贯穿通孔的柱形，所述药片的柱形横截面和/或通孔横截面形状为圆内接多边形或椭圆形。

所述多边形的外接圆直径为2mm～20mm，优选1mm～5mm。

所述椭圆的长短轴长度在2mm～20mm之间，优选1mm～5mm。

优选地，所述药片的上下表面设置可调节的倾角，所述倾角的范围为0°～30°。

优选地，所述倾角为由药片上下表面的圆周向圆心方向延伸形成的外凸倾角、圆心向圆周方向延伸形成的内凹倾角或药片上下表面整体与侧面形成的整体倾角。

优选地，所述药片上、下表面与侧面的相交处设置圆倒角或直倒角。

优选地，所述圆倒角的半径为0.1～1mm，所述直倒角的角度为(0.1～1)×45°±15°。

本发明还公开了一种气囊用气体发生剂药片的制备工艺，将气体发生剂原料混合后造粒得到造粒物料，将所述造粒物料填入压制模具中压制，压制时压机的压强为500MPa～5000MPa、压缩比为2：1～5：1，最后压制成型得到气体发生剂药片。

优选地，所述压制工具选用单冲压片机或多冲旋转压片机。

本发明还公开了一种气体发生器系统，包括气体发生器和气囊用气体发生剂药片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将药片形状设计为多边形，可以有效增大药片的燃烧面积，提高药片燃速，并且在燃烧时能够始终保持燃速稳定，在一定程度上缓解传统药片在燃烧时燃速先快后慢的情况，使其燃烧性能具有很大的提升。

2、本发明公开的药片可以降低燃烧时对发生器壳体的压力，从而对发生器减重。

3、通过将药片通孔设计为多边形，多边形的通孔在燃烧时能够更快的将药片分成小块，有助于气体发生剂的完全燃烧。

4、通过在圆柱形药片的上下表面设置可调节的倾角，可以减小干粉压制过程中模具所受到的压力，延长模具的寿命。

5、通过在药片边缘处设置圆倒角或直倒角，可以有效防止气体发生剂药片装载在气体发生器中时的碰撞损伤。

6、与挤出成型工艺的带孔药片相比，本发明使用压制工艺，在配方中不需要额外加入粘合剂，可以直接使用现有气体发生剂进行制备，降低了产品的生产成本，减小燃烧时有害气体的排出，具有更好的性能。

附图说明

图1为现有气体发生剂药片的结构示意图。

图2为根据本发明的气囊用气体发生剂药片部分实施例柱形横截面的结构示意图。

图3为根据本发明的气囊用气体发生剂药片几种示例性横截面的结构示意图。

图4为根据本发明的气囊用气体发生剂药片上下表面倾角的结构示意图。

图5为根据本发明的气体发生器的结构示意图。

图6为根据本发明的气囊用气体发生剂药片压制模具原理图。

其中，1-上壳体，2-下壳体，3-点火室，4-燃烧室，5-电爆管，6-上冲，7-中模，8-下冲，9-顶针。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明做进一步说明,显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为现有气体发生剂药片的结构示意图，所述药片的形状为圆柱形，其底面中心处设有贯穿的圆形通孔，所述通孔沿圆台长度方向设置，其中L代表高度，R代表外径，d代表内径。

如图2所示，为本发明的气囊用气体发生剂药片部分实施例柱形横截面的结构示意图，当所述药片柱形横截面形状为圆内接多边形，所述多边形外接圆的直径在2mm～20mm之间，优选为4mm～10mm，更优选为6mm，所述多边形为等边三角形、正方形、十字形或星形；当所述药片柱形横截面形状为圆内接椭圆形，所述椭圆长轴和短轴长度在2mm～20mm之间。

为了进一步增大药片的燃烧面积，本发明中药片柱形横截面形状为圆内接齿轮形，所述齿顶圆直径为5mm～20mm，齿底圆直径为3mm～19mm，齿数为3～20个，高度为1mm～20mm。

同理，所述气体发生剂药片通孔横截面形状也可以设计为上述圆内接多边形或椭圆形，其区别在于，所述孔内多边形外接圆直径在1mm～5mm之间，优选为2mm～4mm，更优选为3mm，与圆形通孔的药片相比，多边形通孔在燃烧时能够更快的将药片分成小块，有助于气体发生剂的完全燃烧；所述椭圆长轴和短轴长度在1mm～5mm之间，优选为长轴4mm，短轴2mm。

通过将药片柱形横截面或通孔横截面形状设计为多边形或椭圆形，可以有效增大药片的燃烧面积，提高药片燃速。

如图3所示，为本发明的气囊用气体发生剂药片几种示例性横截面的结构示意图，所述药片柱形横截面形状为圆形，通孔横截面形状为圆内接齿轮形(如A所示)；所述药片柱形横截面形状为圆形，通孔横截面形状为圆内接椭圆形(如B所示)；所述药片柱形横截面形状为圆内接正方形，通孔横截面形状为圆内接带边缘圆角的等边三角形(如C所示)；所述药片柱形横截面形状为圆内接十字形，通孔横截面形状为圆内接十字形(如D所示)。

需要说明的是，上述实施例中圆内接多边形虽然以三角形、正方形、十字形、星形、齿轮形和椭圆形为例进行说明，但本发明并不限于此，也可以设置其它可能的基础形状，例如可以将通孔长度方向设置为L形(如E所示)或者在圆形通孔内壁上设置一个或多个凸点或凹槽(如F所示)等来增加燃烧面积，提高燃速。

另外，所述气体发生剂药片的高度为1mm～20mm，优选为3mm～10mm，更优选为7mm。

如图4所示，为本发明的气囊用气体发生剂药片上下表面倾角的结构示意图，现有技术中药片的上、下表面通常与药片的侧面相互垂直，为了在干粉压制过程中，减小模具所受到的压力，延长模具的寿命，在本发明中所述药片的上下表面设置可调节的倾角，以增大上下表面积，减小对模具的压力，所述倾角为由药片上下表面的圆周向圆心方向延伸形成的外凸倾角(如(1)所示)、圆心向圆周方向延伸形成的内凹倾角(如(2)所示)或药片上下表面整体与侧面形成的整体倾角(如(3)所示)，所述倾角的范围为0°～30°，优选为20°。

为了防止气体发生剂药片装载在气体发生器中时碰撞损伤，在药片上、下表面与侧面的相交处设置圆倒角或直倒角，当所述倒角为圆倒角时，圆倒角的半径在0.1～1mm范围内，优选为0.4mm；当所述倒角为直倒角时，角度为(0.1～1)×45°±15°，优选为0.5×45°±15°。

如图5所示，本发明还公开了一种气体发生器系统，包括气体发生器和气体发生剂药片，所述气体发生器主体由上壳体1和下壳体2构成，其内设有点火室3、燃烧室4、电爆管5和过滤室(图中未示出)，所述电爆管5安装在下壳体2中心孔处，所述点火室3内有自动点火药，所述气体发生剂药片置于燃烧室4内，通过电爆管5点燃点火室3内的点火药然后再引燃燃烧室4内的气体发生剂药片使发生器工作。上述操作可以实现压力前慢后快的迅速建立，提高汽车气囊充气性能和安全性能。

本发明中使用的气体发生剂原材料属于本领域常见的原材料，所述气体发生剂原料包括：燃料、氧化剂、催化剂和助剂。

作为在本实施方案中使用的燃料，可以选自胍衍生物、硝酸胍、硝基胍、叠氮化钠、5-氨基四唑、淀粉、双脒基脲硝酸铜、硝基氨基胍、三亚甲基三硝基胺、四亚甲基四硝基胺、硝酸脒基脲和草酰酰胫中一种或几种混合物。

作为在本实施方案中使用的氧化剂，可以选自硝酸盐、高氯酸盐、碱式碳酸盐、金属氧化物等中一种或几种混合物。

作为在本实施方案中使用的催化剂，可以选自氧化铁、氧化铜、四氧化三钴等中的一种或几种以及本领域常见的其它过渡金属氧化物。

作为在本实施方案中使用的助剂，可以选自氮化硼、硬脂酸镁等中一种或两种混合物。

本发明还公开了一种气囊用气体发生剂药片的制备工艺，该工艺由原材料混合、造粒和压制三个步骤组成，将气体发生剂原料混合后造粒得到造粒物料，将所述造粒物料填入压制模具中压制，压制时压机的压强优选500MPa～5000MPa、压缩比优选2：1～5：1，最后压制成型得到气体发生剂药片。

本发明对造粒过程及方法并没有特殊限定，优选湿法制粒、干法制粒或喷雾制粒。

本发明使用的压制工具可以选用单冲压片机或多冲旋转压片机，其中优选多冲旋转压片机进行压制，选用与模具相配合的旋转压片机，可以提高造粒物料在模具中被压制的速度。

当使用旋转压片机进行压制时，其压制模具原理图如图6所示，所述压制模具包括上冲6，中模7、下冲8和顶针9，所述中模7固定在旋转压片机的转盘中，上冲6和下冲8可以其沿上下运动，压制过程中，干粉加入到压片机的加料器中，上冲6位于较上端位置，下冲8位于较下端位置，中模7存在一定空间，旋转压片机转盘转动，模具经过加料器时粉料落入中模7内的空间，然后上冲6和下冲8均向中模7方向压缩，顶针9向上伸入上冲6中孔内，压制成带孔药型，最后上冲6返回较上端位置，下冲8继续向上将药片顶出中模7。

实施例1

称取52公斤硝酸胍，33公斤碱式硝酸铜，10公斤的高氯酸铵和5公斤的氧化铜混合造粒后压制成柱形横截面为齿轮状，齿顶圆径6.2mm，齿底圆径5.2mm，共6个齿，高5mm，通孔为内径1.5mm圆的柱形药片。

实施例2

称取52公斤硝酸胍，33公斤碱式硝酸铜，10公斤的高氯酸铵和5公斤的氧化铜混合造粒后压制成柱形横截面为边长7.3mm，边缘圆角r＝0.4mm的等边三角形，高度6mm，通孔为边长1.5mm正方形的柱形药片。

实施例3

称取49公斤硝酸胍，51公斤碱式硝酸铜混合造粒后使用旋转压片机压制成横截面为外径为5.5mm，内径为1.5mm，药片高度6mm的圆柱装带孔药片。产气量为2.94mol/100g。

对比实施例1

称取52公斤硝酸胍，33公斤碱式硝酸铜，10公斤的高氯酸铵和5公斤的氧化铜混合造粒后使用旋转压片机配合模具压制成直径5mm，高度2mm的圆柱形药片。

对比实施例2

称取52公斤硝酸胍，33公斤碱式硝酸铜，10公斤的高氯酸铵和5公斤的氧化铜混合造粒后使用旋转压片机配合模具压制成外径为5.4mm，内径为1.5mm，高度为5mm，内外圆边为0.2mm倒角的圆柱形通孔药片。

对比实施例3

将35公斤硝酸胍与60公斤烘干状态的碱式硝酸铜进行干混，向5公斤的瓜尔胶中加入15公斤水混合，然后将干混完的组合物加入瓜尔胶混合液中进行混合，通过外径为5.5mm，内径为1.5mm的模具在压力下挤压通过制成单孔圆柱状药粒，切割成大约6mm的长度，干燥后制成气体发生剂。该配方产气量为2.69mol/100g。

将实施例1与对比实施例1制备的气体发生剂药片分别装入标准发生器中，进行P-t性能测试，测试结果见表1。

表1

从上表1可以看出：相对于传统实心圆柱形药片，本发明中带孔多边形药片在同样装药量的情况下，Pmax(最大压力)和Tmax(最大压力时间)基本不变，P10、P20以及P40(10ms、20ms以及40ms时输出压力)均要比对比实施例1小，这说明在前40ms内，带孔多边形药片可以拥有更小的输出压力，即燃速，而在60ms时同样达到了一致的最大压力，即前期的输出压力较小，而后期输出压力较大，有利于气囊前期的展开以及后期气囊保持时间。

将实施例1与对比实施例1制备的药片分别装入标准发生器中，进行发生器高温内压性能测试，测试结果见表2。

表2

从上表2可以看出：在装药量相同的情况下，普通实心圆柱形药片的产气剂内压为23.12mPa，而本发明带孔药片产气剂内压为21.95mPa，内压降低可以减小发生器工作时内部所受压力，从而可以选用更薄的壳体，降低发生器重量以及生产成本。

将实施例2与对比实施例2制备的带孔药片分别装入DAB试验发生器中，进行P-t性能测试，测试结果见表3。

表3

从上表3可以看出：相对于带有圆柱形通孔的气体发生剂药片，本发明中柱状横截面为带边缘圆角的等边三角形，通孔为正方形的带孔药片在装药量相同的情况下，达到压力最大的时间Tmax有一定的减小，说明气囊可以更快的到达充满状态。

另外，与实施例3相比，对比实施例3通过挤出法制备的气体发生剂表面比压制法制备的光洁度要差，药粒尺寸一致性较差，产气量有明显下降。

综上所述，本发明提出了一种气囊用气体发生剂药片及其制备工艺和气体发生器系统，所述药片柱形横截面形状、通孔横截面形状以及上下表面倾角均具有可调节性，可以有效增加同重量药片的燃烧面积、提高燃速，同时燃速在燃烧时能够始终保持。同时与现有的挤出工艺相比，本发明采用压制工艺可以减小燃烧时有害气体的产出，降低产品生产成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种气囊用气体发生剂药片，所述药片为带有贯穿通孔的柱形，其特征在于：所述药片的柱形横截面和/或通孔横截面形状为圆内接多边形或椭圆形。

2.根据权利要求1所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述多边形的外接圆直径为2mm～20mm，优选1mm～5mm。

3.根据权利要求1所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述椭圆的长短轴长度在2mm～20mm之间，优选1mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述药片的上下表面设置可调节的倾角，所述倾角的范围为0°～30°。

5.根据权利要求4所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述倾角为由药片上下表面的圆周向圆心方向延伸形成的外凸倾角、圆心向圆周方向延伸形成的内凹倾角或药片上下表面整体与侧面形成的整体倾角。

6.根据权利要求1所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述药片上、下表面与侧面的相交处设置圆倒角或直倒角。

7.根据权利要求6所述的气囊用气体发生剂药片，其特征在于：所述圆倒角的半径为0.1～1mm，所述直倒角的角度为(0.1～1)×45°±15°。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的气囊用气体发生剂药片的制备工艺，其特征在于：将气体发生剂原料混合后造粒得到造粒物料，将所述造粒物料填入压制模具中压制，压制时压机的压强为500MPa～5000MPa、压缩比为2：1～5：1，最后压制成型得到气体发生剂药片。

9.根据权利要求8所述的气囊用气体发生剂药片的制备工艺，其特征在于：所述压制工具选用单冲压片机或多冲旋转压片机。

10.一种气体发生器系统，其特征在于：包括气体发生器和权利要求1-7任意一项所述的气囊用气体发生剂药片。