CN109809953A

CN109809953A - 一种带孔型产气剂模压制品及其制备工艺

Info

Publication number: CN109809953A
Application number: CN201811636593.5A
Authority: CN
Inventors: 罗运强; 王秋雨; 任响宁; 王晨; 杜涛; 张俊; 杨志雄; 付文斌; 张印明; 刘柳; 陈爱萍
Original assignee: Hubei Hangpeng Chemical Power Technology Co Ltd
Current assignee: Hubei Hangpeng Chemical Power Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-05-28
Also published as: WO2020133955A1

Abstract

本发明涉及一种带孔型产气剂模压制品及其制备工艺。该带孔型产气剂模压制品外形为柱状体，内部设有贯通或不贯通的孔。该带孔型产气剂能够实现减缓减面燃烧过程，或者在燃烧过程中一段时间实现等面燃烧或者增面燃烧，以此实现气体发生器前期压力及斜率低，对气囊冲击和伤害小，气囊缓慢展开；中期压力上升快速，气囊被快速填充；后期压力平缓下降，延长气囊保持时间；类似S形压力‑时间曲线。初始燃面的降低，减缓减面燃烧或等面燃烧或增面燃烧，降低气体发生器内部的压力，从而降低气体发生器的材料成本及发生器质量。本发明采用压制成型工艺，实现了压制成型的方式制备带孔产气剂，使得制备工艺简单、高效、易于操作与控制。

Description

一种带孔型产气剂模压制品及其制备工艺

技术领域

本发明属于产气剂技术领域，涉及一种带孔型产气剂模压制品及其制备工艺，尤其涉及采用压制成型工艺制备的带孔产气剂模压制品。

背景技术

汽车安全气囊系统由产生气体的气体发生器和用于防护的气袋以及支持以上两部分的外饰组成。气体发生器中含有产气剂，需要的时候激发，产气剂燃烧产生大量的气体，填充气袋保护人身安全。

目前世界范围内主流的产气剂为硝酸胍和碱式硝酸铜类产气剂，硝酸胍作为主要燃料，碱式硝酸铜作为主要氧化剂。这类产气剂的药片外形通常采用普通圆片状，其一般燃烧过程为减面燃烧，燃烧前半段产气量较大，对气囊伤害大，容易破坏气囊，无法形成有效防护，而且气囊弹出过快，过猛，再加上破坏外饰，这些都容易对人体造成伤害，且对发生器的过滤网以及壳体耐压强度要求较高，增加了发生器的成本；此外燃烧后半段，燃面急剧减少，产气效率降低，气囊保持功用的时间短，无法在侧撞或者人员在非正位时对人员起到保护作用，而且可能燃烧不完全，促使残渣量增加，增加发生器的过滤网成本。

所以必须对硝酸胍和碱式硝酸铜配方产气剂的药型进行改进，改进方法有两种：(1) 改变或增加一种或多种高含氮量燃料，添加一种或多种功能助剂能够有效提高产气量； (2)加入孔以及调整其形状就是其中一种方式。其原理在于，由于孔以及形状的存在，药片燃烧的减面过程会变缓，或者改善为等面或增面燃烧，克服了上述缺陷。另外也可以通过设置不通孔或者多孔实现多段不同状况的燃烧，改善燃烧时间段，延长气囊保持功用的时间。

目前安全气囊气体发生剂行业内一般使用实心药片作为产气药剂。对于带孔药剂的成型方式，目前只有挤出成型的方式，尚没有采用压制成型方式。挤出成型方式需要使用特殊的粘合剂，对配方有一定限制，而且挤出工序复杂成本较高；压制成型方式目前只能压制大药片，对于小型中孔药片目前尚不能压制，大型中孔或多孔药片内径和外径均大，对发生器结构有特殊要求，一般用于管状发生器，而对于饼状发生器只有小型中孔或多孔药片才能使用。

例如专利CN2786115Y公开了一种产气组合物的模塑制品，包括其制备方法，药柱内有一中孔，药片带有凹槽，以增大初始燃面，提高点火效率及可靠性，但是该专利采用油压机压制药片，产量效率低下，对模具要求高，模具制造成本提升，且药柱尺寸较大，发生器中装药量难以调节。

再例如专利CN1173901C公开了一种气囊用产气剂，其采用中孔控制药片燃烧时间，采用低燃速的配方，也能达到发生器性能的要求。其燃烧线速度小于常规药剂，其通过改变药型，改善药片燃烧性能。但是其制药工艺采用挤塑、切断的方式，该方式对药剂流动性要求较高，挤塑工艺成本提升。

再例如专利CN1220650A公开了一种气囊用产气剂，产气组合物具有低毒性或低危险性、容易使用、具有极好的燃烧效率和产气效率、减少了燃烧中产生的残留物量、能被安全地生产并在模塑条件下有较好的模塑强度。但是该药剂中含有硝酸铵配方，且采用挤塑成型工艺，由于硝酸铵配方的吸湿性极强，对发生器的安全性留下了隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带孔型产气剂模压制品，能够制备较小尺寸的带孔型产气剂，可以运用在安全气囊气体发生器上，改善其燃烧过程，使其燃烧过程可以实现减面过程减缓，或者改善为等面或增面燃烧，改善发生器的外部压力性能，提高气囊展开的舒适性，另外降低内部压力，降低对材料的要求，降低气体发生器的材料成本。

本发明的另一个目的在于提供一种带孔型产气剂模压制品的制备工艺，该方法采用燃料和氧化剂及功能助剂的配方，通过湿法制粒或干法制粒或喷雾制粒或沸腾制粒或干粉混合，采用压制成型的方式得到小型中孔产气剂，制备的产气剂不易破碎，能够适应高强度振动的工作环境，制备工艺简单灵活，制备效率高，生产成本低。

本发明的又一个目的在于提供一种用于带孔型产气剂模压制品的制备工艺的压制模具。该模具结构简单，应用灵活，适用于各种形状的带孔型产气剂模压制品的制备。

本发明的又一个目的在于提供中孔产气剂的应用。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

本发明的第一方面提供一种带孔型产气剂模压制品，其外形为柱状体，内部设有贯通或不贯通的孔。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述柱状体沿高度方向的尺寸或形状相同，如图3a-3f所示；或所述的柱状体沿高度方向的尺寸或形状不相同，如图3g-3i所示。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述孔沿高度方向的尺寸或形状相同，如图3a-3e和3g-3i所示，或所述孔沿高度方向的尺寸或形状不相同，如图3f所示。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述的柱状体的横截面形状选自圆形、具有外接圆的多边形、花瓣状或星形，如图3所示；所述孔的横截面形状选自圆形、具有外接圆的多边形、花瓣状或星形。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述柱状体横截面的最大尺寸在2.0～ 20mm范围内，高度在2.0～20mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.5～5mm范围内；其中，所述柱状体横截面的最大尺寸为最大横截面形状的外接圆直径，所述孔横截面的最大尺寸为孔最大横截面形状的外接圆直径，如图2所示。

在本发明的一些优选实施方式中，所述柱状体横截面的最大尺寸在在3～10mm范围内，高度在2.0～10mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～4mm范围内。

在本发明的一些进一步优选实施方式中，所述柱状体横截面的最大尺寸在在3～8mm 范围内，高度在2.0～8mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～3mm范围内。

在本发明的一些更进一步优选实施方式中，所述柱状体横截面的最大尺寸在在 4～7mm范围内，高度在3.0～7.5mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～2mm范围内。

在本发明的一些最优选实施方式中，所述柱状体横截面的最大尺寸在在4～6mm范围内，高度在5.0～7.5mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在1.0～1.8mm范围内。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述柱状体上下两个端面各自独立地选自平面、凸面或凹面，如图4所示；优选地，所述的柱状体上下两个端面均为平面或凸面，或一个端面为平面，另一端面为凸面，这样可以增加所述带孔型产气剂模压制品的强度。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述柱状体和所述孔沿高度方向具有脱模斜度，所述柱状体和所述孔的脱模斜度方向相反设置，所述脱模斜度在0°～3°范围内，如图5所示；优选地，对于沿轴向任意角度旋转对称柱状体，所述脱模斜度为0°～ 0°15′，对于沿轴向任意角度非旋转对称柱状体，所述脱模斜度为0.5°～1°。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述柱状体外侧面与上下两个端面连接处任选地设置倒角，如图6所示，所述倒角为直倒角或圆倒角；所述直倒角的范围为(0.1～5mm)×(10°～80°)，所述圆倒角的半径范围为0.1～5mm。

在本发明的一些优选的实施方式中，对于沿轴向旋转对称柱状体，所述柱状体外侧面与上下两个端面连接处无倒角，有利于提高制备模具的耐久性；对于沿轴向非旋转对称柱状体，所述柱状体外侧面与上下两个端面连接处设置0.5mm×60°的直倒角，或半径为0.4mm的圆倒角。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品所述孔与上下两个端面连接处任选地设置倒角，所述倒角为直倒角或圆倒角；所述直倒角的范围为(0.1～5mm)×(10°～80°)，所述圆倒角的范围为半径范围为0.1～5mm。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述带孔型产气剂模压制品的压碎强度大于18N/mm，优选20～30N/mm；密度范围在1.60～2.20g/cm³，所述的产气剂水分含量≤0.25％。

根据本发明所述的带孔型产气剂模压制品，所述带孔型产气剂模压制品的燃速为6～30mm/s。

本发明的第二方面提供了一种本发明第一方面所述的带孔型产气剂模压制品的制备工艺，所述制备工艺为：将将至少包含燃料和氧化剂的原料组分混合得到直接混合物料，或造粒得到造粒后的物料，将所述直接混合的物料或者造粒后的物料装填到压制模具中，通过压制成型得到带孔型。

根据本发明所述的制备工艺，所述造粒后的物料的粒径为10～200目，颗粒堆积密度为0.5g/cm³～2.0g/cm³。

根据本发明所述的制备工艺，所述燃料的含量为35％～75％，所述氧化剂的含量为25％～58％。

根据本发明所述的制备工艺，所述燃料选自硝酸胍、氨基胍硝酸盐、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺、硝基胍、5-氨基四唑、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、脒基脲硝酸铜、硝酸铵、双四唑铵盐、双四唑钾盐、NTO、新型含能材料FOX7、FOX12、TKX-50、LLM-105 中的一种或多种。

根据本发明所述的制备工艺，所述氧化剂选自金属碱式硝酸盐、金属碱式碳酸盐、金属硝酸盐、高氯酸铵、金属高氯酸盐、氯酸盐中的一种或多种；功能助剂为金属钛酸盐、二氧化钛、钛酸锶、氢氧化铝、氧化铝、高岭土、酞菁铜、氮化硼、二氧化硅、气相二氧化硅、石墨、滑石粉中的一种或多种；催化剂为金属氧化物、二茂铁及其衍生物，氧化钴有机铅化物、铜的有机配合物一种或多种。

根据本发明所述的制备工艺，所述带孔型产气剂模压制品的配方可正氧平衡或者负氧平衡，燃烧产物中CO、NOx和NH₃满足USCAR的要求；所述配方的燃温为 500K～3000K；所述配方的产气量为2.0～4.0mol/100g。

根据本发明所述的制备工艺，所述压制成型采用旋转压片机，所述旋转压片机冲组数范围为6～100冲，所述旋转压片机压制能力范围为1～30t，旋转速度为1～25转/分钟。

本发明第三方面提供了一种用于本发明第二方面所述的制备工艺的压制模具，如图 7所示，所述压制模具包括上冲7-1、中模7-4、下冲7-7和芯杆7-8；所述中模7-4内部设有通孔7-5；通过上冲、下冲以及芯杆的运动，在中模内压制成所述带孔型产气剂模压制品。

根据本发明所述的压制模具，所述芯杆的形状和尺寸与所述柱状体内部孔的形状和尺寸相对应；所述中模内部通孔的形状和尺寸与所述带孔型产气剂模压制品外部形状和尺寸相对应；所述上冲和下冲的端面外形和尺寸分别与所述柱状体的上、下端面的外形和尺寸相对应。

根据本发明所述的压制模具，所述上冲和下冲可以根据芯杆形状设置有对应形状的通孔7-2和7-11，也可以根据药型需求选择不设置孔。

在本发明的一些具体实施方式中，所述上冲和所述下冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔7-2和7-11，所述芯杆从所述下冲的通孔7-11伸出，如图7a所示，所述上冲和下冲同时运动，芯杆伸入上冲通孔7-2，最后在中模通孔7-5内压制成带有贯通孔的产气剂模压制品。

在本发明的一些具体实施方式中，所述下冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔7-11，所述芯杆从所述下冲的通孔伸出，所述上冲无孔，所述上冲和下冲同时运动，通过调整所述芯杆长度和产气剂在中模内压制成型的位置，最后在中模通孔7-5内压制成带有不贯通孔的产气剂模压制品。

在本发明的一些具体实施方式中，所述上冲和所述下冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔7-2和7-11，所述芯杆从所述上冲的通孔7-2伸出，所述上冲和下冲同时运动，芯杆伸入下冲通孔7-11，最后在中模通孔7-5内压制成带有贯通孔的产气剂模压制品。

在本发明的一些具体实施方式中，所述上冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔7-2，所述芯杆从所述上冲的通孔7-2伸出，所述下冲无孔，所述上冲和下冲同时运动，通过调整所述芯杆长度和产气剂在中模内压制成型的位置，最后在中模通孔7-5内压制成带有不贯通孔的产气剂模压制品。

在本发明的一些具体实施方式中，所述上冲和所述下冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔7-2和7-11，所述芯杆同时从所述上冲的通孔7-2和所述下冲的通孔7-11伸出，所述上冲和下冲同时运动，通过调整所述芯杆长度和产气剂在中模内压制成型的位置，最后在中模通孔7-5内压制成带有贯通或不贯通的孔的产气剂模压制品。

根据本发明所述的压制模具，所述的上冲、下冲、中模、芯杆工作部分设置有镀层，且所述中模由内外两种材料构成，如图8所示，外部材料硬度低于内部材料硬度。内外两种材料通过焊接连接，外部材料硬度低便于加工，内部材料硬度高利于成型药剂形状。

根据本发明所述的压制模具，所述中模外部侧面与上下端面连接处设置有倒角，便于中模进入旋转压片设备；所述中模内部通孔7-5的开口边缘设置有倒角，用于上下冲模具入口导向。

根据本发明所述的压制模具，所述中模内部通孔和芯杆根据所述带孔型产气剂模压制品的脱模斜度设置相对应的锥度，便于所述带孔型产气剂模压制品脱模。

根据本发明所述的压制模具，所述上冲和下冲端面外边缘任选地设置与所述柱状体外部倒角相对应的突出形状，上冲和下冲端面通孔处边缘任选地设置与所述柱状体内孔倒角相对应的突出形状，如图9a所示。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述芯杆设置成沿轴向形状和尺寸不同，如图 9b所示，所述中模内通孔设置成沿轴向形状和尺寸不同，如图9c所示。

根据本发明所述的压制模具，所述上冲侧面设置有卸料槽7-10，在压制贯通孔产气剂模压制品时，芯杆通过上冲通孔时能够卸掉附着在芯杆上的多余物料，能够延长模具的耐久性。

根据本发明所述的压制模具，当所述柱状体沿轴向非旋转对称时，所述上冲、下冲、中模和芯杆均设置定位单元，所述定位单元包括定位槽、定位孔或定位键，实现所述上冲、下冲、中模和芯杆形状的相对应。

根据本发明所述的压制模具，所述的上冲、中模、下冲和芯杆的工作部分镀上镀层，提高耐久性。

本发明的第四方面提供了本发明第一方面所述的带孔型产气剂模压制品的应用，所述带孔型产气剂模压制品应用于汽车安全气囊气体发生器、灭火器、固体氧气发生器或救生艇充气器等系统。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明通过在产气剂成型结构中形成贯通或不贯通的孔，调节了产气剂燃面，减小了初始燃面，并使产气剂减面燃烧过程减缓，或形成等面或增面燃烧。当需求药剂总质量相同时，带孔型产气剂模压制品初始燃面比片状产气剂模压制品小，燃烧前期燃气产生少，气体发生器外部输出压力低，输出火焰残渣少，对气囊冲击或伤害小，气囊缓慢展开，对外饰伤害小；燃烧中期减面燃烧过程减缓，或呈等面或增面燃烧，如此快速产生气体，促使气囊快速填充；燃烧后期恢复减面燃烧，或者比前期中期的燃烧速率慢的燃烧，使后期能够持续产生气体，延长气囊功用的保持时间，延长保护人身安全的时间，即使在侧撞或者非正位碰撞时，也能提供足够时长的保护。另外本发明的带孔型产气剂模压制品尺寸可以进行调整，较小尺寸能够适用于各种类型的安全气囊气体发生器，较大尺寸能够适应灭火器、固体氧气发生器、救生艇充气器等需要更长时间供气的气体发生器。

(2)本发明通过采用带孔型产气剂模压制品，其初始燃面减小，发生器内部压力降低，另外减面烧烧的减缓，或等面或增面的燃烧，有利于内部压力的分布，使得性能平缓，燃烧稳定。内压的降低，对过滤网强度、发生器壳体强度、焊接强度，或者其他结构强度的要求降低，从而可以减少过滤网层数、减少发生器壳体的厚度、降低焊接需求的能耗、减少其他需要保证强度的结构，或者使用低强度的材料，进而降低成本。

(3)本发明带孔型产气剂模压制品相对于传统的普通圆型药片，发生器内部压力能够实现分布，延长高于一定压力的时间，因此也可以使用低燃速、低燃温的产气剂配方，在有孔这种形状以及内压分布的影响下，燃烧会更完全，不会留下未烧完药片，产气剂利用率更高。

(4)本发明带孔型产气剂模压制品在气体发生器中的压力-时间曲线是光滑型曲线，前期斜率较低，中期斜率高且稳定，后期斜率低下降平缓，性能优异；

(5)本发明的带孔型产气剂模压制品在密度相等的情况下，单片质量大于普通圆形片，单个气体发生器需求的产气剂模压制品的质量是一定的，因此在一定程度上提升了制备效率，降低了生产成本。

(6)本发明的带孔型产气剂模压制品的制备方法中，能够覆盖小型及中型带孔型产气剂模压制品的制备，并且实现了压制成型的方式制备小型带孔型产气剂模压制品，使得制备工艺简单、易于操作与控制。

附图说明

图1为本发明带孔型产气剂模压制品的轴向剖面示意图，其中图1a为内部有贯通孔的产气剂模压制品，图1b为内部有不贯通孔的产气剂模压制品；

图2为本发明带孔型产气剂模压制品横截面最大尺寸的示意图，该尺寸指图中虚线表示的外接圆的直径，其中图2a为柱状体或内孔横截面为等边三角形时的外接圆，图2b为柱状体或内孔横截面为正方形时的外接圆，图2c为柱状体或内孔横截面为等边六边形时的外接圆，图2d为柱状体或内孔横截面为花瓣状时的外接圆，图2e为柱状体或内孔横截面为星形时的外接圆；

图3为本发明带孔型产气剂模压制品的外部形状或内孔形状的示意图，其中图3a为外部形状是圆柱形，图3b外部形状是等边五边形；，图3c外部形状是星形，图3d为外部形状是花瓣状，图3e为内孔形状是等边三角形，图3f为内孔形状是上部为横截面最大尺寸较大的圆柱形下半部分是横截面最大尺寸较小的等边三角形，图3g为外部形状是圆台形，图3h为外部形状是上下尺寸不同的圆柱形，图3i为外部形状是上下尺寸不同的花瓣状；

图4为本发明带孔型产气剂模压制品两个端面形状的示意图，该示意图为轴向剖面图，其中图4a为端面形状为平面，图4b为端面形状为凸面，图4c为端面形状为凹面；

图5为本发明带孔型产气剂模压制品带有脱模斜度的轴向剖面示意图，其中内孔与外部形状的拔模斜度的方向是相反的；

图6为本发明带孔型产气剂模压制品用于表示内外侧面与端面连接处倒角样式的示意图，其中图6a为无倒角，图6b为圆倒角，图6c为带角度的直线倒角，图6d为圆倒角和带直线倒角搭配使用；

图7为本发明压制模具的示意图，其中图7a为芯杆从下冲伸出时的一种压制模具组合方式，图7b为带卸料槽的上冲，图7c为带通孔的下冲，图7d为一种带有增加直径的芯杆；其中7-1代表上冲，7-2代表上冲通孔，7-3代表上冲工作端，7-4代表中模， 7-5代表中模内孔，7-6代表中模固定槽，7-7代表下冲，7-8代表芯杆，7-9代表芯杆固定端，7-10代表上冲卸料槽，7-11代表下冲通孔，7-12代表下冲工作端，7-13代表芯杆工作端，7-14代表芯杆增加直径增加强度的部分；

图8为本发明压制模具的中模示意图，其中图8a为自然角度中模的示意图，图8b为中模用于示意内外部的轴向剖面图；

图9为本发明压制模具的示意图，其中图9a为用于成型倒角的上下冲突出形状，包括上下冲端面外部边缘和端面通孔处边缘的突出形状，图9b为设置两种尺寸形状的芯杆，图9c为设置两种尺寸形状的中模；

图10为实施例一中所使用的带孔型产气剂模压制品的示意图及压力-时间曲线，其中图10a为自然角度带孔型产气剂模压制品的示意图，图10b为该带孔型产气剂模压制品的轴向剖面图，图10c为该带孔型产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力-时间曲线，包括内部压力及外部压力；

图11为实施例二中所使用的带孔型产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力- 时间曲线，包括内部压力及外部压力；

图12为实施例三中所使用的带孔型产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力- 时间曲线，包括内部压力及外部压力；

图13为实施例四、实施例五以及实施例六中所使用的带孔型产气剂模压制品在密闭发生器上测试时的压力-时间曲线；

图14为实施例七中所使用的带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力，其中图14a是自然角度等边六边形带孔产气剂模压制品的示意图，图14b是该等边六边形带孔产气剂模压制品的轴向剖面图，图 14c为等边六边形带孔产气剂模压制品在气体发生器上测试时的压力-时间对比曲线。

图15为实施例八中所使用的带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力，其中图15a是自然角度横截面为圆形、内孔为圆孔、外部和内孔带圆形倒角的产气剂模压制品的示意图，图15b是该带孔产气剂模压制品的轴向剖面图，图15c为横截面为圆形、内孔为圆孔、外部和内孔带圆形倒角的产气剂模压制品在气体发生器上测试时的压力-时间对比曲线。

图16为实施例九中所使用的带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力，其中图16a是自然角度带孔型产气剂模压制品的示意图，图16b是该带孔型产气剂模压制品的轴向剖面图，图16c为横截面为圆形、内孔为等边三角形的产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线

图17为对比例一中所使用的圆片形和带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力，其中图17a是自然角度圆片形产气剂模压制品的示意图，图17b是该圆片形产气剂模压制品的轴向剖面图，图17c为圆片形和带孔型产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线；

图18为对比例二中所使用的圆片形和带孔型产气剂模压制品在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力；

图19为对比例三中所使用的圆片形和带孔型产气剂模压制品和在密闭发生器上测试时的压力-时间对比曲线，其中图19a是自然角度圆片形产气剂模压制品的示意图，图19b是该圆片形产气剂模压制品的轴向剖面图，图19c为圆片形和带孔型产气剂模压制品在密闭发生器上测试时的压力-时间对比曲线；

图20为对比例四中所使用的圆片形和带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力。

图21为对比例五中所使用的圆片形和带孔型产气剂模压制品和在气体发生器上使用时的压力-时间对比曲线，包括内部压力及外部压力。

具体实施方式

本发明的带孔型产气剂模压制品，所使用的物料可以是原料混合得到的直接混合物料或者造粒得到造粒后的物料，具体制备可以采用以下方法：

方法一：

(1)使用湿法制粒、喷雾制粒、沸腾制粒、干法制粒中的一种方法将至少包含燃料和氧化剂的原料组分混合制成颗粒，得到第一物料；

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量低于第二物料总质量的0.5％，颗粒堆积密度为0.5g/cm³～2.0g/cm³；

(3)将第二物料装填到压制模具中，通过旋转压片机压制成型，并干燥，得到带孔型产气剂模压制品。

方法二：

(1)将至少包含燃料和氧化剂的原料组分使用V型混合机、三维多向运动混合机、自动提升料斗混合机、螺带混合机或声共振混合机混合均匀，得到第一物料；

(2)将第一物料通过10～200目的筛网，得到第二物料，第二物料水分小于总质量的0.5％，颗粒堆积密度为0.5g/cm³～2.0g/cm³；

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

实施例一

(1)按照上述方法一中的湿法制粒法，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分制成颗粒，得到第一物料；所述第一物料中燃料为硝酸胍，其含量为50％，氧化剂为碱式硝酸铜，其含量为31.75％，辅助氧化剂为高氯酸铵，其含量分别为2％；形态保持剂为钛酸锶和硝酸锶，其含量分别为5.5％和9.75％；此外，所述第一物料还包括功能助剂有助脱模剂为滑石粉和石墨，其含量分别为0.75％和0.25％。

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量为0.20％，颗粒堆积密度为0.903g/cm3；

(3)所述配方燃速为21.3mm/s，燃温为2405K，产气量为3.12mol/100g。

(4)将第二物料将第二物料装填到压制模具中，通过旋转压片机压制成型，并干燥，得到带孔型产气剂模压制品。

使用硬度仪测量其压碎强度为19.1N/mm，使用密度仪测量其密度为2.001g/cm3；测得其含水量为0.05wt％。

其外径D为5.4mm，高度H为6.0mm，内孔径为1.5mm，形状如图10a和10b所示。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能试验，结果如图10c所示。

由实施例一内、外压曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在PAB发生器中表现为前期压力低、中期产气稳定、后期压力降低缓慢，对气袋展开时的冲击力小，气袋不易产生撕裂和破损现象，对气袋模块总成设计强度要求低，进而降低设计成本。

实施例二

(1)按照上述方法二，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分混合均匀得到第一物料，混合设备可以为V型混合机、三维多向运动混合机、自动提升料斗混合机、螺带混合机或声共振混合机；所述第一物料中燃料为燃料为硝酸胍和脒基脲硝酸铜其含量分别为25％和30％，氧化剂为碱式硝酸铜，其含量为30％，辅助氧化剂为高氯酸铵，其含量分别为3％；功能助剂为钛酸锶和氢氧化铝，其含量分别为7.5％和3.5％；此外，所述第一物料还包括辅助功能助剂滑石粉和石墨，其含量分别为0.75％和0.25％。

(2)将第一物料过10～200目的筛网，得到粒径在10～200目物料，上述物料为第二物料，第二物料水分为0.25％，颗粒堆积密度为1.089g/cm3；

(3)所述配方燃速为20.5mm/s，燃温为2117K，产气量为3.04mol/100g。

使用硬度仪测量其压碎强度为20.3N/mm，使用密度仪测量其密度为1.995g/cm3；测得其含水量为0.04wt％。

其外径D为5.4mm，高度H为7.0mm，内孔径为1.6mm，形状如图10a和10b所示。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，结果如图11所示。

由实施例二内、外压曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在PAB发生器中表现为内压峰值低，外压产气稳定，表明上述配方带孔产气剂燃烧稳定。

实施例三

(1)按照上述方法一中的沸腾制粒法，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分制成颗粒，得到第一物料；所述第一物料配方中燃料为硝基胍和氰尿酸三聚氰胺其含量分别为23.5％和31.5％，氧化剂为碱式硝酸铜和碱式碳酸铜，其含量分别为24.4％和11％，辅助氧化剂为高氯酸铵，其含量分别为2.5％；功能助剂为钛酸锶，其含量为6％；辅助功能助剂氮化硼和石墨，其含量分别为0.75％和0.35％。

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量为0.18％，颗粒堆积密度为1.152g/cm3；

(3)所述配方燃速为18.9mm/s，燃温为1304K，产气量为3.25mol/100g。

使用硬度仪测量其压碎强度为20.1N/mm，使用密度仪测量其密度为2.017g/cm3；测得其含水量为0.06wt％。

其外径D为5.7mm，高度H为7.5mm，内孔径为1.3mm，形状如图10a和10b所示。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，结果如图12所示。

由实施例三内、外压曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在PAB发生器中表现为内压峰值较低且后期下降缓慢，外压产气稳定，表明上述配方带孔产气剂燃烧稳定，发生器对外部组件冲击会减弱。

实施例四

(1)使用方法一中的干法制粒法，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分制成颗粒，得到第一物料；所述第一物料配方中燃料为硝酸胍和5-氨基四唑其含量分别为16.1％和20.5％，氧化剂为硝酸锶和硝酸钾，其含量分别为49.1％和8.5％，功能助剂为高岭土，其含量为5.5％；辅助功能助剂氮化硼和滑石粉，其含量分别为0.1％和0.2％。

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量为0.08％，颗粒堆积密度为1.105g/cm3；

(3)所述配方燃速为25.1mm/s，燃温为2851K，产气量为2.67mol/100g。

使用硬度仪测量其压碎强度为21.0N/mm，使用密度仪测量其密度为2.214g/cm3；测得其含水量为0.08wt％。

其药型尺寸同实施例一。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入30ml密闭发生器中，进行P-t性能测试，结果如图13所示。

由图13中实施例四曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在密闭发生器中燃烧稳定，且曲线斜率较陡，燃烧速度较快。

实施例五

(1)使用方法一中的喷雾制粒法，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分制成颗粒，得到第一物料；所述第一物料配方中燃料为硝基胍和5-氨基四唑其含量分别为7％和31.5％，氧化剂为硝酸锶和高氯酸钾，其含量分别为42％和11.5％，功能助剂为高岭土，其含量为6％；辅助功能助剂气相二氧化硅和滑石粉，其含量分别为1％和1％。

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量为0.13％，颗粒堆积密度为1.025g/cm3；

(3)所述配方燃速为24.8mm/s，燃温为2832K，产气量为2.79mol/100g。

(4)将第二物料

将第二物料装填到压制模具中，通过旋转压片机压制成型，并干燥，得到带孔型产气剂模压制品。

使用硬度仪测量其压碎强度为20.8N/mm，使用密度仪测量其密度为2.198g/cm3；测得其含水量为0.08wt％。

其药型尺寸同实施例一。

由图13中实施例五曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在密闭发生器中燃烧稳定，且曲线前期斜率较大。

实施例六

(1)使用方法一中的湿法制粒法，将至少包含燃料和氧化剂的原料组分制成颗粒，得到第一物料；所述第一物料配方中燃料为硝酸胍和3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮其含量分别为11％和50.5％，氧化剂为硝酸锶和硝酸钠，其含量分别为10％和24.5％，催化剂剂为氧化铜，其含量为3％；辅助功能助剂石墨和氮化硼，其含量分别为0.5％和0.5％。

(2)将第一物料过筛、整粒，得到粒径在10～200目范围内的第二物料，第二物料含水量为0.16％，颗粒堆积密度为0.902g/cm3。

(3)所述配方燃速为27.7mm/s，燃温为2901K，产气量为2.15mol/100g。

使用硬度仪测量其压碎强度为18.2N/mm，使用密度仪测量其密度为1.951g/cm3；测得其含水量为0.10wt％。

药型尺寸同实施例一。

由图13中实施例六曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在密闭发生器中燃烧稳定，且曲线前期斜率适中，整体产气偏低但产气稳定。

实施例七

采用与实施例一完全相同的配方，改变压制模具进行压制成型，得到如图14a和14b 所示的横截面为等边六边形、内孔为圆孔的产气剂模压制品，其外形横截面最大尺寸D为5.4mm，高度H为6.0mm，内孔径为1.5mm。

使用硬度仪测量其压碎强度为20.5N/mm，使用密度仪测量其密度为2.005g/cm3；测得其含水量为0.04wt％。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，结果如图14c所示。

由实施例七内、外压曲线说明：等边六边形带孔产气剂在PAB发生器中外压曲线成S型，表明产气过程前期慢、中期加速、后期稳定；内压曲线反应出带孔产气剂在发生器内部燃烧情况，峰值处出现大概5ms压力平稳，表明这种带孔产气剂为近似等面燃烧。对气袋冲击小，对发生器壳体要求低，可有效降低成本。

实施例八

采用与实施例一完全相同的配方，改变压制模具进行压制成型，得到如图15a和15b 所示的横截面为圆形、内孔为圆孔、外部和内孔带圆形倒角的产气剂模压制品。

使用硬度仪测量其压碎强度为19.4N/mm，使用密度仪测量其密度为2.003g/cm3；测得其含水量为0.05wt％。

其横截面最大尺寸D为5.4mm，高度H为6.0mm，内孔径为1.5mm，外部和内孔的圆倒角尺寸R为0.25mm。

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，结果如图15c所示。

由实施例八内、外压曲线说明：上述有倒角带孔型产气剂在PAB发生器中表现为内压产气量稳定后期下降缓慢；外压前期压力较低、产气稳定，对气袋展开时的冲击力小，气袋不易产生撕裂。

实施例九

采用与实施例一完全相同的配方，改变压制模具进行压制成型，得到如图16a和16b 所示的横截面为圆形、内孔为等边三角形的产气剂模压制品。

使用硬度仪测量其压碎强度为19.9N/mm，使用密度仪测量其密度为2.007g/cm3；测得其含水量为0.05wt％。

其横截面最大尺寸D为6.0mm，高度H为7.5mm，内孔外接圆直径为1.8mm。(设定的内孔等边三角形中孔药参数)

将上述制备的带孔型产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，结果如图16c所示。

由实施例九内、外压曲线说明：上述内孔为等边三角形的带孔型产气剂在PAB发生器中表现为内压产气量稳定后期下降缓慢；外压前期压力较低、后期稳定上升，对气袋展开时的冲击力小，气袋不易破损。

对比例一

采用与实施例一完全相同的配方制备了圆片形产气剂，其外径D为5mm，厚度H 为1.9mm，如附图17a和17b。与实施例一中带孔型产气剂对比。

将上述制备的圆片形产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，与实施例一对比结果如图17c所示。

由对比例P-t曲线说明：上述配方的圆片形产气剂在PAB发生器中表现为内压峰值高，前期产气快，外压前期10ms处压力高，增加对气袋冲击力，造成制造成本增加。

对比例二

采用与实施例二完全相同的配方制备了圆片形产气剂，圆片形外形尺寸同对比例一。与实施例二中带孔型产气剂对比。

将上述制备的圆片形产气剂模压制品装入PAB试验发生器中，进行内压和外压P-t性能测试，与实施例二对比结果如图18所示。

由对比例二P-t曲线说明：上述配方的带孔型产气剂在PAB发生器中表现为内压峰值较高，前期产气较快，由于产气速度过快外压前期压力升高速度过快后期充气不稳定，增加对发生器壳体材料的要求，造成制造成本增加。

对比例三

采用与实施例四完全相同的配方制备了圆片形产气剂，其外径D为3mm，厚度H 为1.5mm，如附图19a和19b。，将其与实施例四的带孔型产气剂模压制品对比。两者对比结果如图19c所示

将上述制备的圆片形产气剂模压制品装入30ml密闭发生器中，进行P-t性能测试，。

由对比例三P-t曲线说明：上述配方的圆片形产气剂在密闭发生器中曲线斜率高，燃烧速度较快，对发生器过滤网冲击增大，造成残渣增多。

对比例四

将实施例七的带孔型产气剂模压制品与对比例一的圆片形产气剂进行对比试验，两者对比结果如图20所示。

由对比例四P-t曲线说明：上述配方的圆片形产气剂对比等边六边形带孔产气剂在 PAB发生器中表现为内压峰值较高，前期产气较快压力较高后期压力下降快，对气袋冲击很大。

对比例五

将实施例八的带孔型产气剂模压制品与对比例一的圆片形产气剂进行对比试验，两者对比结果如图21所示。

由对比例五P-t曲线说明：上述配方的圆片形产气剂在PAB发生器中表现为内压峰值高，前期产气快，外压前期10ms处压力较高，增加对气袋冲击力易造成气袋撕裂，使制造成本增加。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种带孔型产气剂模压制品，其外形为柱状体，内部设有贯通或不贯通的孔。

2.根据权利要求1所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体沿高度方向的尺寸或形状相同；或所述的柱状体沿高度方向的尺寸或形状不相同。

3.根据权利要求1所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述孔沿高度方向的尺寸或形状相同；或所述孔沿高度方向的尺寸或形状不相同。

4.根据权利要求1所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述的柱状体的横截面形状选自圆形、具有外接圆的多边形、花瓣状或星形；所述孔的横截面形状选自圆形、三角形、具有外接圆的多边形、花瓣状或星形。

5.根据权利要求4所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体横截面的最大尺寸在2.0～20mm范围内，高度在2.0～20mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.5～5mm范围内；其中，所述柱状体横截面的最大尺寸为最大横截面形状的外接圆直径；所述孔横截面的最大尺寸为孔最大横截面形状的外接圆直径。

6.根据权利要求5所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体横截面的最大尺寸在3～10mm范围内，高度在2.0～10mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～4mm范围内；优选地，所述柱状体横截面的最大尺寸在3～8mm范围内，高度在2.0～8mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～3mm范围内；更优选地，所述柱状体横截面的最大尺寸在4～7mm范围内，高度在3.0～7.5mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在0.8～2mm范围内；最优选地，所述柱状体横截面的最大尺寸在4～6mm范围内，高度在5.0～7.5mm范围内，所述孔横截面最大尺寸在1.0～1.8mm范围内。

7.根据权利要求1所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体上下两个端面各自独立地选自平面、凸面或凹面；优选地，所述的柱状体上下两个端面均为平面或凸面，或一个端面为平面，另一端面为凸面。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体和所述孔沿高度方向具有脱模斜度，所述柱状体和所述孔的脱模斜度方向相反设置；所述脱模斜度在0°～3°范围内。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述柱状体外侧面与上下两个端面连接处任选地设置倒角，所述倒角为直倒角或圆倒角；所述直倒角的范围为(0.1～5mm)×(10°～80°)，所述圆倒角的半径范围为0.1～5mm。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述孔与上下两个端面连接处任选地设置倒角，所述倒角为直倒角或圆倒角；所述直倒角的范围为(0.1～5mm)×(10°～80°)，所述圆倒角的范围为半径范围为0.1～5mm。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述带孔型产气剂模压制品的压碎强度大于18N/mm，优选20～30N/mm；密度范围在1.60～2.25g/cm³。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的带孔型产气剂模压制品，其特征在于，所述带孔型产气剂模压制品的水分含量≤0.25wt％。

13.一种根据权利要求1-12中任一项所述的带孔型产气剂模压制品的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺为：将至少包含燃料和氧化剂的原料组分混合得到直接混合物料，或造粒得到造粒后的物料，将所述直接混合的物料或者造粒后的物料装填到压制模具中，通过压制成型得到带孔型产气剂模压制品。

14.根据权利要求13所述的制备工艺，其特征在于，所述造粒后的物料的粒径为10～200目，颗粒堆积密度为0.5g/cm³～2.5g/cm³。

15.根据权利要求13所述的制备工艺，其特征在于，所述燃料的含量为35％～75％，所述氧化剂的含量为25％～58％；所述燃料选自硝酸胍、氨基胍硝酸盐、氰尿酸三聚氰胺、三聚氰胺、硝基胍、5-氨基四唑、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮、脒基脲硝酸铜、硝酸铵、双四唑铵盐、双四唑钾盐、NTO、新型含能材料FOX7、FOX12、TKX-50、LLM-105中的一种或多种；所述氧化剂选自金属碱式硝酸盐、金属碱式碳酸盐、金属硝酸盐、高氯酸铵、金属高氯酸盐、氯酸盐中的一种或多种；功能助剂为金属钛酸盐、二氧化钛、钛酸锶、氢氧化铝、氧化铝、高岭土、酞菁铜、氮化硼、二氧化硅、气相二氧化硅、石墨、滑石粉中的一种或多种；催化剂为金属氧化物、二茂铁及其衍生物，氧化钴有机铅化物、铜的有机配合物一种或多种。

16.根据权利要求13所述的制备工艺，其特征在于，所述带孔型产气剂模压制品的配方可正氧平衡或者负氧平衡，燃烧产物中CO、NOx和NH₃满足USCAR的要求；所述配方的燃速为6～30mm/s，燃温为500K～3000K；所述配方的产气量为2.0～4.0mol/100g。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的制备工艺，其特征在于，所述压制成型采用旋转压片机，所述旋转压片机冲组数范围为6～100冲，所述旋转压片机压制能力范围为1～30t，旋转速度为1～25转/分钟。

18.一种用于权利要求13-17中任一项所述的制备工艺的压制模具，其包括上冲、中模、下冲、和芯杆，所述中模内部设有通孔；通过上冲、下冲以及芯杆的运动，在中模内压制成所述带孔型产气剂模压制品。

19.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述芯杆的形状和尺寸与所述柱状体内部孔的形状和尺寸相对应；所述中模内部通孔的形状和尺寸与所述带孔型产气剂模压制品外部形状和尺寸相对应；所述上冲和下冲的端面分别与所述柱状体的上、下端面的外形相对应。

20.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述上冲和所述下冲内部具有与所述芯杆形状对应的通孔，所述芯杆从所述下冲的通孔伸出，与所述上冲的通孔对应，在产气剂模压制品内形成贯通孔；或

所述下冲内部具有通孔，所述上冲无孔，通过调整芯杆长度和产气剂在中模内的成型的位置，在产气剂模压制品内形成不贯通的孔。

21.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述上冲和所述下冲内部具有通孔，所述芯杆从所述上冲的通孔伸出，与所述下冲的通孔对应，在产气剂模压制品内形成贯通孔；或

所述上冲内部具有通孔，所述下冲无孔，通过调整芯杆长度和产气剂在中模内的成型的位置，在产气剂模压制品内形成不贯通的孔。

22.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述上冲和所述下冲内部具有通孔，所述芯杆从所述上冲和下冲的通孔同时伸出，通过调整芯杆位置和产气剂在中模内的成型的位置，在产气剂模压制品内形成贯通或不贯通的孔。

23.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述的上冲、下冲、中模、芯杆工作部分设置有镀层，且所述中模由内外两种材料构成，外部材料硬度低于内部材料硬度。

24.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述中模外部侧面与上下端面连接处设置有倒角，所述中模内部通孔的开口边缘设置有倒角。

25.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述中模和芯杆根据所述带孔型产气剂模压制品的脱模斜度设置相对应的锥度。

26.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，上冲和下冲端面外边缘任选地设置与所述柱状体外部倒角相对应的突出形状，所述上冲和下冲通孔边缘任选地设置与所述柱状体内孔倒角相对应的突出形状。

27.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，所述上冲设置有卸料槽。

28.根据权利要求18所述的压制模具，其特征在于，当所述柱状体沿轴向任意角度非旋转对称时，所述上冲、下冲、中模和芯杆均设置定位单元，所述定位单元包括定位槽、定位孔或定位键。

29.权利要求1-12中任一项所述的带孔型产气剂模压制品的应用，其特征在于，所述带孔型产气剂模压制品应用于汽车安全气囊气体发生器、灭火器、固体氧气发生器或救生艇充气器等系统。