CZ200275A3

CZ200275A3 - Samozápalná kompozice podpůrného činidla

Info

Publication number: CZ200275A3
Application number: CZ200275A
Authority: CZ
Inventors: Ryoi Kodama; Kenjiro Ikeda; Yasushi Matsumura; Eishi Sato; Dairi Kubo
Original assignee: Nippon Kayaku Kabushiki-Kaisha
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2002-08-14
Also published as: US6562087B1; JP2001080986A; EP1205458B1; DE60045843D1; KR100450704B1; EP1205458A1; KR20020019480A; CZ304826B6; WO2001004074A1; JP4131486B2; EP1205458A4

Description

Oblast techniky

Předmětný vynález se týká nové výbušné kompozice, kterou je možné použít jakožto podpůrné činidlo (přenášející náboj) pro použití ve vyvíjecí plynu, který se používá v airbagovém systému automobilu. Výbušná kompozice podle předmětného vynálezu je charakteristická tím, že je samozápalná při současném zachování vysoké hodnoty výhřevnosti.

Dosavadní stav techniky

Airbagový systém je záchytný systém pro pasažéry, který se v posledních letech všeobecně používá pro zlepšení bezpečnosti pasažérů sedících v automobilu. Airbagový systém pracuje na principu vyvíječe plynu, který pracuje na základě vyhodnocení signálů ze senzorů detekujících srážku a který slouží pro nafouknutí airbagu, takže dochází ke ztlumení nárazu pasažérů na stěnu automobilu v důsledku uvedené srážky.

Uvedený vyvíječ plynu pracuje tak, že nejprve dochází k zapálení zapalovače poté, co tento zapalovač obdrží signál z uvedených senzorů a následně je toto zapálení přeneseno k podpůrnému činidlu, čímž je způsobeno zapálení plynotvorných látek.

Podpůrná činidla slouží pro zapálení veškerého množství plynotvorné látky během daného časového intervalu. Použití těchto činidel umožňuje plně využít vypočítanou účinnost dané • fc

plynotvorné látky bez jakéhokoli zpoždění při jejím zapalování.

Z existujících podpůrných činidel se všeobecně používá podpůrné činidlo obsahující jako hlavní složku bor a dusičnan draselný, které se označuje jako „BKNO₃. Použití tohoto podpůrného činidla je výhodné, protože je toto činidlo schopné se zapálit během okamžiku, má vysokou výhřevnost a generuje termočástice boru, které slouží pro urychlení uvedeného zapalování. Avšak nevýhodou tohoto činidla je, že na každých 100 gramů BKNO₃ vzniká 0,4 nebo méně molu plynu, takže pokud je toto podpůrné činidlo použito spolu s plynotvornou látkou o nízké zápalnosti, dochází ke vzniku menšího množství plynu, což může způsobit nestabilitu při zapalování.

Na druhé straně se v současnosti široce používá jako materiál, ze kterého je zhotoven zásobník plynotvorné látky, místo nerezavějící oceli hliník, a to za účelem snížení hmotnosti vyvíječe plynu. Běžný zásobník vyrobený z nerezavějící oceli má vynikající pevnost při zvýšené teplotě, takže i při vzrůstu teploty následkem požáru automobilu, spalováním uvedeného vyvíječe tepla a podobně, je možné ponechat danou plynotvornou látku hořet v uvedeném vyvíječi plynu, aniž by došlo k prasknutí uvedeného zásobníku.

Avšak zásobník plynotvorné látky vyrobený z hliníku má výrazně nižší pevnost při zvýšené teplotě. Pokud je vyvíječ tepla vyrobený z hliníku vystaven plameni při požáru automobilu a podobně, a pokud se daná plynotvorné látka obsažená v tomto vyvíječi spaluje, nemůže uvedený hliníkový zásobník, pokud je snížení pevnosti samotného zásobníku • · φ

» φ φ · · · · · · · · ·<

φ φ φφ φφφ φφ φφφφ způsobeno uvedeným plamenem, vydržet tlak způsobený spalováním plynotvorných látek a může tedy dojít k výbuchu tohoto zásobníku. Díky této skutečnosti existuje obava, že by části explodovaného zásobníku mohly vyletět do okolí a zranit jednak pasažéry uvnitř automobilu a rovněž osoby nacházející se v blízkosti tohoto automobilu.

V této souvislosti bylo navrženo opatření proti možné explozi uvedeného hliníkového zásobníku, přičemž podle tohoto opatření se do uvedeného hliníkového zásobníku kromě plynotvorné látky a podpůrného činidla přidává výbušná směs, která se může sama zapálit při teplotě nižší, než při které dochází ke snížení pevnosti daného hliníkového zásobníku, takže uvedená plynotvorná látka obsažená v hliníkovém zásobníku je ponechána vyhořet dříve než dojde ke snížení pevnosti tohoto hliníkového zásobníku, čímž je zabráněno možnému nebezpečí výbuchu hliníkového zásobníku. Na tomto místě je třeba uvést, že samozápalností uvedené samozápalné výbušniny se rozumí, že daná výbušnina se může zapálit při teplotě v rozmezí od 180 °C do 210 °C, což je teplota nižší, než při které dochází ke snížení pevnosti hliníkového zásobníku vlivem vysoké teploty.

Tak například v patentu Spojených států amerických číslo US 4,561,657 byl navržen systém pro použití v hliníkovém zásobníku, kdy se používá výbušnina, která se může sama zapálit při teplotě nižší, než je teplota při které dochází ke snížení pevnosti uvedeného hliníkového zásobníku, přičemž tato výbušnina je umístěna v těsném kontaktu s vnitřním povrchem uvedeného zásobníku. Samozápalná výbušnina, která se používá v tomto případě, obsahuje jako hlavní složku nitrocelulosu.

• · · · • · · · « • · · · ·· · ·· · • · · · · · · · ♦· · · • · · · e · · · · · • R 99 99 ♦ ·· ·♦ ····

Samotná nitrocelulosa postrádá dlouhodobou stabilitu při zvýšené teplotě a, což je ještě horší, následkem rozkladu může dojít k jejímu spontánnímu vzplanutí. Z tohoto důvodu je nezbytné používat kromě uvedené plynotvorné látky a uvedeného podpůrného činidla další samozápalnou výbušnou kompozici. Navržený systém lze tedy ztěží, a to i z hlediska ceny, označit jako výhodný.

Dále byly ve zveřejněných japonských patentových přihláškách číslo Hei 4(1992)-265289, Hei 7(1995)-232989,

Hei 8(1996)-508972 a Hei 8(1996)-511233 popsány samozápalné kompozice, při jejichž použití je však potřeba provést určité změny ve vnitřní struktuře daného vyvíječe plynu, nebo musí být tyto kompozice vpraveny do zapalovací nálože nebo do podpůrného činidla daného zapalovacího činidla, jako v případě výše uvedeného patentu Spojených států amerických. Nevýhodou tohoto řešení tedy je komplikovaná struktura vyvíječe plynu a jeho zvýšená cena.

Ve znovu zveřejněné mezinárodní přihlášce číslo WO 97/20786 bylo popsáno podpůrné činidlo se samozápalnými vlastnostmi. Avšak toto podpůrné činidlo má výhřevnost 3400 joulů/gram, což je méně než činí výhřevnost BKNO₃, jehož výhřevnost je 6700 joulů/gram, přičemž toto podpůrné činidlo rovněž obsahuje kovové termočástice. Nevýhodou tohoto podpůrného činidla tedy je možnost zpoždění při zapalování plynotvorné látky, což může být příčinou nedostatečného výkonu.

Zápalná teplota již zmíněného běžně používaného podpůrného činidla BKNO3 je přibližně 470 °C, avšak při teplotě v okolí • · «· ·· · ·· · · • · · · « · · · ·«·· ···« · · * · · 4 • · · · « · · · ♦ · • · » · « C ··· ·« · · · · této teploty není zajištěna zde definovaná funkce samozapálení.

Ve světle výše uvedených nevýhod byl vyvinut předmětný vynález. Cílem tohoto vynálezu je kompozice podpůrného činidla, která má samozapalovací vlastnosti a vysokou hodnotu výhřevnosti.

Podstata vynálezu

Na základě zkoumání pravděpodobnosti úspěšného zapálení plynotvorné látky, které je způsobeno podpůrným činidlem, bylo zjištěno, že je výhodné, aby podpůrné činidlo podle tohoto vynálezu mělo níže uvedené vlastnosti i) až iii). Vývoj předmětného vynálezu byl prováděn na základě předpokladu, že tento vynález je zaměřen na výbušnou kompozici, která se zásadně liší od plynotvorné látky, jejímž cílem je nízká hodnota výhřevnosti a zvýšené množství vytvořeného plynu.

Ačkoli je ideální pokud kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má všechny charakteristické rysy uvedené níže v bodech i) až iii), může tato kompozice sloužit jako podpůrné činidlo i v případě, že splňuje pouze požadavek daný bodem i).

Požadované charakteristické rysy podpůrného činidla

i) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu má vysokou hodnotu výhřevnosti, která postačuje pro dodávání takového množství tepla plynotvorné látce podle tohoto vynálezu, které postačuje pro zapálení této plynotvorné látky;

·· ·· · 99 • · · · · ··· · • · ·· · · · ·· « • ·· · · · · · ·« · · • · · · · · · a·· ii »· · <u ··· «· ···· ii) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu produkuje takové množství molů plynu, které postačuje k vytvoření takového proudu plynu, který je dostatečný pro zapálení celých oblastí jednotlivých plynotvorných látek;

a iii) Kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu obsahuje mnoho kovových termočástic, které slouží pro přilnutí přímo k dané plynotvorné látce za účelem jejího zapálení.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného

vynálezu je tedy charakteristická	tím, že zahrnuje
a)	5-aminotetrazol,
b)	kovový prášek,
c)	alespoň jednu sloučeninu vybranou ze skupiny	zahrnuj ící
	dusičnan draselný, dusičnan	sodný a dusičnan	strontnatý
d)	oxid molybdenový,

přičemž její výhřevnost je 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více.

V samozápalné kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je zajištěna uvedená samozápalnost přidáním oxidačního činidla, jako je dusičnan draselný, dusičnan sodný, dusičnan strontnatý a oxid molybdenový, k 5-aminotetrazolu a kovovému prášku. Na tomto místě je třeba uvést, že samozápalnost! se v této souvislosti rozumí, že k zapálení dochází při teplotě v rozmezí od 180 °C do 210 °C. Je možné říci, že tento rozsah teplot zapálení je nezbytný z hlediska snížení pevnosti hliníku při zvýšené teplotě.

• · fcfc fcfc 9 99 ·· fcfcfcfc ···· fcfcfcfc • fcfcfc fcfcfc ·· fc • fcfcfc fcfc fc fcfcfc ·· ·· ·· fcfcfc fcfc fcfcfcfc

Protože samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má vysokou výhřevnost, která není nižší než 4500 joulů/gram, a zároveň je samozápalná, má tato kompozice vlastnosti vhodné pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla. Zejména pak samozápalná kompozice podpůrného činidla, jejíž výhřevnost je 6000 joulů/gram nebo více, je optimální pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu tedy může zajišťovat samozápalnost plynotvorné látky, aniž by muselo dojít ke složitější konstrukci struktury plynového vyvíječe.

Dále je samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu charakteristická kombinací výše uvedených vlastností a tím, že množství plynů vyvíjených při spalování této kompozice je v rozmezí od 0,5 molu do 2,0 molů na každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla.

Pokud se množství vyvinutého plynu pohybuje v rozmezí od 0,5 molu do 2,0 molů na každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu, je možné k plynotvorné látce přivádět plyn takovým proudem, že množství tohoto plynu postačuje k zapálení uvedené plynotvorné látky.

Samozápalné kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné udělit dobře stabilizované zápalné vlastnosti, a to vyvážením kombinace uvedené vysoké výhřevnosti a řádně vyvíjeného proudu plynu. Výsledkem této kombinace je, že samozápalná kompozice podpůrného činidla • » • · » · ·«·· · ·9 9 • · ·φ · « ♦ · · ·

9 9 9 9 9 9 9 9 9

99 99 999 99 9999 podle předmětného vynálezu může mít samozápalné vlastnosti a současně může tato kompozice mít zachovány lepší vlastnosti, než má běžně používané podpůrné činidlo BKNO₃.

Ačkoli skupina kovových prášků, které je možné použít v kompozici podle tohoto vynálezu, zahrnuje i práškovou slitinu kovů, je výhodné, pokud uvedeným práškovým kovem je alespoň jeden materiál vybraný ze skupiny zahrnující hliník, hořčík, magnálium, bor, titan a zirkonium.

Zejména v případě, kdy je jako práškový kov použit bor, má samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu výhodně níže uvedené složení (I) nebo ještě výhodněji složení (II) :

Složení kompozice podle tohoto vynálezu (I)

a) 3 hmotnostní procenta až 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) 5 hmotnostních procent až 30 hmotnostních procent boru,

c) 50 hmotnostních procent až 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) 0,2 hmotnostního procenta až 10 hmotnostních procent oxidu molybdenového;

nebo

Složení kompozice podle tohoto vynálezu (II)

a) 5 hmotnostních procent až 15 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu, • · · · · · · ·· · ·

9 9 · 99 9 9 9 · · · • 9 99 9 9 9 ·« ·

b)	16 hmotnostních procent až 25 hmotnostních	procent boru,
c)	60 hmotnostních procent až 80 hmotnostních	procent
	dusičnanu draselného a
d)	1 hmotnostní procento až 7 hmotnostních procent oxidu
	molybdenového.

Tato samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu zahrnuje malé množství organické sloučeniny obsahující dusík, tj. 5-aminotetrazolu, které činí 25 hmotnostních procent nebo výhodně 15 hmotnostních procent, a velké množství práškového kovu, jehož množství je v rozmezí od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent nebo výhodně v rozmezí od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent. Toto složení umožňuje, aby k zapálení plynotvorných látek došlo přímo prostřednictvím velkého množství kovových termočástic, čímž je zajištěna stabilita zápalných vlastností a jejich malá závislost na teplotě.

Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného

vynálezu zahrnuje
a)	5-aminotetrazol,
b)	kovový prášek,
c)	alespoň jednu sloučeninu vybranou	ze skupiny	zahrnuj ící
	dusičnan draselný, dusičnan sodný	a dusičnan	strontnatý
d)	oxid molybdenový,

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu má každých 100 gramů samozápalné kompozice podpůrného činidla schopnost vyvinout od 0,5 molu do 2,0 molů plynu.

• · • · · • · · • · φ • · · · φφ φ · φφφ • φ φφφφ

5-Aminotetrazol je v kompozici podle předmětného vynálezu obsažen jakožto palivová složka. Z různých organických sloučenin obsahujících dusík se právě 5-aminotetrazol nejlépe hodí pro použití podle předmětného vynálezu, protože se s ním velmi snadno manipuluje a mj. je tepelně stabilní, bezpečný a velmi levný. Obsah 5-aminotetrazolu činí výhodně od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent nebo ještě výhodněji v rozmezí od 5 hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent. Pro zajištění samozápalností kompozice podle tohoto vynálezu je dostatečné, pokud obsah 5-aminotetrazolu je na spodní úrovni uvedených rozmezí. Vyšší obsah 5-aminotetrazolu než 25 hmotnostních procent má za následek snížení výhřevnosti dané kompozice podpůrného činidla a snížení počtu kovových termočástic nebo nedostatečný přenos náboje. Při obsahu 5-aminotetrazolu nižším než 3 hmotnostní procenta není dosaženo samozápalností dané kompozice, což není z hlediska tohoto vynálezu žádoucí.

Kompozice podle tohoto vynálezu obsahují jako oxidační činidlo alespoň jednu složku vybranou ze skupiny zahrnující dusičnan draselný, dusičnan sodný a dusičnan strontnatý. Použití jiných dusičnanů není žádoucí, protože při jejich samostatném použití není dosaženo samozápalností. Avšak pokud se jiné dusičnany používají v kombinaci s alespoň jednou složkou vybranou ze skupiny zahrnující dusičnan draselný, dusičnan sodný a dusičnan strontnatý, může být dosaženo samozápalností výsledné kompozice. Zvlášť výhodně se podle tohoto vynálezu používá dusičnan draselný, protože neabsorbuje vlhkost a je možné s ním snadno manipulovat. Obsah oxidačního činidla v kompozicích podle předmětného vynálezu je výhodně v rozmezí od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent

4· 44 ·· 9 ·· 99

44 4 4 · 4 4 · « · 9

9 99 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 · 9 9 9 9

9 9 9 9 9 4 ···

99 99 999 99 9999 nebo výhodněji v rozmezí od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent. Pokud je obsah oxidačního činidla nižší než 50 hmotnostních procent, je množství dodávaného kyslíku nedostatečné, následkem čehož není spalování dané kompozice dokonalé a dochází ke vzniku oxidu uhelnatého (CO). Pokud je obsah oxidačního činidla v kompozicích podle předmětného vynálezu vyšší než 85 hmotnostních procent, dochází ke snížení výhřevnosti dané kompozice a teplota plamene je nedostatečná.

Jako konkrétní příklad kovového prášku, který se používá podle tohoto vynálezu, je možné uvést hliník, hořčík, magnálium, bor, titan a zirkonium. Z důvodů nízkého nebezpečí při manipulaci a nízké ceny se zvlášť výhodně používá bor. Se vzrůstajícím obsahem kovového prášku v kompozicích podle tohoto vynálezu stoupá výhřevnost uvedených kompozic a počet kovových termočástic. Aby vyvíječ plynů pracoval bez jakýchkoli problémů, je třeba, aby výhřevnost kovového prášku byla 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více. Proto je výhodné, pokud obsah kovového prášku v kompozicích podle předmětného vynálezu činí od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent, výhodněji od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních'procent. Pokud je obsah kovového prášku nižší než 5 hmotnostních procent, dochází ke snížení výhřevnosti dané kompozice a snížení počtu kovových termočástic. Pokud je naopak obsah kovového prášku vyšší než 30 hmotnostních procent, je nutně sníženo množství ostatních složek kompozice podle tohoto vynálezu, takže není dosaženo samozápalnosti dané kompozice.

·· Φφ φ φ · φφ φφ φ φφ φ φ φφφ φ φφ φ φφφφ φφφ φφ φ φ φφ φφφ φ φ φφ φ φ φφφφ φφ φ φφφ φφ φφ φφ φφφ φφ φφφφ

Obsah oxidu molybdenového v kompozicích podle tohoto vynálezu je výhodně v rozmezí od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent, výhodněji v rozmezí od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent. Samozápalnosti kompozice podle předmětného vynálezu je dosaženo i při uvedeném minimálním obsahu oxidu molybdenového. Pokud je obsah oxidu molybdenového nižší než 0,2 hmotnostního procenta, není dosaženo samozápalnosti dané kompozice. Pokud je obsah oxidu molybdenového vyšší než 10 hmotnostních procent, dochází k výraznému snížení výhřevnosti dané kompozice.

Pokud je množství plynu vyvíjeného samozápalnou kompozicí podpůrného činidla podle tohoto vynálezu menší než 0,5 molu na každých 100 gramů kompozice, je vyvíjen menší proud plynu, takže existuje možnost vzniku nestability při zapalování. Na druhé straně pokud množství plynu vyvíjeného samozápalnou kompozicí podpůrného činidla podle tohoto vynálezu je větší než 2,0 moly na každých 100 gramů kompozice, dochází ke snížení výhřevnosti, čímž může dojít k tomu, že není plně využita účinnost dané kompozice jakožto podpůrného činidla.

V případě potřeby je možné do kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu přidávat různé druhy přísad. Skupina přísad, které je možné použít podle předmětného vynálezu, zahrnuje pojivo, činidlo proti spékání a pomocné činidlo pro tvarování dané kompozice. Skupina pojiv, která je možné použít podle tohoto vynálezu, zahrnuje například hydrotalcity a nitrocelulosu. Skupina činidel proti spékání, která je možné použít podle tohoto vynálezu, zahrnuje například nitrid křemičitý a karbid křemičitý. Skupina pomocných činidel pro tvarování kompozice, která je možné použít podle tohoto • · ·* · * · ·· ·· • · · · · · ·♦ · « 9 ♦ ···· 9 9 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 · 9 9 9 9

9 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 99 99 9 9 9 99 9 9 vynálezu, zahrnuje například stearát hořečnatý a stearát zinečnatý. Obsah uvedené přísady v kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu činí výhodně od 0,1 hmotnostního procenta do 5 hmotnostních procent.

V následujícím textu bude popsáno výhodné složení kompozic podpůrného činidla podle tohoto vynálezu. Jako kovový prášek se nejvýhodněji používá bor a jako oxidační činidlo se nejvýhodněji používá dusičnan draselný.

Ve výhodném provedení tohoto vynálezu zahrnuje kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu, od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent boru, od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent oxidu molybdenového.

V jiném výhodném provedení tohoto vynálezu zahrnuje kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu od hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent

5-aminotetrazolu, od 16 hmotnostních procent do hmotnostních procent boru, od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent dusičnanu draselného a od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent oxidu molybdenového.

Uvedené složky jsou vzájemně smíchány v takovém poměru, aby výhřevnost výsledné kompozice byla 4500 joulů/gram nebo více, výhodně 6000 joulů/gram nebo více. Je třeba uvést, že výhřevnost kompozice podle tohoto vynálezu by z důvodu tepelné • · fcfc · · fcfcfcfc fcfcfc • · ·· · · • fcfc fcfcfc fc fcfcfcfc fcfc · fcfcfc • fc fcfc fcfc fcfcfc fcfc fcfcfcfc odolnosti výše popsaného hliníkového zásobníku neměla překročit hodnotu 7500 joulů/gram, a to i přesto, že z hlediska samozápalnosti je žádoucí dosáhnout co nejvyšší výhřevnosti kompozice podle tohoto vynálezu.

Samozápalnou kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné selektivně vytvořit ve formě prášku, granulí nebo ve formě pelet. V alternativním případě je možné směs výše popsaných složek zpracovat do formy tvarovaných nebo extrudovaných výrobků. Například je možné uvedené směsi tvarovat do podoby pelet, do podoby trubiček s jedním otvorem nebo do podoby trubiček s mnoha otvory (tj. do podoby porézního výrobku).

V následujících odstavcích bude popsán způsob výroby kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Samozápalnou kompozici podpůrného činidla podle předmětného vynálezu je možné vyrobit buď tvarováním lisováním nebo tvarováním extrudováním. Po vytvarovaní se kompozice podle tohoto vynálezu zahřívá za účelem úplného vysušení, čímž je zabráněno zpoždění při zapalování této kompozice vlivem vlhkosti a dále touto úpravou získává daná kompozice vyšší odolnost vůči vlivům prostředí.

Pokud se kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu vyrábí tvarováním lisováním, přidává se nejprve k uvedené palivové složce a k uvedenému oxidačnímu činidlu již zmíněné činidlo proti spékání. Poté se jednotlivé složky mísí ve směšovacím zařízení typu V a vzniklá směs se rozmělňuje do formy prášku. Po odměření předepsaného množství palivových složek ve formě prášku, oxidačního činidla ve formě prášku a ·· ·· ·· · ·· ·· • · · · ···· ···· • · ·· «·· ·· · • ·· ··· · · ·· · · • · · · · · · ··· ·· ·· ·· ··· ·· ·«·· pomocného činidla pro tvarování kompozice podle tohoto vynálezu, se jednotlivé složky spolu mísí ve směšovacím zařízení typu V. Vzniklá směs se následně tvaruje v tvarovacím lisu a tepelně upravuje. Takto získané tvarované výrobky se používají jakožto kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu.

Podobně i v případě, kdy se kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu vyrábí tvarováním extrudováním, se nejprve uvedené palivové složky a oxidační činidlo rozmělňují do formy prášku. Po odměření předepsaného množství jednotlivých složek do šnekového mísiče se k těmto složkám přidává voda v množství od 8 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent, vztaženo na celkovou hmotnost uvedených složek, a výsledná směs se hněte za vzniku vlhké, viskózní směsi jednotlivých činidel. Poté se tato směs tvaruje do požadované podoby pomocí vakuového šnekového extruderu, řeže na vhodnou velikost a tepelně zpracovává. Takto získané tvarované výrobky se používají jakožto kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu.

V následujícím textu jsou uvedeny velikosti částic jednotlivých složek, které se používají při výrobě kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Ve výhodném provedení mají jednotlivé složky následující velikost částic vyjádřenou jejich poloměrem:

5-aminotetrazol: od 1 mikrometru do 30 mikrometrů, dusičnan draselný: od 20 mikrometrů do 100 mikrometrů, bor: od 0,5 mikrometru do 20 mikrometrů a oxid molybdenový: od 1 mikrometru do 40 mikrometrů.

·* 4« 4«

4 4 4 4 4 • · 44 4 · · · 4 4 4 4

4 4 4 4 4

4444 4·

4« <*

4 4 4 >4 ·

4 4

4 4 ·· 4·4 4

Ve dalším výhodném provedení mají jednotlivé složky následující velikost částic vyjádřenou jejich poloměrem: 5-aminotetrazol: od 10 mikrometrů do 20 mikrometrů, dusičnan draselný: od 40 mikrometrů do 70 mikrometrů, bor: od 1 mikrometru do 15 mikrometrů a oxid molybdenový: od 5 mikrometrů do 25 mikrometrů.

Měřicí testy

Pro stanovení různých fyzikálních hodnot kompozic podpůrného činidla podle tohoto vynálezu byly provedeny následující měřicí testy.

Měření výhřevnosti

Měření výhřevnosti bylo provedeno v tlakovém kalorimetru Byl navážen 1,0 gram kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu a toto množství kompozice bylo umístěno do vzduchotěsného zásobníku z nerezavějící oceli. Poté byl uvedený zásobník uzavřen svým těsným uzávěrem, a to tak, aby topný prvek byl v kontaktu s uvedenou kompozicí podpůrného činidla. Zásobník byl vsunut do tepelně izolované nádoby naplněné vodou a do uvedeného topného prvku byl přiveden elektrický proud, následkem čehož došlo k úplnému spálení kompozice podpůrného prvku nacházející se v uvedeném zásobníku. Hodnota výhřevnosti byla vypočtena ze vzrůstu teploty vody v tepelně izolované nádobě a z měrné tepelné kapacity vody.

Μ ·· • φ φ φ • φ ·· • · φ · φ φ φ φ φφ φφ «· φ φ φ · » φ » · φφφ • · » « φ φφ «· • φ « φ ♦ · 1 φφφ φ • φ φ φφ φφφφ

Test vznícení

Test vznícení byl proveden níže popsaným způsobem a sloužil pro vyzkoušení samozápalnosti samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Olejová lázeň 10 opatřená automatickým regulátorem teploty, jež je znázorněna na obrázku 1, byla naplněna silikonovým olejem 11 a byla do ní ponořena železná trubka 12, jejíž vnitřní průměr byl 2 centimetry a jejíž délka byla 20 centimetrů. Pomocí topení 13 a teploměru 14 byla teplota olejové lázně udržována na 200 °C. Byl měřen čas potřebný ke vznícení 0,2 gramu samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu nebo doba potřebná k vytvoření zvuku, kterým je takovéto vznícení doprovázeno, po vložení uvedené kompozice do trubky 12. Pokud bylo potvrzeno, že testovaný vzorek se vznítil nebo vydal zvuk doprovázející vznícení do jedné minuty, byl takovýto vzorek označen jako samozápalný.

Test spalování v tanku o objemu 60 litrů

Test spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů byl prováděn s použitím vyvíječe plynu _1, který je znázorněn na obrázku 2, a sloužil pro ověření schopnosti kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu zapálit plynotvornou látku. Uvedený vyvíječ plynu _1 obsahoval centrální zapalovací komoru ve které byl umístěn zapalovač _2 a činidlo pro přenos náboje 3, spalovací komoru _8, která byla umístěna okolo uvedené centrální zapalovací komory a ve které byla umístěna plynotvorná látka 4_, a chladicí/filtrační komoru 9, která byla umístěna okolo uvedené spalovací komory a která byla naplněna kovovým drátem 5. Po • β namontování do testovacího tanku, jehož vnitřní objem byl 60 litrů, byl vyvíječ plynu 1. uveden do provozu, aby bylo možné měřit změny tlaku v uvedeném zásobníku. Jak je patrné z grafu na obrázku 3, Ρχ představuje maximální mezní tlak, ti představuje dobu, která uplynula od přivedení proudu na zapalovač 2 do zahájení činnosti vyvíječe plynu 1 a t₂představuje dobu, která uplynula od zahájení činnosti vyvíječe plynu 1 do dosažení tlaku Ρχ. Kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu by měla mít takovou zapalovací účinnost, aby doba ti byla maximálně 4 milisekundy. Pokud doba ti překročí uvedenou hodnotu, dochází ve vyvíječi plynu 1. ke zpoždění zapalování, takže není zcela využita účinnost plynotvorné látky. V níže uvedené tabulce 1 jsou uvedeny hodnoty doby ti, která uplynula od přivedení proudu na zapalovač 2 do zahájení činnosti vyvíječe plynu 1 pro různé kompozice podpůrného činidla.

Plynotvorná látka £, která byla použita ve vyvíječi plynu 1 při tomto testu spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů, byla připravena níže uvedeným způsobem.

5-Aminotetrazol a guanidinnitrát, které sloužily jako palivové složky, dusičnan strontnatý, který sloužil jako oxidační činidlo, nitrid křemičitý, který sloužil jako struskotvorné činidlo, a syntetický hydrotalcit, který sloužil jako pojivo, byly v dané kompozici použity v následujícím poměru:

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

24,7 hmotnostního dílu;

guanidinnitrát (poloměr částic 30 mikrometrů):

11,9 hmotnostního dílu;

dusičnan strontnatý (poloměr částic 13 mikrometrů):

53,4 hmotnostního dílu;

nitrid křemičitý (poloměr částic 5 mikrometrů):

5,0 hmotnostních dílů;

syntetický hydrotalcit (poloměr částic 10 mikrometrů): 5,0 hmotnostních dílů.

Uvedené složky byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Poté byla za neustálého míchání vzniklá směs skropena 15 hmotnostními díly vody. Následně byla směs granulována za mokra za vzniku granulovaného prášku, jehož částice neměly průměr větší než 1 milimetr. Po vysušení takto vyrobeného granulovaného prášku zahříváním, byl prášek slisován na rotačním zařízení pro výrobu pelet za vzniku pelet plynotvorné látky o průměru 5 milimetrů a výšce 1,5 milimetrů. Pro použití při uvedeném testu spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů bylo 40 gramů těchto pelet umístěno do shora popsaného vyvíječe plynu μ, který je znázorněn na obrázku 2.

Přehled obrázků na výkresech

Na obrázku 1 je zobrazeno zařízení pro testování zpoždění při zapalování, které bylo použito v níže popsaných příkladech provedení tohoto vynálezu a ve srovnávacích příkladech.

Na obrázku 2 je schematicky znázorněn průřez základní strukturní části vyvíječe plynů, který byl použit v níže popsaných příkladech provedení tohoto vynálezu a ve srovnávacích příkladech.

•« · » A ·» φ · • * ♦ ♦ 4 · A Φ · «φ · ···· Φ · · · · * • A · « · *> A Φ « · φ « • ΦΦΦ ΦΦ · φφφ

Φ Φ ·Φ Φ Φ «ΦΦ Φ· ΦΦΦΦ

Na obrázku 3 je graf znázorňující průběh spalování v testovacím tanku o objemu 60 litrů při použití uvedeného vyvíječe plynů, ve kterém byla použita samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu. Uvedený graf je závislostí tlaku na čase.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady slouží jen pro názornou ilustraci podstaty tohoto vynálezu a nijak neomezují jeho rozsah. Kompozice připravené v jednotlivých příkladech byly použity při výše popsaných testech.

Příklad 1

Byla připravena kompozice obsahující následující množství jednotlivých složek:

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

19.5 hmotnostního dílu;

jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

8,0 hmotnostních dílů;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

8,0 hmotnostních dílů;

dusičnan draselný (poloměr částic 60 mikrometrů):

64.5 hmotnostního dílu;

roztok nitrocelulosy v isoamylacetátu (koncentrace roztoku hmotnostní procenta): 50,0 hmotnostních dílů (tj.

hmotnostní díl nitrocelulosy).

• · • » · · · · · · fc * ♦ · • fcfcfc fcfc · β · fc • ·· ϋ · · · fc n · · t • fcfcfc fcfc · fcfcfc • · fcfc ·· fcfcfc fcfc fcfcfcfc

5-Aminotetrazol, jemný borový prášek a oxid molybdenový byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Ke směsi byl· přidán roztok nitrocelulosy v isoamylacetátu a směs byla dále míchána až do vytvoření suspenze. Ke vzniklé suspenzi byl přidán dusičnan draselný a směs byla dále míchána až do úplného zhomogenizování. Následně byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Výsledky výše popsaných testů provedených s touto kompozicí jsou shrnuty v níže uvedené tabulce 1.

Příklad 2

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

11.2 hmotnostního dílu;

jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

16.2 hmotnostního dílu;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

3,0 hmotnostní díly;

hmotnostní díl nitrocelulosy);

dusičnan draselný (poloměr částic 60 mikrometrů):

69,6 hmotnostního dílu.

• · · 0 ·· · ·· · · * · · · 0 »·· · *0 0 ···· ··· · · · • · · · 0 · 0 «00 ·· ·· ·· ··? 99 0000

5-Aminotetrazol, jemný borový prášek a oxid molybdenový byly smíseny za sucha v mísiči typu V. Ke směsi byl přidán roztok nitrocelulosy v isoamylacetátu a směs byla dále míchána až do vytvoření suspenze. Ke vzniklé suspenzi byl přidán dusičnan draselný a směs byla dále míchána až do úplného zhomogenizování. Následně byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu.

Příklad 3

5-aminotetrazol (poloměr částic 15 mikrometrů):

8.5 hmotnostního dílu;

jemný borový prášek (poloměr částic 9 mikrometrů):

18,7 hmotnostního dílu;

oxid molybdenový (poloměr částic 17 mikrometrů):

1.5 hmotnostního dílu;

hmotnostní díl nitrocelulosy);

dusičnan draselný (poloměr částic 60 mikrometrů):

71,3 hmotnostního dílu.

·* ··

Srovnávací příklad 1

Níže popsaným způsobem byl připraven BKNO₃, který se běžně používá jako složka podpůrného činidla.

jemný borový prášek: 25,0 hmotnostních dílů;

dusičnan draselný: 75,0 hmotnostních dílů;

hmotnostní díl nitrocelulosy).

Roztok nitrocelulosy v isoamylacetátu byl přidán ke směsi jemného borového prášku a dusičnanu draselného a vzniklá směs • · ·

0· · byla míchána až do vytvoření suspenze. Poté byl ze směsi odpařen isoamylacetát a směs byla protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 5 hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku kompozice podpůrného činidla na bázi BKNO₃.

Srovnávací příklad 2

Jako srovnávací příklad 2 sloužila samozápalná kompozice, která byla připravena podle příkladu 1 znovu zveřejněné mezinárodní přihlášky číslo WO 97/20786.

5-aminotetrazol: 34,2 hmotnostního dílu;

dusičnan draselný: 56,8 hmotnostního dílu;

oxid molybdenový: 4,5 hmotnostního dílu;

syntetický hydrotalcit: 4,5 hmotnostního dílu.

5-Aminotetrazol, dusičnan draselný, oxid molybdenový a syntetický hydrotalcit byly smíchány za sucha v mísiči typu V. Ke vzniklé směsi byla přidána voda jakožto rozpouštědlo a směs byla podrobena granulaci za mokra a následně protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl • · · · • · * · φ » ♦ · • · ·· · » · * · · f ♦ · « • · · • · · · · · hodin sušen při teplotě 110 °C za vzniku samozápalné kompozice.

Srovnávací příklad 3

Jako srovnávací příklad 3 sloužila samozápalná kompozice, která byla připravena podle zveřejněné japonské patentové přihlášky číslo Hei 7(1995)-232989.

sacharosa: 23,0 hmotnostních dílů;

chlorečnan draselný: 74,0 hmotnostních dílů;

oxid hořečnatý: 2,0 hmotnostní díly.

Sacharosa, chlorečnan draselný a oxid hořečnatý byly smíchány za sucha v mísiči typu V. Ke vzniklé směsi byla přidána silikonová pryskyřice a směs byla dále hnětena. Poté byla směs protlačena skrz síto, jehož oka měla velikost 1 milimetr, čímž vznikl granulový prášek. Takto připravený granulový prášek byl 48 hodin ponechán stát, čímž došlo k jeho vytvrzení za vzniku samozápalné kompozice.

Tabulka 1 Výsledky testů provedených s jednotlivými kompozicemi

Kompozice	Výhřevnost (joule/gram)	Čas vzplanutí při teplotě 200 °C (sekunda)	ti při testu v tanku o objemu 60 litrů (mi1isekunda)
Příklad 1	4800	3,0	3, 5
Příklad 2	6300	5,0	2,9
Příklad 3	6550	8,0	2,8
Srovnávací příklad 1	6700	během 180 sekund nedošlo ke vzplanutí	2,8
Srovnávací příklad 2	3400	3,0	8,5
Srovnávací příklad 3	3500	7,0	7,3

Jak je patrné z výsledků uvedených v tabulce 1, kompozice na bázi BKNO₃ (srovnávací příklad 1), která se až dosud velice často používá, nevzplála ani po uplynutí 180 sekund a nevykázala tedy při teplotě 200 °C samozápalné vlastnosti během stanovené doby. Ačkoli kompozice podle znovu zveřejněné mezinárodní přihlášky číslo WO 97/20786 (srovnávací příklad 2) a kompozice podle zveřejněné japonské patentové přihlášky číslo Hei 7(1995)-232989 (srovnávací příklad 3) byly samozápalné, bylo díky jejich výhřevnosti, která byla nižší než 4500 joulů/gram, způsobeno zpoždění při zapalování plynotvorné látky. Tyto kompozice tedy nesplňovaly podmínky pro použití ve vyvíječi plynů. V této souvislosti je třeba uvést, že při testu prováděném v tanku o objemu 60 litrů byla φφ φφ · φφ φφ • φφφ φ φ φ φ φφφφ φφφφ φφ φ φ φ φ φφφ φφφφ φφφφ φ φφφφ φφ φ φφφ φφ φφ φφ φφφ φφ φφφφ požadovaná hodnota času ti plynotvorné látky maximálně 4 milisekundy.

Na rozdíl od těchto kompozic byla výhřevnost samozápalné kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu (příklady 1 až 3) vyšší než 4500 joulů/gram, přičemž tyto kompozice byly zároveň samozápalné a proto tedy nebylo při testu v tanku o objemu 60 litrů pozorováno žádné zpoždění při zapalování plynotvorné látky.

Protože samozápalná kompozice podpůrného činidla podle předmětného vynálezu má vysokou výhřevnost, je ideální pro použití jakožto kompozice podpůrného činidla. Kromě toho umožňuje samozápalná kompozice podpůrného činidla podle tohoto vynálezu použití hliníkového vyvíječe plynu, aniž by bylo nutné komplikovat jeho strukturu za účelem zachování samozápalných vlastností.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Samozápalná kompozice podpůrného činidla vyznačující se tím, že zahrnuje

a) 5-aminotetrazol,

b) kovový prášek,

c) alespoň jednu sloučeninu vybranou ze skupiny zahrnujici dusičnan draselný, dusičnan sodný a dusičnan strontnatý a

d) oxid molybdenový, přičemž výhřevnost této kompozice je 4500 joulů/gram nebo více.
2. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedeným kovovým práškem je alespoň jeden z materiálů vybraných ze skupiny zahrnující hliník, hořčík, magnálium, bor, titan a zirkonium.
3. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že její výhřevnost je 6000 joulů/gram nebo více.
4. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 1, vyznačující se tím, že při jejím spalování vzniká od 0,5 molu do 2,0 molů plynu/100 gramů uvedené samozápalné kompozice podpůrného činidla.
5. Samozápalná kompozice podpůrného činidla vyznačující se tím, že zahrnuje ·· ·· ·« · ·· ·♦ ···· · · · · ···· ···· · · · * · · • ····· · · · · · · « · · · ··> · ··· ·· ·· ·· 999 99 9999

a) od 3 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) od 5 hmotnostních procent do 30 hmotnostních procent boru,

c) od 50 hmotnostních procent do 85 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) od 0,2 hmotnostního procenta do 10 hmotnostních procent oxid molybdenového, přičemž výhřevnost této kompozice je 4500 joulů/gram nebo více.
6. Samozápalná kompozice podpůrného činidla vyznačující se tím, že zahrnuje

a) od 5 hmotnostních procent do 15 hmotnostních procent 5-aminotetrazolu,

b) od 16 hmotnostních procent do 25 hmotnostních procent boru,

c) od 60 hmotnostních procent do 80 hmotnostních procent dusičnanu draselného a

d) od 1 hmotnostního procenta do 7 hmotnostních procent oxid molybdenového, přičemž výhřevnost této kompozice je 4500 joulů/gram nebo více.
7. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že její výhřevnost je 6000 joulů/gram nebo více.
8. Samozápalná kompozice podpůrného činidla podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že při jejím •4 44 44

4 4 4 · 4 4 4 • 4 44 44

4 4 4 4 4 4 4

4 4 4 4 4 4 • 4 44

4 4 4 4

4 4 4 spalování vzniká od 0,5 molu do 2,0 molů plynu/100 gramů uvedené samozápalné kompozice podpůrného činidla.

obr. 1