CN1213965C - 产生气体的方法和对有关可充气的遏制器进行充气用的产生气体的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于气体产生剂的点火剂组合物和相关的产生气体的方法，其中点火剂组合物能避免或不容易在环境压力条件下被热作用点燃。

Description

产生气体的方法和 对有关可充气的遏制器进行充气用的产生气体的方法
发明的背景
本发明总体上涉及气体的产生，更具体地说，涉及对气体产生剂材料，例如可充气装置(如用于保护车辆乘客的可充气遏制系统中所用的气袋式软垫)充气用的材料进行点燃。
众所周知的是，在车辆遇到突然的减速，如发生碰撞时使用可用气体充气或膨胀的软垫或袋如“气袋式软垫”来保护车辆乘客。在这种系统中，气袋式软垫存放时通常处于未充气和折叠的状态，以便最大程度地减少对空间的需求。这种系统一般还有一个或多个安装在或安装到车辆框架或车身上的碰撞传感器，以便测知车辆的突然减速从而对系统进行电子触发启动。在启动系统时，一个相应的气袋式软垫以大约不长于几毫秒的时间由一个装置产生或供给的气体立即开始充气，该装置通常称为“充气机”。
在已有技术中曾披露过许多类型的充气机装置，用于对一个或多个可充气的遏制系统气袋式软垫进行充气。通过产生气体的材料燃烧来形成或产生充气气体的充气机装置是皆知的。同样已知的是，某些这种充气机装置可以使用这样产生的气体来对贮藏的压缩气体供给装置，例如通过加入燃烧产生气体的材料产生的高温燃烧产物，包括附加的气体产物，补充贮藏的压缩气体。在某些情况下，燃烧产生气体的材料而得的燃烧产物可能是从一特定充气机装置流出的充气气体的唯一或基本上唯一的来源。
常用的充气机装置中有一个引发器(如引爆管)和点火器。在实用中，一当接受来自碰撞或其它经选择的减速传感器的适当的触发信号，引发器即引发，使点火剂材料快速燃烧，转而点燃气体产生剂。
用于或用在气袋充气机中的常用或标准的点火剂配方由约15-30重量％(一般约为25重量％)的硼和约70-85重量％(一般约为75重量％)的硝酸钾组成。在已有技术中，这种标准点火剂配方通常写为“BKNO3”。
尽管这种点火剂配方在过去通常在各种可充气遏制系统用途中是可用并有效的，但至少在一些特定的用途中希望对其性能进行某些改进。例如，BKNO3点火剂配方通常是在环境的温度和/或压力条件下会点燃。尽管点火剂配方的快速点燃性在一般的可充气遏制系统用途中通常是希望的，但在环境条件下的点燃性会产生或加重与这种点火剂配方和容纳这种配方的装置的加工和处置有关的危险、困难和相关的问题。
这样，仍然需要改进的点火剂组合物，如适用于点燃在车辆可充气遏制系统中所用的气体产生剂材料的点火剂组合物。尤其是需要这样合适的点火剂组合物，它在环境压力下不易被热作用所点燃。
发明的概述
本发明的一个总体目的是提供一种改进的点火剂组合物和相关的产生气体的方法。
本发明的更具体目的是克服上述一个或多个问题。
本发明的总体目的至少部分可通过一种点火剂组合物实现，所述组合物包含占组合物重量的约60-75％的选自硝酸锶和硝酸钾的氧化剂和占组合物重量的约25-40％的Al/Mg合金燃料组分，所述点火剂组合物不含产生气体的燃料。
已有技术通常不能提供其中的点火剂组合物能避免或不容易在环境压力条件下被热作用点燃的点火剂组合物和相应或相关的产生气体的方法。尤其是，已有技术不能提供其中的点火剂组合物在高达至少约200 psi的压力下能稳定地防止热点燃的点火剂组合物和相关的产生气体的方法。
本发明还包括对产生气体方法的改进，它包括下述步骤，使点火材料反应形成点火材料的反应产物；让气体产生剂材料与至少一部分点火材料的反应产物接触，这样气体产生剂材料就形成了气体产物。在本发明改进的方法中，点火材料由在高达至少约200psi的压力下能稳定地防止热点燃的点火材料燃料和点火材料氧化剂的混合物组成。
本文所用的点火的“热作用”和类似作用，应理解成是指由于暴露在一种或多种各式热源(包括例如暴露在热电线、火焰或火源等)作用下而被点燃。
从下面结合所附权利要求书和附图进行的详细描述中，其它目的和优点对本领域的技术熟练者来说将是显而易见的。
附图的简要说明
图1是按本发明一个实施方案的实施例1的点火剂组合物的燃烧速率随容器压力变化的图示说明。
图2是对于用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)与用标准气体产生剂的点火剂组合物涂覆的相同组成的气体产生剂(对比例1)相比，燃烧容器内压力和箱内压力随时间变化的图示说明。
图3是对于图2所示的用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)与用标准气体产生剂的点火剂组合物涂覆的相同组成的气体产生剂(对比例1)相比，燃烧容器压力随时间变化(时间坐标扩展)的图示说明。
发明的详细说明
本发明提供一种点火剂组合物，它例如可用于例如车辆乘客遏制气袋式软垫之类的可充气装置的充气中使用的气体产生剂材料。这种可燃的点火剂组合物通常不含产生气体的燃料，它一般包含Al/Mg合金燃料组分和氧化剂组分，所述氧化剂组分例如由硝酸锶、碱金属硝酸盐(如硝酸钾)或其混合物组成。
本发明点火剂组合物的主要燃料组分是一种铝和镁的合金(本文有时称为“Al/Mg合金”)。业已发现提高这种燃料组分中镁的含量通常会获得可燃性提高并且对冲击、摩擦和静电放电的灵敏度提高的配方。考虑到较高镁含量的配方会提高灵敏度，通常优选包含约50-90重量％Al和约10-50重量％Mg，较好包含约50-80重量％Al和约20-50重量％Mg，至少在某些较好的实施方案中，更好包含约70％Al和约30％Mg的Al/Mg合金。按本发明某些较好的实施方案，本发明点火剂组合物通常包含约25-40重量％这种Al/Mg合金燃料组分。
如上所述，本发明的点火剂组合物应该不含产生气体的燃料，因为包含产生气体的燃料往往会不合乎需要地提高所得组合物对在环境压力条件下由热作用点燃的灵敏度。
而且，如上所述和下面更详细地说明，本发明的点火材料组合物宜包含在高达至少约200psi，较好至少约220psi，更好至少约235psi的压力下能稳定地防止热点燃的点火材料燃料和点火材料氧化剂的混合物。这样，本发明的这种点火剂组合物就能合乎需要地避免或不容易在环境压力条件下被热作用点燃。这样，就减少了与这种点火剂组合物和容纳这种点火剂组合物的装置的加工和处置有关的危险、困难和相关的问题。
按本发明某些较好的实施方案，本发明点火剂组合物通常包含约60-75％上述氧化剂组分。对主要的氧化剂组分应选择，以便产生容易过滤的燃烧产物灰渣。按本发明一个较好的实施方案，本发明点火剂组合物中至少约50重量％至高达100重量％的氧化剂组分是硝酸锶。发现硝酸锶能合乎需要地产生可冷凝的燃烧产物，如具有较高熔点的氧化锶。如下面所见，与诸如标准BKNO3之类能产生较大比例低熔点燃烧产物的点火剂组合物相比，这种高熔点的可冷凝燃烧产物通常较易过滤掉或以其它方式从有关的充气机装置产生的充气气体中去除。
这种较好点火剂组合物中的氧化剂组分另外还可以包含高达约50重量％的碱金属硝酸盐如硝酸钾。期望点火剂组合物包含碱金属硝酸盐如硝酸钾是为了提高所得点火剂组合物的可燃性。然而，应明白的是，包含这种碱金属硝酸盐的组合物在燃烧时会促进以气体状态通过过滤装置并在排气条件下冷凝固化成颗粒材料的燃烧产物的生成。这样，希望并最好的是，尽可能减少本发明点火剂组合物中碱金属硝酸盐的含量。
然而应明白的是，当这种点火剂组合物的使用量较少时，诸如与生成大量可冷凝产物有关的颗粒的形成并不是多大的问题。鉴于此，氧化剂组分中包含超过约50重量％至高达约100重量％碱金属硝酸盐如硝酸钾的点火剂组合物可以在本发明的某些其它较好的实施方案中采用。
现结合下述一些实施例对本发明作进一步详细说明，这些实施例说明或模拟本发明实践中的各个方面。应明白的是，在本发明精神范围内的所有改变都要求保护，所以不能认为本发明局限于这些实施例。
实施例
实施例1
在这些试验中，评价本发明点火剂组合物的燃烧速率随压力变化的情况。
具体地说，是将1克点火剂组合物的样品放在一个金属杯中，所述组合物包含68.58重量％硝酸锶和31.42重量％Al/Mg合金，该合金中Al的含量为70％，Mg的含量为30％。将装有点火剂组合物的杯子放在1升封闭的能够用氮气充压到几千psi的压力容器中。压力容器装有压力传感器，用来准确测量压力容器中的压力。
一根点火导线穿过点火剂组合物样品，连接到装在压力容器盖上的电极上。然后对压力容器充压到所需的压力，令点火电流通过点火导线。在样品燃烧时收集压力与时间的数据。在点火时，由硝酸锶氧化剂产生少量的氮气。结果，容器中的压力升高说明燃烧开始，而压力“稳定”表明燃烧结束。燃烧所需的时间(即燃烧时间)相当于t2-t1，其中t2是燃烧结束的时刻，t1是燃烧开始的时刻。样品重量除以燃烧时间获得燃烧速率，其单位是克/秒。
结果讨论
图1是实施例1获得的在封闭容器中的燃烧速率随压力变化的图。如图所示，直到容器内的压力达到约235psi后，才能用热导线点燃点火剂组合物。可以看出，与例如典型的点火剂配方如BKNO3相比，本发明点火剂组合物的这个特征通常使这种点火剂组合物在处置或加工上更为安全。
实施例2和对比例1
在这些实施例中，分别用实施例1的点火剂组合物(即实施例2)和包含25重量％硼和75重量％硝酸钾的标准点火剂组合物(即对比例1)涂覆30克由47.21重量％硝酸胍、40.62重量％硝酸铵、7.17重量％双胺二硝酸铜和5.00重量％二氧化硅组成的气体产生剂小片(直径＝3/8英寸，厚度＝0.110英寸)。在每一种情况下，施加的各点火剂组合物的相对量为这种点火剂组合物占点火增强(即涂覆)的气体产生剂总重量的7％。
然后将各点火增强的气体产生剂材料加到充气模拟器测试装置(即设计成模拟气袋充气机组件的可重复使用的钢硬件)上。测试装置中装有引爆管，用于点燃样品点火增强的气体产生剂材料，将压力传感器装在该装置的一侧，以便在测试装置的燃烧容器内进行动态(实时)压力测量。将充气机模拟器拧到一个60升封闭箱的盖子上，所述箱也装有压力传感器，以便在箱内进行压力的动态(实时)测量。在这些实施例中，在充气机模拟器中容纳的样品点火增强的气体产生剂材料分别被通过引爆管中一桥式导线的电流所点燃，然后分别从燃烧容器和箱的传感器收集压力与时间的数据。
结果讨论
图2是对于用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)与用标准气体产生剂的点火剂组合物涂覆的相同组成的气体产生剂(对比例1)相比，燃烧容器内压力和箱内压力随时间变化的图示说明。
图3是对于图2所示的用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)与用标准气体产生剂的点火剂组合物涂覆的相同组成的气体产生剂(对比例1)相比，燃烧容器内压力随时间变化(时间坐标扩展)的图示说明。
如图2和3所示，与用标准气体产生剂的点火剂组合物涂覆的相同组成的气体产生剂(对比例1)相比，用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)合乎要求地显示出较迅速的响应，即燃烧容器压力的提高更为快速。而且，用本发明点火剂组合物涂覆的气体产生剂(实施例2)可较快地达到箱内的峰值压力。应明白的是，这种快速性能对响应速度可能特别显著的侧面碰撞用途是非常重要的。这样，本发明的点火剂组合物和相应点火增强的气体产生剂特别可应用于侧面碰撞可充气遏制的用途中，其中响应时间可能比一般的驾驶员方向或乘客方向碰撞可充气遏制的用途更明显受到限制。
鉴于上述内容，可以看出本发明提供了一种改进的点火剂组合物和相关的产生气体的方法，它们都合乎要求地克服了上述一个或多个问题。更具体地说，本发明提供了这样的点火剂组合物和相应或相关的产生气体的方法，其中该点火剂组合物能合乎要求地避免或不容易在环境压力条件下被热作用点燃。
在此适当例举性揭示的本发明可以在本文没有具体披露的任何要素、部分、步骤、组分或成分存在的条件下实施。
尽管在上述详细的描述中对本发明的某些较好实施方案作了阐述，并且为了说明的目的而指出了许多细节，但对本领域的技术熟练者来说，显而易见的是本发明容许有附加的实施方案，并且本文所述的某些细节在不偏离本发明基本原则的情况下可以有相当大的改变。

Claims (11)

1.一种产生气体的方法，它包括下述步骤，使点火材料反应形成点火材料的反应产物，让气体产生剂材料与至少一部分点火材料的反应产物接触，这样气体产生剂材料就形成了气态产物，其改进之处包括：
点火材料包含在高达至少约200psi的压力下能稳定地防止热点燃的点火材料燃料和点火材料氧化剂的混合物，其中点火材料燃料包含Al/Mg合金。
2.如权利要求1所述的改进，其中点火材料氧化剂包含硝酸钾。
3.如权利要求1所述的改进，其中点火材料氧化剂包含硝酸锶。
4.如权利要求1所述的改进，其中点火材料包含相对量约为60-75重量％的硝酸锶和相对量约为25-40重量％的Al/Mg合金燃料，其中Al/Mg合金燃料的Al含量约为50-90重量％，Mg含量约为10-50重量％。
5.一种对有关可充气的遏制器进行充气用的产生气体的方法，该方法包括下述步骤：
使点火材料反应形成点火材料的反应产物，该点火材料包含占组合物重量约25-40％的Al/Mg合金燃料组分和占组合物重量约60-75％的氧化剂组分，其中至少约50重量％至高达100重量％的氧化剂组分是硝酸锶，
让气体产生剂材料与至少一部分点火材料的反应产物接触，这样气体产生剂材料就形成了气态充气产物。
6.如权利要求5所述的方法，其中点火材料不含产生气体的燃料。
7.如权利要求5所述的方法，其中点火材料在高达至少约220psi的压力下能稳定地防止热点燃。
8.如权利要求5所述的方法，其中点火材料在高达至少约200psi的压力下能稳定地防止热点燃。
9.如权利要求5所述的方法，其中点火材料氧化剂组分另外还包含高达约50重量％的碱金属硝酸盐。
10.如权利要求5所述的方法，其中有关的可充气的遏制器是侧面碰撞可充气的遏制器的形式。
11.如权利要求1所述的改进，其中点火材料燃料和氧化剂的混合物在高达至少约220psi的压力下能稳定地防止热点燃。
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