CN1535256A - 用于气体发生器的自燃材料 - Google Patents

Abstract

当车辆遭遇火灾，其气袋的充气设备会经受极高的温度，这会导致充气设备的外壳破裂。使用自燃材料可以在所需安全温度使气体剂发生燃烧，使所述外壳在火灾中破裂的危险降至最低。本发明自燃材料含有硝化纤维材料和惰性增塑剂。所述自燃材料热学稳定，并在置于充气设备之前无需进行预组装或者填装。

Description

用于气体发生器的自燃材料

发明领域

本发明通常涉及用来对车辆气袋进行充气的气体发生器，本发明具体涉及气体发生器或者着火增强材料。

发明背景

人们已经研制出充气式乘客保护系统，用于当遭遇碰撞时通过使乘客和车辆内部之间的气垫或者气袋迅速充气膨胀来保护乘客。通过使乘客和充气气垫相碰而不是和车辆内部坚硬的表面相碰，充气气袋降低了碰撞时乘客所受的伤害。充气的气垫或者气袋能吸收碰撞中乘客所受的大部分能量，在碰撞中为乘客提供受控的逐渐减速环境。

为气袋充气的典型方法是使用一气体发生器，它通过燃料和氧化剂的发热反应来产生气体。在显著强度的碰撞过程中，来自一个或多个碰撞传感装置的电信号被送至充气设备的点火器。点火器的触发引起所述充气设备中一系列的化学反应，此时迅速产生用来对气袋充气的气体。

充气设备会遭遇不正常的高温，例如，如果在装运过程中充气设备遭遇到火灾的话。当车辆遭遇火灾时，充气设备外壳的强度和结构完整性就会降低。当温度升高，着火材料的燃烧速度增大，导致燃烧室的压力也增大。而且，在高温下，气体发生剂会熔化或者分解，变得不稳定，导致因过度加压引起的冲击控制的损失。因此，如果车辆遭遇火灾，气体发生剂的组合物的燃烧会导致过度加压以及冲击控制损失，会导致所述充气设备外壳的结构出现故障。

为了克服外壳故障潜在的危险，使用在低于导致充气设备外壳因过度加压而出现故障的温度能自燃或者着火的自燃材料。当所述自燃材料自燃时，所产生的热量点燃气体发生剂或者点燃助爆药材料，并且所述充气设备能正常工作。因此，当达到预先选定的温度，就点燃气体发生材料，所述选定的温度低于会导致所述气体发生材料出现不可预料情况的温度。

在已有技术中可用的自燃组合物是有限的，部分地包括硝化纤维以及氯酸钾和糖的混合物。无着火药或者有烟火药是能在大约177℃自燃的硝化纤维基物质。使用有烟火药作为自燃材料时的问题是这些材料是微粒状的，在置于充气设备之前需要进行填装。将所述硝化纤维基材填装在自燃材料容器中因增加了额外的辅助加工步骤而使得制造方法变得复杂。

美国专利4,561,675描述了位于邻近充气设备的一个容器中的自燃材料。所述自燃材料是在约176℃着火的无着火药。在其优选的实施方式中，所述无烟来福枪火药是IMR 4895，其中主要含有硝化纤维。

美国专利4,858,951描述了和助爆药材料物理混合的自燃材料细小颗粒，在预定温度下所述自燃材料会自燃，就能将点燃所述助爆药材料，转而点燃所述气体发生剂。所述优选的自燃材料是无着火药，而所述助爆药材料是硼硝酸钾、氢化钛和高氯酸钾的混合物。

发明概述

本发明涉及在预选温度点燃气体发生剂的自燃材料。所述自燃材料含有70～95重量％硝化纤维和5～30重量％惰性增塑剂，它不是无着火药。当所述充气设备外壳遇到过多的热量时，所述自燃材料会自动点燃助爆药材料或者气体发生剂，从而能安全地使用充气设备。

本发明的优点是所述自燃材料是整块材料(monolithic grain)，而不是微粒状材料。由于无需使用自燃材料的辅助组装步骤，因此使用单块自燃材料能显著降低其制造成本。在本发明中，所述整块材料无需进行填装，可以直接装在在充气设备的外壳中。

附图简要说明

通过阅读以下关于气体发生装置截面图的唯一附图的说明，本发明更多的特征对于那些本发明领域的技术人员来说是显而易见的。

实施方式的详细说明

图1显示了示例性着火充气设备的截面图。来自一个或多个碰撞传感装置(图中未示)的电信号被送入点火器或者引爆器2。本文所用的“引爆器”应理解为具有两个彼此绝缘并通过桥接物(如金属丝或者半导体丝)连接的电极的电气装置。一般来说，所述桥接丝包埋在一层或多层着火组合物中，所述着火组合物在激活时可产生足够用来点燃助爆药组合物3的能量。在本技术领域已知有各种电、电子、机械和电-机械式点火器，可以用于本发明。当激发后，所述点火器即点燃助爆药或者增强剂，转而点燃气体发生剂。所述气体发生剂的配方中含有燃料和氧化剂。所述燃料可以选自叠氮化钠、四唑(例如，氨基四唑)、联四唑(bitetrazoles)、四唑无机盐、1，2，4-三唑-5-酮、硝酸胍、硝基胍、氨基胍硝酸盐等。在本发明中可以使用多种氧化剂，包括碱金属和碱土金属的硝酸盐、氯酸盐、氧化物、高氯酸盐以及硝酸铵。

由气体发生剂化学反应产生的气体通过一针织金属丝过滤器5和多孔管17，然后进入环形室6。金属外壳8中的孔7用不锈钢爆破箔9密封。充气设备的外壳可以由钢、铝、铝合金、不锈钢等制成。充气设备的外壳通常由金属制成，但是本领域技术人员可知也可以使用其它材料如塑料、陶瓷、复合材料等来制造所述外壳。当充气设备内部的压力超过一定程度时，箔就9会破裂，因此气体离开充气设备。气体进入气袋(未显示)，使所述气袋充气膨胀。但是，应理解本文所揭示的自燃材料可以用在任何合适的充气设备硬件中。

自燃材料15置于助爆药3或者在某些情况下置于气体发生剂4的附近。所述自燃材料是在预选温度下会自动燃烧并由此点燃助爆药组合物或者气体发生剂的材料，结果气体发生剂在高温下能安全发挥作用。可以通过两种独立的通道来点燃所述气体发生剂，通道中有点火器和自燃材料。在遭遇火灾时使用气袋的优点是能控制气体发生剂的燃烧，使充气设备安全地操作。若不存在这种自燃材料，气体发生剂会在危险的高温下着火，并使充气设备的外壳破裂。有个自燃材料容器16将自燃材料15固定并紧贴在金属外壳8的内壁上，确保正确的热传导，使自燃材料在所需的温度着火。

本发明自燃材料可以用于驾驶者旁的气袋充气设备中、乘客旁的气袋充气设备，侧面冲击充气设备、预加拉伸器(pretensioner)以及其它气体发生器中。而且，在着火充气设备和混合式充气设备中，所述自燃材料可以自动点燃助爆药组合物。本发明具有自燃材料的充气设备能安全运输，符合美国运输部的要求。

本发明自燃材料是含有70～95重量％硝化纤维和5～30重量％惰性增塑剂的混合物。所述惰性增塑剂是以下化学物质中的一种或者多种：柠檬酸乙酰基三乙酯、邻苯二甲酸二辛酯(dioctyl phylat)和邻苯二甲酸二丁酯(dibutylphylate)。在操作中，所述自燃材料在175～195℃的温度范围内会自动着火或者燃烧。所述自燃材料即使在大范围的温度下也热学稳定。若在充气设备中存在水分，则硝化纤维会自燃。

本发明的自燃材料是安全的单块材料，所以在加入所述充气设备之前无需进行填装。所述自燃材料不是微粒状的也不是粉末状的。由于所述自燃材料是整块材料，它可以制成所需的大小和形状，因此在装到空气气囊充气设备中之前无需辅助组装步骤和特别的处理。对本发明来说，所述起始材料可从EXPROChemical Products Inc.购得。

本发明的自燃材料和无着火药不同。本发明的自燃材料的能量比无着火药小，并具有递减燃烧的特征。单基火药通常是大于98％的硝化纤维，而本发明的自燃材料含有约84％的硝化纤维，所含其余物质是不产生能量的。单基火药是粉末状或者微粒状物质，在加入气袋充气设备之前需要进行填装。将惰性增塑剂加到硝化纤维中消除了将自燃材料填装的要求。

实施例1

自燃材料的组成列于表1中。

                   表1

说明	含量(重量百分数)
		硝化纤维	83.85％±1.0％
柠檬酸乙酰基三乙酯	15％±0.5％
		二苯胺	1.0％±0.2％
碳黑	0.15％(最大值)
		残留溶剂	2.7％(最大值)
湿气	1.5％(最大值)

EXPRO Chemical Products Inc.将表1中所有的化学物质混合、然后将混合料挤压形成正圆柱状的自燃材料小片。所述小片不是多孔的，平均重量为0.070±0.010克。所述自燃材料小片可从EXPRO Chemical Products Inc.购得。

由于所述来自EXPRO的自燃材料小片是整块材料，可以将它直接放在自燃保持容器中。然后将所述自燃保持容器压在完全组装的着火充气设备的底部。

Claims (5)

1.一种自燃组合物，所述组合物基本上由以下物质的混合物组成：

(a)70～95重量％硝化纤维；

(b)5～30重量％惰性增塑剂，

所述自燃组合物在175～195℃之间自燃。

2.权利要求1所述的自燃组合物，其特征在于所述增塑剂选自柠檬酸乙酰基三乙酯、邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯。

3.权利要求1或2所述的自燃组合物，其特征在于所述自燃组合物是整块材料。

4.上述权利要求任一项所述的自燃组合物，其特征在于所述自燃组合物在低于导致气体发生剂自燃的温度下自动燃烧。

5.上述权利要求任一项所述的自燃组合物，其特征在于所述自燃组合物是高温热稳定的。

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