DE19516818A1 - Gasentwickler-Zusammensetzungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasentwickler-Zu­ sammensetzung, die eingesetzt wird in einer Gas erzeugenden Vorrichtung zum Aufblasen eines Airbags.

Airbags werden häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Kraftfahrzeuginsassen im Falle eines Zusammenstoßes zu schützen. Sofern das Kraftfahrzeug mit einem Airbag ver­ sehen ist, ist dieser Airbag häufig am Lenkrad in der Fahr­ gastzelle angebracht. Beim Einsatz wird Gas erzeugt, das einen Beutel aufbläst, der sich zwischen dem Lenkrad und dem Fahrer befindet. Typische Gasentwickler-Zusammensetzungen für einen solchen Airbag enthalten hauptsächlich Natriumazid und verschiedene Oxidationsmittel als wesentliche chemische Bestandteile. Beim Abbrennen erzeugen diese Substanzen gas­ förmigen Stickstoff, welcher den Airbag aufbläst. Die zum Aufblasen des Airbags benutzte besondere Vorrichtung wird als Gasentwickler-Behälter bezeichnet.

Weil bei der Verbrennung von Natriumazid sauberer, gasförmi­ ger Stickstoff erzeugt wird, ist Natriumazid eine häufig eingesetzte chemische Substanz in Gasentwickler-Zusammen­ setzungen geworden. Jedoch ist nachteilig, daß Natriumazid hochtoxisch ist und leicht instabile flüchtige Substanzen bildet, wenn Natriumazid mit Säuren oder Schwermetallen zu­ sammenkommt. Demzufolge müssen bei der Handhabung von Na­ triumazid besondere Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, sowohl bei der Herstellung von Natriumazid wie bei dessen Aufarbeitung, nachdem es als Gasentwickler gedient hat. Darüber hinaus erzeugen Gasentwickler-Zusammensetzungen, die Natriumazid als wesentliche chemische Substanz enthalten, große Mengen an korrosiven Rückständen, wie etwa Natrium und Natriumverbindungen. Diese Substanzen sollen zweckmä­ ßigerweise neutralisiert werden, bevor sie einer Beseitigung zugeführt werden.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sind Anstrengungen unternommen worden, Gasentwickler zu entwickeln, die kein Natriumazid enthalten. Beispielsweise wird mit der Japani­ schen Patentpublikation Nr. 20 919,1983 ein Gasentwickler beschrieben, der nachstehende drei Komponenten enthält:
(I) als Oxidationsmittel 78 bis 92 Gew.-% Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-chlorat oder -perchlorat;
(II) 7,9 bis 17,2 Gew.-% Zelluloseacetat; und
(III) als Kohlenstoff-haltiges Verbrennungs-Regulierungs­ mittel 0,1 bis 0,8 Gew.-% Acetylenruß oder Graphit.

Diese Sorte Gasentwickler erzeugt etwa 0,36 l/g Gas, das unter typischen Bedingungen Wasserdampf, Kohlendioxid und Sauerstoff enthält und im wesentlichen kein Kohlenmonoxid aufweist.

Nachteilig an der in dem Dokument 20 919,1983 beschriebenen Gasentwickler-Zusammensetzung ist deren sehr hohe Verbren­ nungstemperatur. Wenn diese Zusammensetzung in einem Gas­ entwickler-Behälter verbrennt, dann müssen die gebildeten Gase sorgfältig gekühlt werden, um eine Entzündung des Air­ bags zu verhindern. Folglich müssen in dem Gasentwickler-Be­ hälter große Mengen Kühlmittel vorgesehen werden. Diese For­ derung widerspricht Anstrengungen zur Entwicklung von Gas­ entwickler-Behältern mit kleineren Abmessungen.

Als weitere Alternative wird in der Japanischen Patentpubli­ kation Nr. 57 150/1982 ein Gasentwickler beschrieben, der ähnlich zusammengesetzt ist, wie der Gasentwickler aus der Druckschrift 20 919/1983, der jedoch Azodicarbonamid (das nachstehend kurz als ADCA bezeichnet wird) und ein Halogen­ sauerstoffsäure-Salz enthält.

Die in dem Dokument 57 150/1982 beschriebene Gasentwickler- Zusammensetzung erzeugt ein großes Gasvolumen, ist jedoch bei niedrigen Temperaturen nicht beständig.

Allgemein gilt, daß die Menge an in einem Gasentwickler-Be­ hälter erforderlichem Gasentwickler vermindert werden kann, durch Steigerung der Gasmenge, die von einer Gewichtseinheit Gasentwickler-Zusammensetzung erzeugt wird. Dieser Vorschlag zeigt den Weg auf zur Verringerung der Größe und des Gewich­ tes von Gasentwickler-Behältern. Die derzeitigen Anstren­ gungen zur Verringerung der Abmessungen und des Gewichtes von Gasentwickler-Behältern haben jedoch aus diesem Vor­ schlag noch nicht die optimalen Konsequenzen gezogen.

Ein wesentliches technisches Problem der vorliegenden Er­ findung besteht darin, eine Gasentwickler-Zusammensetzung bereitzustellen, die kein Natriumazid enthält, und bei deren Verbrennung im wesentlichen kein toxisches Kohlenmonoxid er­ zeugt wird.

Ein anderes, technisches Problem der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gasentwickler-Zusammensetzung bereit zu­ stellen, die aus einer kleinen Menge Gasentwickler-Material ein großes Gasvolumen erzeugen kann, um nicht nur die Menge an erforderlichem Gasentwickler-Material vermindern zu kön­ nen, sondern um auch die Abmessungen und das Gewicht eines Gasentwickler-Behälters reduzieren zu können.

Ein weiteres technisches Problem der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gasentwickler-Zusammensetzung bereit zu­ stellen, die eine niedrige Verbrennungstemperatur aufweist, um den Anteil an erforderlichem Gasentwickler-Material noch weiter zu vermindern, und um die Abmessungen und das Gewicht des Gasentwickler-Behälters noch weiter zu reduzieren.

Die erfindungsgemäße Lösung des vorstehen genannten, der Er­ findung zugrunde liegenden technischen Problems ist in den Ansprüchen angegeben. Darüber hinaus wird die Erfindung nachstehend im einzelnen mit Bezugnahme auf bevorzugte Aus­ führungsformen erläutert.

In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 anhand einer Querschnitts­ darstellung einen Gasentwickler-Behälter, der eine Gasent­ wickler-Zusammensetzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfin­ dung erläutert.

Zuerst wird eine erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusammen­ setzung beschrieben, die als oxidierbare Substanz Hydrazo­ dicarbonamid (das nachstehend kurz als HDCA bezeichnet wird) und die als Oxidationsmittel ein Salz einer Sauerstoffsäure enthält.

HDCA ist eine oxidierbare Verbindung, die besteht aus Koh­ lenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff und die mit der nachstehenden allgemeinen Formel (I) wiedergegeben wer­ den kann:

Bei der Verbrennung von HDCA mit einem Oxidationsmittel wer­ den große Mengen von Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoff gebildet. HDCA, das durch Anlagerung von Was­ serstoff an ADCA erhalten wird, wird üblicherweise als Schaumbildner oder als Zusatz zu Schaumbildnern verwendet. Die geringe Toxizität von HDCA ermöglicht eine einfache Handhabung; darüber hinaus ist HDCA weniger gefährlich als Natriumazid. Weiterhin steht HDCA in einer Anzahl handelsüb­ lich zugänglicher Produkte zur Verfügung. Es ist wichtig, daß die HDCA-Produkte eine bestimmte Teilchenform und Teil­ chengröße aufweisen, um die für einen Gasentwickler erfor­ derlichen Verbrennungseigenschaften zu erzielen. Optimale Verbrennungseigenschaften werden dann erzielt, wenn die HDCA-Produkte eine Teilchengröße von 300 µm oder kleiner aufweisen.

Befriedigende Oxidationseigenschaften werden dann erzielt, wenn als Sauerstoffsäure-Salz die Salze von Halogensauer­ stoffsäuren eingesetzt werden. Eine Sauerstoffsäure kann mit der Formel H_nXO_m wiedergegeben werden, wobei H für Wasser­ stoff steht, X für Halogen oder ein Metall steht und O für Sauerstoff steht. Die gleiche Formel bezeichnet eine Halo­ gensauerstoffsäure, wenn X für Halogen steht. Die gleiche Formel bezeichnet eine Metallsauerstoffsäure, wenn X für ein Metall steht. In diesem Zusammenhang können irgendwelche bekannten Salze von Halogensauerstoffsäuren eingesetzt wer­ den, beispielsweise die Salze von Halogensauerstoffsäuren oder die Salze von Perhalogensäuren. Diese Salze werden besonders bevorzugt, weil sie pro Gewichtseinheit große Mengen an gasförmigem Sauerstoff freisetzen, eine hohe thermische Beständigkeit aufweisen und in weitem Umfang zur Verfügung stehen. Insbesondere werden die Alkalimetallsalze von Halogensauerstoffsäuren bevorzugt, weil diese als Ver­ brennungsrückstände Salze mit geringer Toxizität liefern. Als solche Verbrennungsrückstände können beispielsweise anfallen Kaliumchlorid (KCl), Natriumchlorid (NaCl) und dergleichen. Zu geeigneten Alkalimetallsalzen von Halogen­ sauerstoffsäuren gehören beispielsweise Natriumchlorat (NaClO₃), Kaliumchlorat (KClO₃), Natriumbromat (NaBrO₃) und Kaliumbromat (KaBrO₃). Zu Alkalimetallsalzen von Perhalogen­ säuren gehören z. B. Natriumperchlorat (NaClO₄), Kalium­ perchlorat (KClO₄), Natriumperbromat (NaBrO₄) und Kalium­ perbromat (KBrO₄).

Als Oxidationsmittel kann eine einzige Verbindung oder eine Mischung aus zwei oder mehr Verbindungen eingesetzt werden, die ihrerseits aus den Salzen von Halogensauerstoffsäuren ausgewählt werden. Optimale Verbrennungseigenschaften werden dann erzielt, wenn die Salze der Halogensauerstoffsäuren eine Teilchenform und eine Teilchengröße von 300 µm oder kleiner aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammensetzung kann das Verhältnis von HDCA zu Halogensauerstoffsäure-Salz in einem Bereich ausgewählt werden, der eine adäquate Ent­ zündung und Verbrennungsgeschwindigkeit gewährleistet. Obwohl vorzugsweise vorgesehen ist, den Anteil an HDCA so­ weit wie möglich zu erhöhen, um die gebildete Gasmenge zu steigern, ist es wichtig darauf zu achten, daß eine bestimm­ te ausgewählte Menge HDCA im Verlauf der Verbrennung nicht nennenswerte Anteile an Kohlenmonoxid erzeugt.

Mit anderen Worten, der Anteil an HDCA soll so gewählt wer­ den, daß im gebildeten Gas der Anteil an Kohlenmonoxid 5000 ppm oder weniger beträgt. Der maximale Anteil an HDCA, der diese Bedingung erfüllt, ist kleiner als die theoreti­ sche oder stöchiometrische Menge, die erforderlich ist, um HDCA vollständig mit einem Halogensauerstoffsäure-Salz zu oxidieren. Jedoch kann die Menge an HDCA variiert werden in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Oxidationsmittels. Die untere Grenze des HDCA-Gehaltes in der Gasentwickler-Zu­ sammensetzung ergibt sich aus der Beobachtung, daß bei nicht ausreichenden Mengen an HDCA die Formung und die mechanische Stabilität des Gasentwickler-Materials Schwierigkeiten be­ reitet.

Unter Beachtung der vorstehenden Überlegungen soll der Ge­ halt an HDCA zumeist 10 bis 45 Gew.-% ausmachen, und der Gehalt an Halogensauerstoffsäure-Salz soll 90 bis 55 Gew.-% ausmachen. Mehr bevorzugt soll der Gehalt an HDCA 25 bis 45 Gew.-% betragen, und der Gehalt an Halogensauerstoff­ säure-Salz soll 75 bis 55 Gew.-% betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Gasentwickler-Zusammensetzung. Sofern beispielsweise Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel eingesetzt wird, soll der Gehalt an HDCA 40 Gew.-% oder we­ niger der Gasentwickler-Zusammensetzung ausmachen; dement­ sprechend soll der Anteil an Kaliumperchlorat 60 Gew.-% oder mehr der Gasentwickler-Zusammensetzung ausmachen. Zusätzlich gilt, damit HDCA auch als wirksames Bindemittel dienen kann, soll der Gehalt an HDCA vorzugsweise 10 Gew.-% oder mehr der Gasentwickler-Zusammensetzung ausmachen.

Wie oben ausgeführt, bilden HDCA und das Halogensauer­ stoffsäure-Salz die wesentlichen Bestandteile der erfin­ dungsgemäßen Gasentwickler-Zusammensetzung. Sofern diese beiden Verbindungen nicht die wesentlichen Bestandteile bilden, besteht die Gefahr, daß die Gasentwickler-Zusam­ mensetzung ein ausreichendes Gasvolumen nicht erzeugt. Zusätzlich kann die Gasentwickler-Zusammensetzung ein an­ organisches oder organisches Bindemittel enthalten, solang dadurch die Wirksamkeit der Gasentwickler-Zusammensetzung nicht beeinträchtigt wird. Sofern die Bindemittelkomponen­ te selbst brennbar ist, muß der Anteil an Oxidationsmittel entsprechend erhöht werden, so daß auch eine vollständige Oxidation des Bindemittels erzielt wird. Weiterhin kann bei Bedarf in die Gasentwickler-Zusammensetzung ein Verbren­ nungs-Regulierungsmittel eingearbeitet werden, wie etwa ein Metallpulver oder Ruß.

Damit die angestrebten Verbrennungseigenschaften erzielt werden, soll die erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusammen­ setzung mit Hilfe üblicher Verfahren in eine geeignete Form gebracht-werden, etwa in die Form von Körnchen (Granulat­ teilchen), Pellets, Stäben oder strangförmigem Material oder Scheiben oder tablettenförmigem Material.

Da eine gegebene Menge HDCA bei der Verbrennung eine klei­ nere Wärmemenge erzeugt, als die gleiche Menge ADCA, be­ steht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß die Verbrennungstemperatur der Gasentwickler-Zusammensetzung auf einem niedrigen Wert gehalten werden kann. Weil weiter­ hin ein kleinerer HDCA-Gehalt eingehalten wird, als die stöchiometrisch erforderliche Menge, die im Hinblick auf den Gehalt an Halogensauerstoffsäure-Salz erforderlich ist, wird die Bildung von toxischem Kohlenmonoxid verhindert. Weil weiterhin derjenige Anteil an Halogensauerstoffsäure­ salz, der für die Verbrennung von HDCA nicht benötigt wird, unter den Verbrennungsbedingungen zersetzt wird, wird zu­ sätzlicher gasförmiger Sauerstoff erzeugt. Dieser zusätz­ liche Sauerstoffanteil erhöht die Gasmenge, die von einer gegebenen Menge Gasentwickler-Zusammensetzung erzeugt wird. Ein weiterer Vorteil der Anwendung von HDCA besteht darin, daß HDCA-Partikel leicht gleiche und andere Partikel mit­ einander binden, wenn aus der Gasentwickler-Zusammensetzung Formkörper erzeugt werden.

Weil die erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusammensetzung kein Natriumazid enthält, ist diese erfindungsgemäße Zusammen­ setzung leicht zu handhaben, und die Gefahr einer Bildung korrosiver Rückstände wie etwa Natrium und Natriumverbin­ dungen ist auf ein Minimum reduziert. Nach Entzündung und Verbrennung unter Normalbedingungen erzeugt die erfindungs­ gemäße Gasentwickler-Zusammensetzung angenähert 0,4 bis 0,55 l/g Gas, das im wesentlichen aus Wasserdampf, Kohlen­ dioxid, Sauerstoff und Stickstoff besteht.

Nachstehend wird eine erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusam­ mensetzung beschrieben, die als oxidierbare Substanz HDCA enthält, die als Oxidationsmittel ein Sauerstoffsäure-Salz enthält, und die zusätzlich ein Flammen-Kühlmittel enthält, um das gebildete Gas abzukühlen.

In diesem Falle wird vorzugsweise ein HDCA-Gehalt der Gas­ entwickler-Zusammensetzung von 10 bis 42 Gew.-% vorgesehen, obwohl diese nicht zwingend erforderlich ist. Noch weiter bevorzugt soll der HDCA-Gehalt 15 bis 40 Gew.-% der Gasent­ wickler-Zusammensetzung ausmachen. Sofern der HDCA-Gehalt kleiner ist, als der angegebene Bereich, dann wird bei der Verbrennung weniger Gas erzeugt, und die Bindung der Gas­ entwickler-Formkörper ist herabgesetzt. Sofern der HDCA-Ge­ halt größer ist, als der angebene Bereich, dann kann schäd­ liches Kohlenmonoxid gebildet werden.

Das als Oxidationsmittel eingesetzte Sauerstoffsäure-Salz kann ein Halogensauerstoffsäure-Salz, ein Nitrat oder ein Metallsauerstoffsäure-Salz sein. Zusätzlich zu den oben bereits genannten Alkalimetallsalzen von Halogensauerstoff­ säuren wie etwa Kaliumchlorat, Kaliumperchlorat, Natrium­ chlorat, Natriumperchlorat, Kaliumbromat, Kaliumperbromat, Natriumbromat und Natriumperbromat können andere Metall­ chlorate und -perchlorate eingesetzt werden, wie etwa Silberperchlorat (AgCl₄), Silberchlorat (AgClO₃), Barium­ perchlorat [Ba(ClO₄)₂], Bariumchlorat [Ba(ClO₃)₂], Calcium­ perchlorat [Ca(ClO₄)₂], Kobaltperchlorat [Co(ClO₄)₂], Lithi­ umperchlorat (LiClO₄), Magnesiumperchlorat [(Mg(ClO₄)₂] und Zinnperchlorat [Sn(ClO₄)₂].

Zu geeigneten Nitraten gehören Kaliumnitrat (KNO₃), Natrium­ nitrat (NaNO₃), Strontiumnitrat [Sr(NO₃)₂], Bariumnitrat [Ba(NO₃)₂], Calciumnitrat [Ca(NO₃)₂] und Bleinitrat [Pb(NO₃)₂]. Zu den Metallsauerstoffsäure-Salzen gehören Kaliumpermaganat (KMnO₄), Natriumpermanganat (NaMnO₄), Kaliumdichromat (K₂Cr₂O₇), Natriumdichromat (Na₂Cr₂O₇) und Ammoniumdichromat (NH₄)₂Cr₂O₇ . Die vorstehend genannten Sauerstoffsäure-Salze werden vorzugsweise eingesetzt, weil sie bei Raumtemperatur beständig sind und weil sie handels­ üblich leicht zugänglich sind.

Zu den vorzugsweise eingesetzten Sauerstoffsäure-Salzen ge­ hören die Alkalimetallsalze der Halogensauerstoffsäuren wie NaClO₄, NaClO₃₁ NaBrO₄, NaBrO₃, KClO₄, KClO₃, KBrO₄ und KBrO₃. Diese Salze erzeugen pro Gewichtseinheit große Mengen an gasförmigem Sauerstoff (O₂), weisen eine hohe thermische Beständigkeit auf und sind leicht handelsüblich zugänglich. Darüber hinaus bestehen die nach der Verbrennung dieser Salze gebildeten Rückstände aus Kaliumchlorid (KCl) und Natriumchlorid (NaCl); hierbei handelt es sich um Verbin­ dungen, die eine vergleichsweise geringe Toxizität auf­ weisen.

Die erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusammensetzung soll als Oxidationsmittel wenigstens eine Verbindung enthalten, die aus den vorstehend genannten Sauerstoffsäure-Salzen ausge­ wählt ist. Diese Verbindung soll in Form von Partikeln vor­ liegen, die eine optimale Teilchenform und Teilchengröße aufweisen, damit die angestrebten Verbrennungseigenschaften erzielt werden.

Optimale Verbrennungseigenschaften werden dann erzielt, wenn das teilchenförmige Oxidationsmittel eine Teilchengröße von 300 µm oder kleiner aufweist. Der Oxidationsmittel-Gehalt der Gasentwickler-Zusammensetzung soll wenigstens 55 bis 87 Gew.-% betragen. Vorzugsweise ist ein Oxidationsmittel-Ge­ halt von 60 bis 85 Gew.-% vorgesehen, bezogen auf das Ge­ samtgewicht des Gasentwickler-Zusammensetzung. Wenn der An­ teil an Oxidationsmittel weniger als 55 Gew.-% ausmacht, dann kann toxisches Kohlenmonoxid gebildet werden. Sofern andererseits der Oxidationsmittel-Gehalt mehr als 87 Gew.-% ausmacht, dann wird die gebildete Gasmenge zu klein.

Das Flammen-Kühlmittel ist eine Verbindung, die unter den Verbrennungsbedingungen endotherm zersetzt wird. Ein ge­ eignetes Flammen-Kühlmittel kann aus nachstehenden Verbin­ dungsgruppen ausgewählt werden, nämlich den Metallsulfat­ hydraten, den Metallnitrat-hydraten, den Metallcarbonaten, den Metallcarbonat-hydraten, den Metallhydroxiden und den Metallhydroxid-hydraten, wobei das Metall jeweils ein Me­ tall aus der III., IV., V. und VI. Gruppe des Perioden­ systems der Elemente sein kann. Aus diesen Hydraten sind bevorzugte Verbindungen die Metallsulfat-hydrate, die Me­ tallnitrat-hydrate, die Metallcarbonate, die Metallcarbonat­ hydrate, die Metallhydroxide und die Metallhydroxid-hydrate, in denen das Metall ein Metall aus der III. Gruppe des Per­ iodensystems der Elemente ist, einschließlich Aluminium (Al), Magnesium (Mg) und Natrium (Na); ferner ein Metall aus der IV. Gruppe des Periodensystems der Elemente ein­ schließlich Calcium (Ca), Kupfer (Cu), Eisen (Fe), Kalium (K), Mangan (Mn), Nickel (Ni) und Zink (Zn); ferner ein Me­ tall aus der V. Gruppe des Periodensystems der Elemente ein­ schließlich Zinn (Sn) und Strontium (Sr); und ferner ein Metall aus der VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente einschließlich Barium (Ba). Weiterhin werden Verbindungen auf der Basis von Al, Cu, Fe, Mn, Mg, Ni, Sn und Zn bevor­ zugt eingesetzt, weil diese Verbindungen stabile Zerset­ zungsprodukte bilden. Bei den Hydroxiden und Hydraten dieser Elemente tritt eine höhere endotherme Reaktion auf, als bei Verbindungen anderer Elemente; aus diesem Grunde werden als Flammen-Kühlmittel vorzugsweise die Hydroxide und Hydrate der vorstehend genannten Verbindungen eingesetzt.

Damit diese Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasent­ wickler-Zusammensetzung optimale Verbrennungseigenschaften aufweist, soll das teilchenförmige Flammen-Kühlmittel eine besondere Teilchenform und Teilchengröße aufweisen. Der Gehalt an Flammen-Kühlmittel in der Gasentwickler-Zusammen­ setzung soll wenigstens 3 bis 35 Gew.-% ausmachen und soll vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% betragen, bezogen auf das Ge­ samtgewicht der Gasentwickler-Zusammensetzung. Sofern der Gehalt an Flammen-Kühlmittel weniger als 3 Gew.-% beträgt, dann kann eine ausreichende Kühlwirkung nicht erzielt wer­ den. Sofern andererseits der Gehalt an Flammen-Kühlmittel mehr als 35 Gew.-% beträgt, dann wird die Verbrennungs­ temperatur so weit abgesenkt, daß die Zusammensetzung für den angestrebten Zweck nicht länger geeignet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammensetzung kann das Verhältnis von HDCA zu Oxidationsmittel in einem weitem Bereich ausgewählt werden, solange eine ausreichende Ent­ zündbarkeit und Verbrennungsgeschwindigkeit gewährleistet ist.

In diesem Zusammenhang soll das Verhältnis von HDCA-Gehalt zu Oxidationsmittel-Gehalt wenigstens im Bereich von 10 : 90 zu 43 : 57 liegen; vorzugsweise liegt dieses Verhältnis im Bereich von 15 : 84 bis 40 : 60. Sofern dieses Verhältnis nicht innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegt, etwa dann, wenn der HDCA-Gehalt weniger als 10 : 90 ausmacht, dann wird es schwierig, die Bestandteile zu einem formbe­ ständigen Gasentwickler-Material zu formen. Sofern anderer­ seits der HDCA-Gehalt mehr als 43 : 57 ausmacht, dann bildet die erhaltene Zusammensetzung bei der Verbrennung schädli­ ches Kohlenmonoxid und ist als Gasentwickler für die vorge­ sehenen Anwendungen nicht geeignet.

Ein Vorteil der Zugabe eines Flammen-Kühlmittels zu der Gas­ entwickler-Zusammensetzung besteht darin, daß eine solche Zugabe die Verbrennungstemperatur des Gasentwicklers herab­ setzt. Obwohl auch innerhalb des Gasentwickler-Behälters ein Kühlmittel oder eine Kühleinrichtung vorgesehen werden kann, um eine Entzündung des Airbags zu verhindern, kann durch Herabsetzung der Verbrennungstemperatur des Gasentwicklers die Menge des Kühlmittels oder die Abmessungen der Kühlein­ richtung innerhalb des Gasentwickler-Behälters vermindert werden. Auf diese Weise kann der Gasentwickler-Behälter kleinere Abmessungen aufweisen und kompakter ausgebildet sein.

Für Gasentwickler-Zusammensetzungen, die ausschließlich aus HDCA und Oxidationsmittel bestehen, kann die optimale Ver­ brennungstemperatur durch geeignete Auswahl des Verhält­ nisses der Anteile dieser beiden Komponenten ausgewählt werden. Zusätzlich kann die Verbrennungstemperatur herab­ gesetzt werden durch Zugabe eines Flammen-Kühlmittels zu diesen beiden Komponenten. Im letzteren Fall kann der Anteil an HDCA-Komponente erhöht werden, um bei der Verbrennung eine größere Gasmenge zu bilden.

Um die Menge an zusätzlichem Kühlmittel innerhalb des Gas­ entwickler-Behälters möglichst gering zu halten und, oder um die Abmessungen einer Kühleinrichtung innerhalb des Gas­ entwickler-Behälters möglichst gering zu halten, soll die Gasentwickler-Verbrennungstemperatur ungefähr im Bereich von 1300 bis 1500°C liegen. Dementsprechend wird der Anteil an Flammen-Kühlmittel so gewählt, damit die Verbrennungs­ temperatur innerhalb dieses Bereiches liegt. Der Anteil an Flammen-Kühlmittel macht vorzugsweise 3 bis 35 Gew.-% aus, bezogen auf das Gesamtgewicht an HDCA, Oxidationsmittel und Flammen-Kühlmittel. Sofern der Anteil an Flammen-Kühlmittel weniger als 3 Gew.-% beträgt, dann wird eine ausreichende Kühlwirkung nicht erzielt, was zu einem Anstieg der Ver­ brennungstemperatur führt. Sofern andererseits der Anteil an Flammen-Kühlmittel mehr als 35 Gew.-% beträgt, dann wird die Verbrennungstemperatur bis auf einen Wert abgesenkt, bei welchem die Verbrennungsgeschwindigkeit verzögert ist, so daß es schwierig wird, den Gasentwickler innerhalb einer angemessenen Zeitspanne abzubrennen, um die erforderliche Gasmenge zu erzeugen.

Im Hinblick auf die oben dargelegten Überlegungen soll bei dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasentwick­ ler-Zusammensetzung der HDCA-Gehalt vorzugsweise 10 bis 42 Gew.-%, der Oxidationsmittel-Gehalt vorzugsweise 55 bis 87 Gew.-% und der Gehalt an Flammen-Kühlmittel vorzugsweise 3 bis 35 Gew.-% betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtge­ wicht der Zusammensetzung. Sofern die Anteile dieser drei Komponenten nicht innerhalb der angegebenen Bereiche lie­ gen, dann kann die Verbrennungstemperatur höher oder niedri­ ger sein, als der optimale Bereich, ferner kann zu wenig Gas erzeugt werden, ferner kann Kohlenmonoxid gebildet werden, und ferner kann die erhaltene Zusammensetzung nicht richtig abbrennen.

Der Gesamtgehalt an HDCA, an Oxidationsmittel und an Flam­ mem-Kühlmittel soll so ausgewählt werden, daß diese drei Komponenten zusammengenommen die Hauptbestandteile dieser Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusam­ mensetzung bilden. Sofern diese drei Komponenten zusammen­ genommen nicht die Hauptbestandteile der Gasentwickler-Zu­ sammensetzung bilden, dann nimmt die Menge an erzeugtem Gas ab.

Weiterhin kann der erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammen­ setzung eine Komponente zugesetzt werden, die als Bindemit­ tel dient, um die Verarbeitbarkeit und Formung zu formbe­ ständigem Gasentwickler-Material zu verbessern, solange die Wirksamkeit des Gasentwicklers dadurch nicht beeinträchtigt wird. Als Bindemittel kommen anorganische Materialien in Betracht, wie etwa Natriumsilikat und Tonerde oder organi­ sche Materialien, wie etwa Zellulose und Polyesterharze. Der Bindemittelgehalt in der Gasentwickler-Zusammensetzung soll nicht mehr als 10 Gew.-% betragen; eher ist ein geringerer Bindemittelgehalt vorgesehen; vorzugsweise soll der Binde­ mittelgehalt 5 Gew.-% oder weniger betragen. Sofern die Bindemittelkomponente verbrennbar ist, muß mehr Oxidations­ mittel zugesetzt werden, damit auch eine vollständige Oxi­ dation des Bindemittels erreicht wird.

Weiterhin kann der Gasentwickler-Zusammensetzung ein Ver­ brennungs-Regulierungsmittel zugesetzt werden, um die Ver­ brennungsgeschwindigkeit richtig einzustellen. Als Verbren­ nungs-Regulierungsmittel kommen Metallverbindungen in Be­ tracht wie etwa Kupferoxid (CuO) oder Zinkoxid (ZnO); ferner Metallpulver, wie etwa Aluminium (Al), Magnesium (Mg), oder Bor (B); und ferner Kohlenstoffmaterialien wie etwa Ruß. Der Gehalt an Verbrennungs-Regulierungsmittel soll nicht mehr als 10 Gew.-% betragen; vorzugsweise ist ein Gehalt an Ver­ brennungs-Regulierungsmittel von 5 Gew.-% oder weniger vor­ gesehen.

Sofern die Anteile an Zusätzen einschließlich dem Bindemit­ tel und dem Verbrennungs-Regulierungsmittel mehr als 10 Gew.-% ausmachen, dann nimmt die Menge an erzeugten Gas ab, und die mechanische Festigkeit des Gasentwickler-Materials ist herabgesetzt.

Das erfindungsgemäße Gasentwickler-Material kann erhalten werden durch Abmessen und Vermischen vorgegebener Mengen von HDCA, Oxidationsmittel, Flammen-Kühlmittel, Bindemittelkom­ ponente und Verbrennungs-Regulierungsmittel, um ein einheit­ liches Produkt zu erzeugen. Das Vermischen der Komponenten kann nach üblichen Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Anwendung eines Mischers oder eines Naßmischers. Das erhal­ tene Pulvergemisch oder die erhaltenen Körnchen werden zu einem Material geformt, welches die angestrebten Verbren­ nungseigenschaften gewährleistet. Das nach dem Vermischen erhaltene Material wird mit Hilfe üblicher Verfahren ver­ formt, wie etwa Strangpressen, um Formkörper in der Form von Pellets, Stäben oder Strängen, Scheiben, Tabletten und der­ gleichen zu erhalten. Bei beiden Typen der erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammensetzungen, nämlich bei der einen Sorte, die HDCA, Oxidationsmittel und Flammen-Kühlmittel enthält, wie bei der anderen Sorte, die lediglich HDCA und Oxidationsmittel enthält, kann die Verbrennungstemperatur relativ niedrig gehalten werden. Dementsprechend kann die Menge an Kühlmittel vermindert und-oder die Abmessungen der Kühleinrichtung reduziert werden, die innerhalb des Gasent­ wickler-Behälters vorgesehen werden. Da weiterhin der Anteil an Dampf enthaltendem Gas gesteigert wird, kann die Menge an Gasentwickler vermindert werden, die in dem Gasentwickler- Behälter benötigt wird. Dies ermöglicht eine kompaktere Bau­ weise für den Gasentwickler-Behälter.

HDCA weist gute Bindungseigenschaften auf, wenn es unter Druck, etwa durch Verpressen verformt wird. Weiterhin wird beim Abbrennen des Gasentwicklers eine große Menge unschäd­ liches Gas erzeugt, das im wesentlichen aus Wasserdampf, Kohlendioxid, Sauerstoff und Stickstoff besteht. Unter nor­ malen Betriebsbedingungen fallen ungefähr 0,4 bis 0,55 Liter Gas pro Gramm Gasentwickler an. Es ist wichtig darauf hinzu­ weisen, daß die Verbrennung des erfindungsgemäßen Gasent­ wicklers praktisch kein toxisches Kohlenmonoxid liefert.

Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgesehene Flam­ men-Kühlmittel hält die Verbrennungstemperatur auf einem niedrigen Niveau wegen einer endothermen Zersetzungsreaktion der als Flammen-Kühlmittel eingesetzten Substanz. Dies er­ möglicht es, in der Gasentwickler-Zusammensetzung einen größeren Anteil an HDCA-Brennstoff vorzusehen, und ermög­ licht es weiterhin, aus einer gegebenen Menge Gasentwickler ein größeres Gasvolumen zu erzeugen.

Da die erfindungsgemäße Gasentwickler-Zusammensetzung kein giftiges Natriumazid enthält, kann diese Zusammensetzung leicht gehandhabt werden, ohne Gefahr einer Bildung korro­ dierender Rückstände wie etwa Natrium und Natriumverbin­ dungen. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Gasentwickler eine anfängliche Zersetzungstemperatur auf, die höher liegt, als bei üblichen Gasentwicklern. Diese Besonderheit von HDCA verleiht eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit und eine niedrige Schlagempfindlichkeit, was wiederum die Hand­ habung des erfindungsgemäßen Gasentwicklers erleichtert.

Die nachstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Als Ausgangsmaterial dienen 300 g HDCA mit einer mittleren Teilchengröße von 9,6 µm und 700 g Kaliumperchlorat mit einer mittleren Teilchengröße von 17 µm. Diesen Komponenten werden 60 g Wasser und 240 g Aceton zugesetzt. Die erhaltene Mischung wird ungefähr 20 min lang in einem "SHINAGAWA"- Mischer vermischt (hierbei handelt es sich um einen von Kabushiki-Kaisha San-ei Seisakusho hergestellten Mischer für kräftige, gewerbliche Anwendung). Die nach dem Vermi­ schen erhaltene nasse Aufschlämmung wird durch ein 32-mesh Netz oder Sieb (lichte Maschenweite 0,495 mm) aus Seide gedrückt und getrocknet, wobei ein körnchenförmiges Gas­ entwickler-Material erhalten wird, das eine Körnchengröße von ungefähr 0,5 mm aufweist. Die getrockneten Körnchen enthalten keine nennenswerten Anteile an Wasser oder Aceton.

Beispiele 2 und 3

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 angegeben, wird körn­ chenförmiges Gasentwickler-Material erzeugt, wobei jedoch HDCA und Kaliumperchlorat in Anteilen eingesetzt werden, wie aus der nachstehenden Tabelle 1 ersichtlich.

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Entsprechend der Arbeitsweise nach Beispiel 1 wird körnchen­ förmiges Gasentwickler-Material erzeugt, wobei jedoch Aus­ gangsstoffe in Anteilen eingesetzt werden, wie das aus der nachstehenden Tabelle 1 ersichtlich ist.

Vergleichsbeispiel 5

Das Ausgangsmaterial besteht aus nachstehenden Komponenten:

• - 15 Gew.-% Zelluloseacetat mit einem Acetylierungsgrad von 53% (dieses Material wird nachstehend als CA be­ zeichnet);
• - 6 Gew.-% Triacetin (dieses Material wird nachstehend als TA bezeichnet), das als Plastifizierungsmittel dient; und
• - 79 Gew.-% Kaliumperchlorat mit einer mittleren Teil­ chengröße von 17 µm (dieses Material wird nachstehend als KP bezeichnet).

Zu diesen Komponenten wird ein Lösungsmittelgemisch aus Aceton und Methylalkohol hinzugefügt. Die erhaltene Mischung wird sorgfältig vermischt, um eine chemische Knetmasse zu erzeugen.

Diese Knetmasse wird daraufhin in einen Extruder überführt, der eine Lochdüse mit einem Durchmesser von 4 mm aufweist; die Knetmasse wird unter mechanischem Druck durch die Loch­ düse gedrückt und zu Stäben bzw. Strängen stranggepreßt. Die erhaltenen Stränge werden daraufhin zu 2 mm langen Stücken zerhackt und getrocknet, wobei Gasentwickler-Pel­ lets erhalten werden.

An den nach den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbei­ spielen 1 bis 5 erhaltenen, körnchenförmigen oder pelleti­ sierten Gasentwicklern wird die anfängliche Zersetzungstem­ peratur bestimmt; dies erfolgt mit Hilfe eines Differenz- Scanning-Kalorimeters. Weiterhin wird die Reibempfindlich­ keit nach dem von der BAM empfohlenen Verfahren geprüft. Bei der Ermittlung der Reibempfindlichkeit nach der BAM wird die Probe auf ein aufgerauhtes Porzellanplättchen gegeben, das auf dem Schlitten des Reibapparates fest eingespannt wird. Auf die Probe wird ein zylindrischer Porzellanstift mit kugeliger rauher Endfläche gesetzt, der in einer Spann­ vorrichtung fest eingespannt ist und mittels eines Bela­ stungsarmes durch verschiedene Gewichte belastet werden kann. Das Porzellanplättchen führt unter dem Porzellanstift eine Hin- und Her-Bewegung aus. Angegeben ist die niedrigste Stiftbelastung in N (Newton), bei der unter 6 Versuchen min­ destens einmal Entflammung, Knistern oder Explosion ein­ tritt. Weiterhin wird die Schlagempfindlichkeit mit Hilfe der Fallhammer-Prüfung nach dem Verfahren der BAM geprüft. Bei diesen Prüfungen werden abgemessene Proben des Gasent­ wicklers der Einwirkung verschiedener Fallgewichte ausge­ setzt. Es werden die Fallhöhen bestimmt, bei denen die Probe durch die übertragene Schlagenergie zur Zersetzung oder Explosion kommt. Angegeben ist die niedrigste Fallhöhe in cm, bei der unter 6 Versuchen mindestens einmal Zersetzung oder Explosion eintritt. Wie dargelegt, erfolgen diese Prü­ fungen jeweils nach genormten Verfahren zur Prüfung der Eigenschaften von Explosivstoffen; vergleiche hierzu auch die japanischen Prüfvorschriften JIS-K-4810. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle l aufgeführt. In dieser Tabelle 1 wird Kaliumperchlorat durch seine Formel KClO₄ wiedergegeben, und Kaliumchlorat wird durch seine Formel KClO₃ wiedergeben.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, weisen in diesen Prüfungen die HDCA enthaltenden Gasentwickler eine anfängliche Ent­ zündungs- oder Zersetzungstemperatur auf, die höher liegt, als bei üblichen, ADCA enthaltenden Gasentwicklern. Weiter­ hin weisen die HDCA enthaltenden Gasentwickler eine aus­ gezeichnete thermische Beständigkeit auf. Weiterhin weisen die HDCA enthaltenden Gasentwickler eine geringere Schlag­ empfindlichkeit auf im Vergleich zu ADCA enthaltenden Gas­ entwicklern oder üblichen Gasentwicklern gemäß Vergleichs­ beispiel 5. Diese geringere Schlagempfindlichkeit erleich­ tert die Handhabung der HDCA enthaltenden Gasentwickler.

Das körnchenförmige Gasentwickler-Material nach den Bei­ spielen 1 bis 3 und nach den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 wird mit Hilfe einer rotierenden Tablettiermaschine der Preßverformung zugeführt, um pelletförmige Formkörper zu erzeugen. Die Pellets werden daraufhin in je einen Gasent­ wickler-Behälter eingeführt, wie er mit Fig. 1 dargestellt ist. Es wird jeweils eine solche Menge Gasentwickler-Pellets eingeführt, daß die unter Standardbedingungen erzeugte Gas­ menge ungefähr 30 Liter beträgt. Wie aus Fig. 1 ersicht­ lich, weist ein zylindrischer Gasentwickler-Behälter 1 eine Zündkammer 2 auf, die im Zentrum des Behälters 1 angeordnet ist, ferner eine Verbrennungskammer 3, die konzentrisch rund um die Zündkammer 2 angeordnet ist, und ferner eine Kühlkam­ mer 4, die ebenfalls konzentrisch rund um die Verbrennungs­ kammer 3 angeordnet ist.

Innerhalb der Zündkammer 2 befinden sich eine Zündvorrich­ tung 5 und ein Initialzünder 6. Durch Aktivierung der Zünd­ vorrichtung 5 mit elektrischer Ladung wird der Initial­ zünder 6 gezündet. Ein pelletförmiger Gasentwickler 7 be­ findet sich in der Verbrennungskammer 3 und wird durch die Flamme entzündet und abgebrannt, die von dem Initialzünder 6 erzeugt wird; beim Abbrand des Gasentwicklers 7 wird ein Gas erzeugt, das Stickstoff und weitere Gase enthält. In­ nerhalb der Verbrennungskammer 3 befindet sich weiterhin ein Kühlfilter 8. Ein weiteres Kühlfilter 9 befindet sich in der Kühlkammer 4. Diese Kühlfilter 8 und 9 dienen dazu, das erzeugte Gas zu kühlen und feste Verbrennungsrückstände aus dem Gas herauszufiltern und festzuhalten.

Zwischen der Zündkammer 2 und der Verbrennungskammer 3 ist eine Wand 12 eingesetzt; zwischen der Verbrennungskammer 3 und der Kühlkammer 4 ist eine Wand 13 eingesetzt. Diese Wände 13 und 14 sind mit einer Vielzahl Öffnungen oder Boh­ rungen 10, 11 durchbrochen. Die Öffnungen 10 ermöglichen eine Ausbreitung der vom Initialzünder 6 ausgehenden Flamme in die Verbrennungskammer 3; und die Öffnungen 11 ermögli­ chen einen Durchtritt des durch Abbrand des Gasentwicklers 7 gebildeten Gases aus der Verbrennungskammer 3 in die Kühl­ kammer 4. Die Umfangswand 15 der Kühlkammer 4 weist Gas­ auslässe 14 auf. Das in der Kühlkammer 4 abgekühlte Gas tritt durch diese Gasauslässe 14 hindurch in einen - ledig­ lich angedeuteten - Airbag 16 ein.

Im Falle eines Aufprallunfalls eines Kraftfahrzeugs wird ein Signal erzeugt, das die Zündvorrichtung 5 aktiviert. Die Ak­ tivierung der Zündvorrichtung 5 entzündet den Initialzünder 6. Die vom Initialzünder 6 ausgehende Flamme breitet sich durch die Öffnungen 10 hindurch in die Verbrennungskammer 3 aus und entzündet dort den Gasentwickler 7. Beim Abbrand des Gasentwicklers 7 wird Gas gebildet. Das gebildete Gas durch­ strömt den Kühlfilter 8 und die Öffnungen 11 und tritt schließlich durch die Gasauslässe 14 aus.

In diesem Falle ist der Gasentwickler-Behälter 1 an einen 60 Liter-Tank angeschlossen. Nach Betätigung des Gasentwick­ le-Behälters wird die Temperatur des Gases gemessen, das sich innerhalb dieses Tanks befindet ("Gastemperatur im Tank"). Diese Messung erfolgt mit Hilfe eines Alumel/ Chromel-Thermoelementes, das einen Strangdurchmesser von 50 µm aufweist. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt. Hierbei ist zu beachten, daß die in Tabelle 2 aufgeführte Menge an erzeugtem Gas das unter Standardbedingungen gemessene Gesamtvolumen an Kohlen­ dioxid, Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoff ist, das beim Abbrand von 1 g Gasentwickler erzeugt worden ist.

Tabelle 2

Die Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 1 oder 4 bestätigen, daß dann, wenn der Anteile an HDCA oder ADCA innerhalb der Zusammensetzung den stöchiometrisch erforderlichen Anteil übersteigt, eine nicht-ausreichende Menge Sauerstoff er­ zeugt wird. In einem solchen Falle wird eine große Menge Kohlenmonoxid erzeugt, was die Eignung dieser Gasentwick­ ler-Zusammensetzung zum Aufblasen eines Airbags beeinträch­ tigt. Die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 3 bestätigen, daß der bevorzugte Bereich des HDCA-Gehaltes von 25 bis 45 Gew.-% reicht, und daß der bevorzugte Bereich an Halogensauerstoffsäure-Salz von 75 bis 55 Gew.-% reicht, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Gasentwicklers.

Weiterhin ergibt sich aus einem Vergleich zwischen dem er­ findungsgemäßen Beispiel 1 mit dem Vergleichsbeispiel 2, daß der HDCA enthaltende Gasentwickler ein größeres Gas­ volumen erzeugt, wobei eine niedrigere Gastemperatur im Tank auftritt, als beim Vergleichsbeispiel 2. Ferner er­ zeugt der HDCA enthaltende Gasentwickler eine deutlich größere Gasmenge und liefert eine niedrigere Gastempera­ tur im Tank im Vergleich zu dem Gasentwickler nach dem Ver­ gleichsbeispiel 5.

Die weiteren Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung erfindungsgemäßer Gasentwickler-Zu­ sammensetzungen. Die nachstehend erläuterten Gasentwickler- Zusammensetzungen enthalten zusätzlich ein Flammen-Kühl­ mittel.

Auch in diesen Fällen wird für jeden Gasentwickler die an­ fängliche Zersetzungstemperatur mit Hilfe eines Differenz- Scanning-Kalorimeters bestimmt, um so die thermische Bestän­ digkeit zu erfassen. Weiterhin wird die Reibempfindlichkeit mit Hilfe der vorstehend im einzelnen erläuterten Prüfung der Reibempfindlichkeit nach BAM geprüft. Die Schlagempfind­ lichkeit wird mit Hilfe der Fallhammer-Prüfung nach BAM untersucht. Hierbei handelt es sich um Standard-Verfahren zur Prüfung der Eigenschaften von Explosivstoffen; ver­ gleiche auch die japanischen Prüfvorschriften JIS-K-4810. Aus diesen Untersuchungen ergeben sich die Handhabungsei­ genschaften der geprüften Gasentwickler-Zusammensetzungen.

Das anfänglich in körniger Form erhaltene Gasentwickler- Material wird durch Preßformung in einer rotierenden Tablet­ tiermaschine zu Pellet-förmigem Gasentwickler-Material ver­ formt. Die so erhaltenen Pellets werden in einen Gasent­ wickler-Behälter 1 eingebracht, wie mit Fig. 1 dargestellt. Mit Hilfe dieses Gasentwickler-Behälters 1 erfolgt die Zünd- und Verbrennungsprüfung in der nachstehend angegebenen Art und Weise.

Zuerst wird eine solche Menge Gasentwickler-Material in den Gasentwickler-Behälter 1 nach Fig. 1 eingeführt, die unge­ fähr 30 Liter Gas unter Standardverbrennungsbedingungen er­ zeugt.

Der Gasentwickler-Behälter 1 ist an einen 60 Liter-Tank an­ geschlossen. Mit Hilfe eines Alumel/Chromel-Thermoelementes, das einen Strangdurchmesser von 50 µm aufweist, wird an dem durch Betätigung des Gasentwickler-Behälter 1 erzeugten Gas die "Gastemperatur im Tank" bestimmt. Weiterhin wird die Konzentration an Kohlenmonoxid bestimmt, das in dem im Tank befindlichen Gas enthalten ist. In den nachstehenden Tabel­ len ist die Menge an gebildetem Gas angegeben als das unter Normbedingungen bestimmte Gesamtvolumen an Kohlendioxid, Wasserdampf, Sauerstoff und Stickstoff, die beim Abbrand von 1 g Gasentwickler erzeugt worden sind

Beispiel 4

Die nachstehend aufgeführten Komponenten werden in einem "SHINAGAWA"-Mischer miteinander vermischt.

• - 250 g HDCA mit einer mittleren Teilchengröße von 9,6 µm,
• - 600 g Kaliumperchlorat mit einer mittleren Teilchen­ größe von 17 µm,
• - 150 g Aluminiumnitrat-hydrat,
• - 100 g Wasser, und
• - 200 g Aceton.

Nach dem Vermischen wird eine pastenförmige Masse erhalten, die durch ein 32-mesh Netz oder Sieb (Maschenweite 0,495 mm) aus Seide gedrückt wird und daraufhin getrocknet wird, um ein körnchenförmiges Gasentwickler-Material zu erhalten mit einer mittleren Korngröße von ungefähr 0,5 mm. An dem so er­ haltenen Gasentwickler-Material werden die oben aufgeführten Prüfungen zur Wirksamkeit und zur Verbrennung durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 3 und 5 aufgeführt.

Beispiele 5 bis 17

Entsprechend dem Verfahren nach dem voranstehenden Beispiel 4 werden weitere Gasentwickler-Materialien erzeugt aus den in den nachstehenden Tabellen 3 und 4 angegebenen Kompo­ nenten in den dort angegebenen Anteilen. An den so erhalte­ nen Gasentwickler-Materialien werden die Brauchbarkeit und die Verbrennungseigenschaften entsprechend den vor stehend genannten Untersuchungen geprüft. Die dabei erhaltenen Er­ gebnisse sind in den Tabellen 3 bis 6 aufgeführt.

Vergleichsbeispiele 6 und 7

Entsprechend dem Verfahren nach dem vorangegangenen Bei­ spiel 4 werden weitere Gasentwickler-Materialien herge­ stellt aus den in Tabelle 4 aufgeführten Komponenten in den dort angegebenen Anteilen. An den so erhaltenen Produkten werden die Brauchbarkeit und die Verbrennungseigenschaften entsprechend den vorangegangenen Untersuchungen geprüft.

Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den Tabellen 4 bis 6 aufgeführt.

Vergleichsbeispiel 8

Die nachstehend aufgeführten Komponenten

• - 150 g CA,
• - 60 g TA,
• - 790 g KP mit einer mittleren Teilchengröße von 17 µm,
• - 480 g Aceton, und
• - 120 g Methylalkohol

werden in einen "WERNER"-Kneter (eine von Satake Kagaku Kabushiki-Kaisha hergestellte und vertriebene Knetvorrich­ tung für gewerbliche Anwendung) eingebracht und homogen mit­ einander vermischt.

Die dabei erhaltene Knetmasse wird in einen vertikal ange­ ordneten Extruder eingebracht, der eine Lochdüse mit einem Durchmesser von 4 mm aufweist. Die Knetmasse wird unter Druck durch die Düse gedrückt und zu Strängen stranggepreßt. Die Stränge werden zu 2 mm langen Stücken zerhackt und ge­ trocknet, um Pellet-förmiges Gasentwickler-Material zu bil­ den. An diesen Pellets werden die oben genannten Untersu­ chungen zur Brauchbarkeit und zum Verbrennungsverhalten durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen 4 und 6 aufgeführt.

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Tabelle 6

Wie aus den in Tabelle 4 aufgeführten Ergebnissen ersicht­ lich, weist der aus CA, TA und KP bestehende Gasentwickler nach Vergleichsbeispiel 8 wegen seiner hohen anfänglichen Zersetzungstemperatur eine ausgezeichnete thermische Bestän­ digkeit auf; jedoch weist dieser Gasentwickler bei Reibung eine hohe Zündempfindlichkeit (Reibempfindlichkeit) auf, weshalb dieses Material vorsichtig gehandhabt werden muß. Der ADCA enthaltende Gasentwickler nach Vergleichsbeispiel 7 weist eine niedrige Reibempfindlichkeit auf; jedoch weist dieses Material wegen seiner niedrigen anfänglichen Zerset­ zungstemperatur eine schlechte thermische Beständigkeit auf.

Wie weiterhin aus den Tabellen 3 und 4 ersichtlich, weisen die erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammensetzungen nach den Beispielen 4 bis 17 eine niedrige Reibempfindlichkeit auf im Vergleich mit dem Gasentwickler nach Vergleichsbei­ spiel 8. Weiterhin weist jeder Gasentwickler nach den Bei­ spielen 4 bis 17 eine hohe anfängliche Zersetzungstemperatur auf im Vergleich mit dem Gasentwickler nach Vergleichsbei­ spiel 7. Demzufolge weisen die erfindungsgemäßen Gasentwick­ ler überlegene Handhabungseigenschaften und eine ausgezeich­ nete thermische Beständigkeit auf.

Die Tabelle 6 enthält die Ergebnisse der Verbrennungsver­ suche. Danach erzeugt der Gasentwickler nach Vergleichs­ beispiel 8 eine kleine Menge Gas bei einer hohen Gastempe­ ratur. Der ADCA enthaltende Gasentwickler nach Vergleichs­ beispiel 7 erzeugt ein großes Gasvolumen, und die Tempera­ tur dieses Gases ist niedrig, im Vergleich zum Vergleichs­ beispiel 8. Auch die Gasentwickler nach den Vergleichsbei­ spielen 6 und 7 erzeugen vergleichsweise wenig Gas, jedoch ist die Gastemperatur deutlich niedriger als beim Gasent­ wickler nach Vergleichsbeispiel 8. Demgegenüber erzeugen die erfindungsgemäßen Gasentwickler nach den Beispielen 4 bis 17 eine größere Gasmenge, und die Gastemperatur ist deutlich niedriger, jeweils bezogen auf die Vergleichs­ beispiele.

Wie aus den Tabellen 3 bis 6 ersichtlich, enthält jeder erfindungsgemäße Gasentwickler nach den Beispielen 4 bis 17 ein Flammen-Kühlmittel, was nicht nur die erzeugte Gasmenge erhöht, sondern was auch die Gastemperatur er­ niedrigt, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen. Wie aus Beispiel 12 ersichtlich, können diese Wirkungen mit einer kleinen Menge Flammen-Kühlmittel erzielt werden. Wie aus den Beispielen 13 und 14 ersichtlich, steigt bei höheren Gehalten an Flammen-Kühlmittel die erzeugte Gas­ menge an, und die Gastemperatur fällt weiter ab.

Die nachfolgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung solcher Ausführungsformen der Erfindung, die zusätzlich ein Verbrennungs-Regulierungs­ mittel enthalten.

Zur Prüfung der Verbrennungsgeschwindigkeit wird aus körni­ gem Gasentwickler-Material in einer Spezialform und mit Hilfe einer hydraulisch betätigten Handpresse ein säulen­ förmiger Körper geformt, mit einer Grundfläche von 5 × 8 mm und mit einer Länge von 50 mm. Die Längs-Seitenflächen des Körpers werden mit Epoxyharz überzogen, so daß eine Ver­ brennung an diesen Flächen unterbunden ist. Von einer Stirnfläche aus werden im Abstand zueinander in Längsrich­ tung zwei Löcher in den Formkörper gebohrt; jedes Loch weist einen Durchmesser von 0,5 mm auf. In jedes Loch wird ein Schmelzdraht eingesetzt, um die Verbrennungszeit zu messen.

Dieser Formkörper wird daraufhin auf einer Plattform ange­ ordnet. Ein Ni/Chrom-Draht wird unter einem Druck von 30 kg/cm² auf die andere Stirnfläche des Formkörpers ge­ preßt. Mit Hilfe dieses Ni/Chrom-Drahtes wird der Form­ körper entzündet. Wenn die Verbrennungsfront fortschreitet und die Schmelzdrähte erreicht, schmelzen diese Schmelz­ drähte. Der Zeitpunkt des Schmelzens der Schmelzdrähte wird elektrisch gemessen. Aus dem Abstand zwischen dem Ni/Chrom- Draht und diesen Schmelzdrähten, sowie aus der gemessenen Zeitspanne zwischen Entzündung des Formkörpers und Durch­ schmelzen der Schmelzdrähte kann die Verbrennungsgeschwin­ digkeit errechnet werden.

Beispiel 18

Die nachstehend aufgeführten Komponenten

• - 200 g HDCA mit einer mittleren Teilchengröße von 9,6 µm,
• - 770 g KP mit einer mittleren Teilchengröße von 17 µm,
• - 30 g Bor mit einer mittleren Teilchengröße von 1 µm,
• - 100 g Wasser, und
• - 200 g Aceton

werden miteinander vermischt. Die erhaltene pastenförmige Masse wird durch ein 32-mesh Sieb oder Netz (Maschenweite 0,495 mm) aus Seide gedrückt und getrocknet, wobei ein körniges Gasentwickler-Material mit einer mittleren Teil­ chengröße von ungefähr 0,5 mm erhalten wird. An diesem Produkt werden die Untersuchungen zur Brauchbarkeit und zu den Verbrennungseigenschaften durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 7 und 9 aufgeführt.

Beispiele 19 bis 23

Entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 18 werden weitere körnige Gasentwickler-Materialien erzeugt aus den in Ta­ belle 7 angegebenen Komponenten in den dort aufgeführten Anteilen.

Vergleichsbeispiele 9 und 10

Entsprechend dem Verfahren nach Beispiel 18 werden weitere körnige Gasentwickler-Materialien erzeugt aus den in Ta­ belle 7 aufgeführten Komponenten in den dort angegebenen Anteilen.

An diesen Produkten werden die Brauchbarkeit und die Ver­ brennungseigenschaften geprüft. Die dabei erhaltenen Er­ gebnisse sind in den Tabellen 7 und 8 aufgeführt.

Tabelle 7

Tabelle 8

Mit diesen Beispielen und Vergleichsbeispielen werden die Auswirkungen eines Zusatzes von Bor (B) als Verbrennungs- Regulierungsmittel geprüft. Wie aus Tabelle 7 ersichtlich, hat der Zusatz von Bor keine Auswirkungen auf die anfäng­ liche Zersetzungstemperatur. Die thermische Beständigkeit wird nicht beeinflußt. Wie aus den Beispielen 18 und 23 ersichtlich, nimmt bei höheren Borgehalten die mit der Fall­ hammerprüfung ermittelte Schlagempfindlichkeit zu. Deshalb weisen Produkte mit höherem Borgehalt eine höhere Zünd­ empfindlichkeit auf, und solche Produkte müssen mit der erforderlichen Vorsicht gehandhabt werden.

Wie weiterhin aus den Ergebnissen zu den Verbrennungseigen­ schaften nach Tabelle 8 ersichtlich, weisen die Gasentwick­ ler nach den Vergleichsbeispielen 9 und 10 eine niedrige Verbrennungsgeschwindigkeit auf. In einem solchen Falle muß die Schichtdicke der Gasentwickler-Pellets vermindert werden, um innerhalb eines Gasentwickler-Behälters inner­ halb einer vorgegebenen Zeitspanne eine vollständige Ver­ brennung zu erreichen. Die verminderte Schichtdicke ver­ ringert jedoch die mechanische Festigkeit dieser Gasent­ wickler-Pellets, so daß Risse und Brüche in kleinere Stücke auftreten werden, sofern der Gasentwickler-Behälter rauhen Bedingungen ausgesetzt wird, etwa starken Schwingungen an einem Kraftfahrzeug oder großen Temperaturunterschieden während einer längeren Zeitspanne. Dies führt zu einem un­ erwartet hohen Anstieg des Druckes innerhalb der Verbren­ nungskammer des Gasentwickler-Behälters. Produkte nach den Vergleichsbeispielen 9 und 10 sind weniger erwünscht, weil eine hohe Verbrennungsgeschwindigkeit angestrebt wird.

Demgegenüber weisen die erfindungsgemäßen Gasentwickler- Zusammensetzungen nach den Beispielen 18 bis 23 aus Ta­ belle 8 wegen ihres Borgehalt es eine deutlich größere Verbrennungsgeschwindigkeit auf. Deshalb können diese Gas­ entwickler-Materialien in Form von Pellets mit größerer Schichtdicke erzeugt werden; solche Pellets weisen eine höhere mechanische Festigkeit auf. Eine Erhöhung der Ver­ brennungsgeschwindigkeit wird bereits durch einen Borgehalt von 0,1 Gew.-% erzielt. Höhere Borgehalte liefern eine Er­ höhung der Verbrennungsgeschwindigkeit. Jedoch verursachen höhere Borgehalte eine Verringerung der Gasbildung und einen Anstieg der Gastemperatur im Tank. Deshalb wird vorzugsweise ein Borgehalt von 0,5 bis 5 Gew.-% vorgesehen, bezogen auf das Gesamtgewicht der Gasentwickler-Zusammensetzung.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Gasentwickler-Zusammen­ setzungen ist als Treibmittel zum Aufblasen eines Airbags erläutert worden. Für Fachleute ist ersichtlich, daß dar­ über hinaus viele andere Anwendungsmöglichkeiten für die vorliegende Erfindung bestehen. Insbesondere wird auf nach­ stehende Anwendungsmöglichkeiten hingewiesen:

• (1) Anstelle der Einbringung in eine Airbag-Vorrichtung kann der erfindungsgemäße Gasentwickler auch zum Aufblasen einer Schwimmweste, eines Rettungsfloßes, eines Schlauchbootes, eines Rettungsfallschirms und dergleichen dienen;
• (2) das Gasentwickler-Material kann die Form von Pellets aufweisen mit C-förmigem Querschnitt oder kann in Form eines Rohres mit einer einzigen Bohrung oder mit mehreren Bohrungen ausgebildet sein, und der­ gleichen; und
• (3) der Gasentwickler-Behälter kann in Form eines schlan­ ken Zylinders ausgebildet sein, wobei des Gasentwick­ ler-Material in der Verbrennungskammer dieses Zylin­ ders enthalten ist.

Weiterhin dienen die angegebenen Beispiele und Ausfüh­ rungsformen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und sollen deren Schutzumfang nicht einschränken; vielmehr sind Abänderungen und Modifizierungen der beschriebenen Ausführungen im Rahmen des Schutzumfanges der Patentan­ sprüche und deren Äquivalente möglich. Die vorliegende Erfindung soll auch solche Abänderungen und Modifizie­ rungen einschließen.

Claims (19)

1. Gasentwickler-Zusammensetzung mit einer oxidierbaren Substanz, bei deren Oxidation ein Gas bestimmter Zusammensetzung gebildet wird, und mit einem Oxidationsmittel zur Oxidation der oxidierbaren Substanz,
dadurch gekennzeichnet, daß

• - die oxidierbare Substanz Hydrazodicarbonamid ist;
• - das Oxidationsmittel ein Salz einer Sauerstoffsäure ist;

wobei Hydrazodicarbonamid und das Sauerstoffsäure-Salz den wesentlichen Bestandteil der Gasentwickler-Zusammen­ setzung bilden; und
dieser wesentliche Bestandteil 10 bis 45 Gew.-% Hydrazo­ dicarbonamid und 90 bis 55 Gew.-% Sauerstoffsäure-Salz enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht dieses wesent­ lichen Bestandteils.

2. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentwickler-Zusammensetzung enthält 25 bis 45 Gew.-% Hydrazodicarbonamid und 75 bis 55 Gew.-% Sauer­ stoffsäure-Salz, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.

3. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsäure-Salz ein Salz einer Halogensauer­ stoffsäure ist.

4. Gasentwickler-Zusammensetzung gekennzeichnet durch einen Gehalt an:

• - Hydrazodicarbonamid, das als oxidierbare Substanz dient, bei deren Oxidation ein Gas bestimmter Zu­ sammensetzung gebildet wird;
• - einem Sauerstoffsäure-Salz, das als Oxidationsmittel dient, um die oxidierbare Substanz zu oxidieren; und
• - einem Flammen-Kühlmittel, enthaltend wenigstens eine der nachstehenden Verbindungen, nämlich ein Metall­ sulfat-hydrat, ein Metallnitrat-hydrat, ein Metall­ carbonat, ein Metallcarbonat-hydrat, ein Metall­ hydroxid oder ein Metallhydroxid-hydrat, wobei das Metall ein Metall aus der III., IV., V. oder VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente ist.

5. Gasentwickler-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydrazodicarbonamid in Form von Teilchen vorliegt, die eine Teilchengröße von 300 µm oder kleiner auf­ weisen.

6. Gasentwickler-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsäure-Salz in Form von Teilchen vorliegt, die eine Teilchengröße von 300 µm oder kleiner aufwei­ sen.

7. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsäure-Salz ein Halogensauerstoffsäure- Salz, ein Nitrat oder ein Metallsauerstoffsäure-Salz ist.

8. Gasentwickler-Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogensauerstoffsäure-Salz wenigstens ein Halogen­ sauerstoffsäure-Salz oder ein Perhalogensäure-Salz ist.

9. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogensauerstoffsäure-Salz wenigstens ein Alkali­ metallsalz einer Halogensauerstoffsäure oder ein Alkali­ metallsalz einer Perhalogensäure ist.

10. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetallsalz der Halogensauerstoffsäure sein kann Kaliumchlorat, Kaliumperchlorat, Natriumchlorat, Natriumperchlorat, Kaliumbromat, Kaliumperbromat, Na­ triumbromat oder Natriumperbromat.

11. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrat sein kann ein Alkalimetallsalz der Salpeter­ säure oder ein Erdalkalimetallsalz der Salpetersäure.

12. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitrat sein kann Kaliumnitrat, Natriumnitrat, Strontiumnitrat, Bariumnitrat und Calciumnitrat.

13. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffsäure-Salz sein kann ein Alkalimetallsalz einer Metallsauerstoffsäure.

14. Gasentwickler-Zusammensetzung, gekennzeichnet durch einen Gehalt an:

• - Hydrazodicarbonamid, das als oxidierbare Substanz dient, bei deren Oxidation ein Gas bestimmter Zusam­ mensetzung erzeugt wird;
• - einem Sauerstoffsäure-Salz, das als Oxidationsmittel dient, um die oxidierbare Substanz zu oxidieren; und
• - einem Flammen-Kühlmittel, enthaltend wenigstens eine der nachstehenden Verbindungen, nämlich ein Metall­ hydroxid oder ein Metallhydroxid-hydrat, wobei das Metall ein Metall aus der III., IV., V. oder IV. Gruppe des Periodensystems der Elemente ist.

15. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 1, 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentwickler-Zusammensetzung zusätzlich ein Ver­ brennungs-Regulierungsmittel enthält, nämlich wenigstens ein Metallpulver, eine Metallverbindung oder ein Kohlen­ stoffmaterial.

16. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 1, 4 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentwickler-Zusammensetzung zusätzlich wenigstens ein Bindemittel enthält, nämlich ein organisches Binde­ mittel oder ein anorganisches Bindemittel.

17. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungs-Regulierungsmittel pulverförmiges Bor enthält.

18. Gasentwickler-Zusammensetzung nach Anspruch 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasentwickler-Zusammensetzung 0,1 bis 5 Gew.-% Ver­ brennungs-Regulierungsmittel enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.