DE19681514B4

DE19681514B4 - Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Publication number: DE19681514B4
Application number: DE19681514T
Authority: DE
Inventors: Yuji Ito; Eishi Himeji Sato; Akihiko Himeji Tanaka; Makoto Himeji Iwasaki; Kenjiro Ikeda; Eri Oishi; Ryo Himeji Minoguchi; Eiichiro Himeji Yoshikawa; Akihiko Himeji Kuroiwa
Original assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Current assignee: Nippon Kayaku Co Ltd
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1996-07-25
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2016-07-26
Also published as: WO1997005087A1; KR19990035956A; DE19681514T1; US6033500A; KR100253750B1

Abstract

Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag, die aufweist:
(a) einen oder mehrere Brennstoffbestandteile aus der Gruppe der Tetrazole
(b) ein Oxidationsmittel zum Verbrennen der Brennstoffbestandteile;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Tetrazol-Brennstoffbestandteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
(i) 5-Aminotetrazol,
(ii) einem Alkalimetallsalz von 5-Aminotetrazol, und
(iii) einem Erdalkalimetallsalz von 5-Aminotetrazol, und die Zusammensetzung ferner aufweist:
(c) eine als Bindemittel zum Verbinden der Bestandteile
(a) und (b) dienende Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe, die durch die folgende allgemeine Formel ausgedrückt ist: M²⁺ _1–xM³⁺ _x(OH)₂]^x+[A^n– _x/n·m H₂O]^x– wobei M²⁺ ein zweiwertiges Metallion darstellt; M³⁺ ein dreiwertiges Metallion darstellt; A^n– ein n-wertiges Anion darstellt; 0 < x ≤ 0,33 ist; und m eine positive ganze Zahl ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sprengstoff-Zusammensetzung, die für ein gaserzeugendes Mittel oder ein Verstärkungsmittel (ein Übertragungsmittel) für einen Airbag zum Schutz von Insassen eines Fahrzeugs verfügbar ist, sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Sprengstoff-Zusammensetzung für Airbags, deren Verbrennungsgeschwindigkeit leicht zu steuern ist, die sicher herstellbar ist, eine ausgezeichnete Wärmeschockbeständigkeit aufweist, aus welcher eine Tablette mit ausgezeichneter Festigkeit hergestellt werden kann und durch die Verbrennung ein Reingas erzeugt wird, sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür.
Das Airbagsystem, das ein Schutzsystem für Fahrzeuginsassen darstellt, wurde in den letzten Jahren weithin verwendet, um die Sicherheit der Insassen eines Fahrzeugs zu verbessern. Das Airbagsystem arbeitet gemäß dem Prinzip, daß eine Gaserzeugungsvorrichtung durch Steuerung anhand von Signalen einer einen Zusammenprall erfassenden Erfassungsvorrichtung betrieben wird, wodurch zwischen dem Insassen und der Fahrzeugkarosserie ein Airbag aufgeblasen wird. Es ist erforderlich, daß die Gaserzeugungsvorrichtung eine Funktion zur Erzeugung einer benötigten und ausreichenden Menge eines kein schädliches Gas enthaltenden Reingases in kurzer Zeit besitzt. Ande rerseits ist das gaserzeugende Mittel aus Gründen einer stabilen Verbrennung zu einer Tablettenform preßgeformt und das Übertragungsmittel für die Verwendung zu einer körnigen Form geformt. Die Tabletten und Körner müssen ihre ursprünglichen Verbrennungseigenschaften selbst unter verschiedenen harten Umgebungsbedingungen über einen langen Zeitraum beibehalten. Für den Fall, daß die Tabletten sich aufgrund einer Verschlechterung durch Altern, Änderung der Umgebungsbedingungen und dergleichen verformen oder eine verringerte Festigkeit zeigen, tritt die Verbrennung der Sprengstoff-Zusammensetzung zu einem anomal früheren Zeitpunkt als die ursprüngliche Verbrennung auf, so daß die Gefahr besteht, daß der Airbag oder die Gaserzeugungsvorrichtung im Fall eines Zusammenpralls durch die anomale Verbrennung selbst zerbricht und das Ziel des Schutzes der Insassen nicht erreicht wird oder diese sogar verletzt werden.
Um diese erforderlichen Funktionen zu erfüllen, wurden bislang gaserzeugende Mittel verwendet, die ein Metallazid wie Natriumazid und Kaliumazid als ihren Hauptbestandteil enthielten. Diese bekannten gaserzeugenden Mittel finden weite Verwendung, weil sie die Vorteile besitzen, daß sie augenblicklich verbrennen, daß der Bestandteil des Verbrennungsgases im wesentlichen nur Stickstoff ist, so daß kein schädliches Gas wie CO (Kohlenmonoxid) oder NO_x (Stickoxid) erzeugt wird, und daß aufgrund der geringen Beeinflussung der Verbrennungsgeschwindigkeit durch die Umgebung oder die Struktur der Gaserzeugungsvorrichtung die Gaserzeugungsvorrichtung leicht zu gestalten ist. Allerdings weisen diese bekannten gaserzeugenden Mittel den Nachteil auf, daß sie durch Stoß und Reibung leicht zur Explosion gebracht werden, so daß es schwierig ist, sie explosionsfest zu machen, was durch große und kleine Explosionsunfälle veranschaulicht wird, die hier und da während des Herstellungsverfahrens auftraten. Weiterhin weisen die bekannten gaserzeugenden Mittel den beträcht lichen Nachteil auf, daß sie sich in Gegenwart von Wasser und Säure zersetzen und dann ein schädliches Gas erzeugen. Aufgrund dessen ist es nun ein dringendes Bedürfnis geworden, ein sichereres gaserzeugendes Mittel zu entwickeln und dieses anstatt der bekannten gaserzeugenden Mittel, deren Hauptbestandteil das Metallazid ist, zur praktischen Verwendung zu bringen.

Andererseits wurde das Verfahren, bei welchem Tetrazole einschließlich Aminotetrazol mit dem Metallazid vermischt und in Kombination mit diesem verwendet werden, beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. Sho 49(1974)-87583, Nr. Hei 2(1990)-184590 und Nr. Hei 2(1990)-221179 vorgeschlagen. Da Tetrazolmoleküle einen hohen Anteil an Stickstoffatomen haben, so daß die Bildung von CO unterdrückt werden kann, wird wie im Fall des Metallazids im Verbrennungsgas fast kein CO erzeugt. Nebenbei sind die Tetrazole den vorstehenden Metallaziden aufgrund ihrer weitaus geringeren Gefährlichkeit und Giftigkeit überlegen. Mit dem gaserzeugenden Mittel dieses Typs, welches das Gemisch der Tetrazole mit dem Metallazid umfaßt, konnten die Probleme, welche das nur ein Metallazid als Hauptbestandteil enthaltende gaserzeugende Mittel mit sich brachte, erfolgreich vermindert werden, doch die vorstehenden Probleme sind noch nicht grundsätzlich erfolgreich gelöst, so lange das Metallazid verwendet wird.

Um von den Vorteilen der Tetrazole den besten Gebrauch zu machen, wurde entsprechend ein geändertes Verfahren vorgeschlagen, bei welchem Tetrazole alleine anstatt in Kombination mit dem Metallazid verwendet werden, wie beispielsweise in den japanischen Patentschriften Nr. Sho 64(1989)-6156 und Nr. Sho 64(1989)-6157 sowie in den japanischen Offenlegungsschriften Nr. Hei 2(1990)-225159, Nr. Hei 2(1990)-225389, Nr. Hei 3(1991)-20888, Nr. Hei 5(1993)-213687, Nr. Hei 6(1994)-80492, Nr. Hei 6(1994)-239684 und Nr. Hei 6(1994)-298587 offenbart.

Das Verfahren, bei welchem die nicht wasserstoffhaltigen Tetrazole verwendet werden (japanische Patentschriften Nr. Sho 64(1989)-6156 und Nr. Sho 64(1989)-6157 sowie die japanischen Offenlegungsschriften Nr. Hei 6(1994)-80492 und Nr. Hei 6(1994)-239684), ist insbesondere dahingehend überlegen, daß im erzeugten Gas keine Feuchtigkeit enthalten ist. Die Feuchtigkeit kann im Airbag kondensieren, wodurch dessen Volumen stark vermindert wird. Allerdings hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die Tetrazole selbst eine geringe Verbrennbarkeit haben, so daß die als gaserzeugendes Mittel verwendeten Tetrazole oft die Verbrennung unterbrachen und die vollständige Verbrennung des gaserzeugenden Mittels verhinderten.

Entsprechend wurde zur Verbesserung der Verbrennbarkeit in einer Rückschau ein Verfahren der kombinierten Verwendung der Tetrazole und des Metallazids (die vorstehende Offenlegungsschrift Nr. Hei 2(1990)-221179) sowie ein Verfahren vorgeschlagen, bei welchem ein starkes Oxidationsmittel wie Chlorat oder Perchlorat verwendet wird (die vorstehende japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 6(1994)-298587). Jedoch war bei ersterem das dem Metallazid innewohnende Sicherheitsproblem vorhanden, während bei letzterem das Problem auftrat, daß trotz der Verwendung der Tetrazole mit höherem Sicherheitsgrad die Sicherheit im Ergebnis durch die Verwendung des starken Oxidationsmittels verringert ist. Zusätzlich trat bei der Verwendung von Chlorat oder Perchlorat als Oxidationsmittel das weitere Problem auf, daß die Verbrennungstemperatur anstieg und folglich NO_x gebildet wurde. Die Bildung von NO_x kann durch Verwendung von Nitraten oder Nitriten mit geringer Verbrennbarkeit als Oxidationsmittel unterdrückt werden, doch in diesem Fall werden aufgrund der Eigenschaft von Nitrat und Nitrit, während der Reaktion des Oxidationsmittels mit den Tetrazolen Wärme zu absorbieren und sich zu zersetzen, die innewohnenden Eigenschaften der schlechten Entzündbarkeit und geringen Verbrennungsgeschwindigkeit verstärkt, so daß das vorstehende ernste Problem, daß das einmal entzündete gaserzeugende Mittel nicht zu einer vollständigen Verbrennung führen kann, immer noch ungelöst bleibt.

Weiterhin zeigte sich bei dem System, bei welchem ein starkes Oxidationsmittel wie Chlorat oder Perchlorat verwendet wurde, der ernsthafte Nachteil, daß der Druckexponent der Verbrennungsreaktion so groß ist, daß die Verbrennung aufwendig gesteuert werden muß.

Im einzelnen wird die Beziehung zwischen der Verbrennungsgeschwindigkeit (dW/dt) und dem Druck bei der Verbrennung eines Sprengstoffs durch die folgende Formel ausgedrückt: dW/dt = A·Pn Formel (5)wobei W die Menge an verbranntem Sprengstoff (g), t die Zeit (Sekunden), A eine Systemkonstante, P den Druck (Pa) und n einen Druckexponenten (eine Systemkonstante) darstellt.

Andererseits wird die Beziehung zwischen der Geschwindigkeit (dW_G/dt) für den Ausstoß des Gases aus der Gaserzeugungsvorrichtung und dem Druck durch die folgende Formel ausgedrückt: dWG/dt = K·P0,5 Formel (6)wobei W_G die Menge (g) an aus der Gaserzeugungsvorrichtung ausgestoßenem Gas, t die Zeit (Sekunden), K eine Systemkonstante und P den Druck (Pa) darstellt.

Aus den Formeln (5) und (6) ist ersichtlich, daß, weil die Verbrennungsgeschwindigkeit des gaserzeugenden Mittels proportional zum n-fachen des Drucks P und die Geschwindigkeit des Ausstoßes des Gases aus der Gaserzeugungsvorrichtung proportional zum 0,5-fachen des Drucks P ist, bei einem größeren Druckexponenten als 0,5 die Verbrennungsmenge größer als die Menge an aus der Gaserzeugungsvorrichtung ausgestoßenem Gas wird, so daß der Druck in der Gaserzeugungsvorrichtung allmählich ansteigt. Hierbei wird bei einem sehr großen Druckexponenten n der Druck in der Gaserzeugungsvorrichtung scharf ansteigen, wodurch ein größerer Anstieg der Verbrennungsgeschwindigkeit und dadurch wiederum ein noch größerer Anstieg des Drucks in der Gaserzeugungsvorrichtung hervorgerufen wird, wodurch letztendlich eine Explosion des Behälters hervorgerufen wird. Das vorstehende Verfahren, bei welchem ein starkes Oxidationsmittel wie Chlorat oder Perchlorat verwendet wird (die vorstehende japanische Offenlegungsschrift Nr. Hei 6(1994)-298587 und andere) hatte das Problem, daß der Druckexponent für die Steuerung der Verbrennung zu groß wurde. Es ist weiterhin bekannt, daß durch die kombinierte Verwendung des Metallazids mit Siliciumdioxid die Bildung einer leicht filtrierbaren Schlacke möglich wird, aber leider wird die Bildung der leicht filtrierbaren Schlacke durch die Verwendung der Tetrazole erschwert.

Bei den Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen auf Nicht-Azidbasis sind die Brennstoffbestandteile die vorstehenden organischen Verbindungen einschließlich der vorstehend genannten Tetrazole, wohingegen die Oxidationsmittel anorganische Verbindungen einschließlich Chlorat oder Perchlorat sind. Aufgrund dessen entsteht hinsichtlich der Formbarkeit von Tabletten und dergleichen bei Verwendung eines normalen Bindemittels ein Problem, so daß die zu Tabletten und dergleichen geformten Gaserzeugungsmittel auf Nicht-Azidbasis den Gaserzeugungsmitteln auf Azidbasis hinsichtlich der mechanischen Festigkeit ziemlich unterlegen waren. In Wärmeschocktests, bei welchen die Umgebungstemperatur um die Formen wiederholt erhöht und gesenkt wird, wurde auch gefunden, daß aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der organischen Verbindung und der anorganischen Ver bindung die Bindungskraft des Bindemittels allmählich abnahm, und in einigen extremen Fällen wurden die Formen in Pulver überführt. Entsprechend wurde in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei 6(1994)-219882 vorgeschlagen, daß verbrennbare Polymere einschließlich Polyurethan, Celluloseacetat, hydroxy-terminiertem Polybutadien und Ethylcellulose als Bindemittel verwendet werden. Wenn jedoch diese organischen Polymerverbindungen verwendet werden, entsteht das Problem, daß zusammen mit dem Brennwert die Konzentration an schädlichem Kohlenmonoxid (CO) im Verbrennungsgas ansteigt, wodurch wiederum das Bedürfnis nach einer Erhöhung der Menge eines Kühlmaterials (ein Metalldrahtgeflecht oder entsprechendes) zur Kühlung des erzeugten Gases entsteht. Als Ergebnis erhöht sich die Größe und das Gewicht der Gaserzeugungsvorrichtung, was den derzeitigen Forderungen nach einer Verringerung der Größe und des Gewichts des Systems zuwiderläuft.

Auch wird der sogenannte "Borsalpeter", der Bor und Kaliumnitrat als Hauptbestandteile aufweist, gewöhnlich als Verstärkungsmittel für die Zündung des gaserzeugenden Mittels verwendet. Jedoch muß, gleichgültig ob das Metallazid oder das Tetrazol als gaserzeugendes Mittel verwendet wird, aufgrund der ziemlich unterschiedlichen Zusammensetzung des Borsalpeters zu jedem der beiden das Verstärkungsmittel leider in einem getrennten Vorgang hergestellt werden, der vom Herstellungsverfahren des gaserzeugenden Mittels unabhängig ist.

EP-B-0 372 733 und EP-B-0 438 851 beschreiben gaserzeugende Sprengstoffzusammensetzungen, die eine Tetrazol-Verbindung, ein Oxidationsmittel und ein weiteres Additiv wie ein Modifikationsmittel zur Einstellung der Verbrennungsgeschwindigkeit oder ein Metalloxid zur Erzeugung einer leicht filtrierbaren Schlacke als Verbrennungsprodukt umfassen.

EP-B-430 463 beschreibt eine gaserzeugende Zusammensetzung, die im Wesentlichen aus einer Triazol-Verbindung, einem wasserfreien Oxidationssalz und gegebenenfalls einem Bindemittel besteht.

JP-A-3-170 338 beschreibt eine Tablette eines tetrazolfreien, gaserzeugenden Mittels, in der Hydrotalkit als Bindemittel verwendet wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Probleme zu lösen, welche bei der bekannten, das vorstehend genannte gaserzeugende Mittel und Verstärkungsmittel einschließenden Sprengstoff-Zusammensetzung für Airbags auftreten. Genauer ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Sprengstoff-Zusammensetzung für Airbags bereitzustellen, bei welcher durch Verwendung eines geeigneten Bindemittels selbst dann eine gute Formbarkeit bereitgestellt werden kann, wenn das gaserzeugende Mittel eine organische stickstoffhaltige Verbindung wie ein Tetrazol als Bestandteil besitzt und ein anorganisches Oxidationsmittel anwesend ist; durch welche eine verbesserte Verbrennbarkeit bereitgestellt und selbst bei der Kombination der Tetrazole mit einem Oxidationsmittel mit geringer Verbrennbarkeit wie Nitrat oder Nitrit eine vollständige Verbrennung ermöglicht wird, um so die Probleme bei den herkömmlichen Arten von gaserzeugenden Mitteln mit dem Metallazid oder dem Tetrazol als Hauptbestandteil zu lösen; welche leicht handhabbar ist und durch welche bei der bestmöglichen Nutzung der Vorteile der Tetrazole eine hohe Sicherheit bereitgestellt wird, ohne daß irgendein schädliches Gas gebildet wird; welche einen kleinen Druckexponenten besitzt oder deren Verbrennung selbst bei der Kombination der Tetrazole mit einem starken Oxidationsmittel wie Chlorat oder Perchlorat einfach zu steuern ist; welche eine große Fähigkeit zur Bildung einer leicht filtrierbaren Schlacke besitzt, wodurch ein Reingas erhalten werden kann; welche in der Zusammensetzung dem gaserzeugenden Mittel entspricht und ebenfalls als Verstärkungsmittel verwendbar ist; sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Sprengstoff-Zusammensetzung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in den Ansprüchen definierte Sprengstoff-Zusammensetzung, Verwendung der Sprengstoff-Zusammensetzung sowie durch ein in den Ansprüchen definiertes Verfahren zur Herstellung dieser Sprengstoff-Zusammensetzung gelöst.

Die Erfindung ist auf eine Sprengstoff-Zusammensetzung für Airbags gerichtet, welche einen oder mehrere Brennstoffbestandteile aus der Gruppe der Tetrazole gemäß der Definition in Patentanspruch 1, ein Oxidationsmittel sowie ein Bindemittel zu deren Verbindung umfaßt, wobei das Bindemittel durch die folgende allgemeine Formel (1) ausgedrücktes Hydrotalkit ist, wodurch eine gute Formbarkeit sowie stabile, gegenüber Veränderungen der Umgebungsbedingungen beständige Eigenschaften erhalten bleiben: M²⁺ _1–xM³⁺ _x(OH)₂]^x+[A^n– _x/n·m H₂O]^x– (1)wobei M²⁺ ein zweiwertiges Metall wie Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ und Zn²⁺ darstellt; M³⁺ ein dreiwertiges Metall wie Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Co³⁺ und In³⁺ darstellt; A^n– ein n-wertiges Anion wie OH^–, F^–, Cl^–, NO₃ ^–, CO₃ ^2–, SO₄ ^2–, Fe(CN)₆ ^3–, CH₃COO^–, Oxalation und Salicylation darstellt; und 0 < x ≤ 0,33 ist.

Es ist bevorzugt, daß ein durch die chemische Formel Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktes synthetisches Hydrotalkit (nachstehend einfach als "HTS" bezeichnet) oder Pyroaurit mit der chemischen Formel Mg₆Fe₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O als Hydrotalkit verwendet wird. Das HTS oder ein Äquivalent davon hat die Vorteile, leicht verfügbar und auch gegenüber der Bildung schädlicher Gase und Schlacke-Komponenten beständig zu sein. Vorzugsweise liegt der Hydrotalkit-Gehalt im Bereich von 2 bis 30 Gew.-% der Sprengstoff-Zusammensetzung, und bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 Gew.-%. In diesem Bereich ist der Einschluß einer geeigneten Menge an Brennstoffbestandteil und Oxidationsmittel möglich. Weiterhin ist es bevorzugt, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge Hydrotalkit auf 30 μm oder weniger festgelegt ist. Durch diese Teilchengröße wird es dem Hydrotalkit ermöglicht, als Bindemittel zur befriedigenden Bindung des Brennstoffbestandteils und des Oxidationsmittels zu fungieren.

Weiterhin sind für den in der erfindungsgemäßen SprengstoffZusammensetzung zu verwendenden Brennstoffbestandteil organische Verbindungen bevorzugt, die in ihrer Strukturformel Stickstoff als hauptsächliches Atom enthalten, 5-Aminotetrazol und dessen Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze.

Diese Gruppen von Tetrazolen haben die Eigenschaft, bei der Verbrennung sehr wenig schädliches CO-Gas zu bilden. Zudem ist es bevorzugt, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge der Verbindung aus der Gruppe von Tetrazolen auf 5 bis 80 μm festgelegt ist. Durch diese Teilchengröße wird die gleichförmige Verteilung des Brennstoffbestandteils in der Sprengstoff-Zusammensetzung ermöglicht, so daß die Einstellung der Verbrennung erleichtert wird.

Weiterhin sind als dem der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung zuzugebendem Oxidationsmittel eine oder mehrere Arten von Nitraten oder Nitriten bevorzugt. Durch die Verwendung dieses Oxidationsmittels wird die Hemmung der Bildung schädlicher Stickoxide ermöglicht. Weiterhin kann dem Oxidationsmittel ein Oxohalogensäuresalz hinzugefügt werden, um die Entzündbarkeit der Tetrazole zu verbessern. Zudem ist es bevorzugt, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des Oxidationsmittels auf den Bereich von 5 bis 80 μm eingestellt ist. In diesem Bereich kann ein gleichförmiges Gemisch aus dem Brennstoffbestandteil und den restlichen Bestandteilen leicht erhalten werden, wodurch die Einstellung der Verbrennung erleichtert wird.

Weiterhin kann zur Erleichterung der Steuerung der Verbrennung in der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung zusätzlich zu dem vorstehenden Brennstoffbestandteil und Oxidationsmittel ein Verbrennungskatalysator enthalten sein, der aus der aus den folgenden Mengen ➃ oder ➄ bestehenden Gruppe ausgewählt ist:

➃: Eines oder mehrere von Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Nickel, Eisen oder dem Oxid oder Sulfid davon; und
➄ Eines oder mehrere von Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor.

Es ist auch bevorzugt, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des Verbrennungskatalysators auf einen Bereich von 10 μm oder weniger eingestellt ist. In diesem Bereich kann ein gleichförmiges Gemisch aus den Brennstoffbestandteilen und den anderen Bestandteilen leicht erhalten werden, wodurch die Einstellung der Verbrennung erleichtert wird.

Weiterhin wird bei einem Beispiel der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung das vorstehende Tetrazol als Brennstoffbestandteil; Strontiumnitrat als Oxidationsmittel und Hydrotalkit als Bindemittel verwendet. Daraus kann eine Sprengstoff-Zusammensetzung mit guter Formbarkeit, Verbrennbarkeit, schlackenreinigender Eigenschaft und verlängerter Stabilität hergestellt werden. Wenn Strontiumnitrat als Oxidationsmittel verwendet wird, ist im Unterschied zu dem Fall der Verwendung anderer Nitrate nicht notwendigerweise ein Verbrennungskatalysator erforderlich, um gute Eigenschaften zu erhalten, und dies ist daher die besonders zu beachtende Zusammensetzung.

Wenn die vorstehend beschriebene Sprengstoff-Zusammensetzung in eine tablettenförmige oder scheibenförmige Form geformt wird, können zur Verbesserung der Formbarkeit ein oder mehrere wasserlösliche Polymere als Formbarkeitseinstellmittel zugegeben werden, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus beispielsweise Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylether, Polymaleinsäure-Copolymeren, Polyethylenimin, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Natriumpolyacrylat und Ammoniumpolyacrlyat bestehen. Wenn insbesondere das verwendete wasserlösliche Polymer Polyvinylalkohol ist, liegt die zuzugebende Menge vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,5 Gew.-%. Zudem können für die Formung der Sprengstoff-Zusammensetzung zu Tabletten ein oder mehrere Schmiermittel, die aus der Gruppe, bestehend beispielsweise aus Stearinsäure, Zinkstearat, Magnesiumstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat, Molybdänsulfid, Graphit, Siliciumoxidstaub und Bornitrid, ausgewählt sind, zur Verbesserung der Formbarkeit zugegeben werden.

Eine kleine Menge von als Verdichtungshemmstoff fungierendem Schmiermittel kann auch bei der Pulverisierung des Brennstoffbestandteils und der Oxidationsmittel auf einen gewünschten Teilchendurchmesser für eine effektive Pulverisierung zugegeben werden. Von den vorstehenden Schmiermitteln ist die Anwendung von Siliciumstaub besonders bevorzugt, und vorzugsweise werden 0,1 bis 2,0 Gew.-% Schmiermittel relativ zum Brennstoffbestandteil oder dem Oxidationsmittel für die Pulverisierungstätigkeit zugegeben.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung für die Verwendung als gaserzeugendes Mittel in eine tabletten- oder scheibenförmige Form oder für die Verwendung als Verstärkungsmittel bzw. Zündverstärker in eine körnige Form mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1,0 mm geformt werden.

Das Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Sprengstoffzusammensetzung umfaßt die Schritte der Vermischung einer erfindungsgemäß eingesetzten Tetrazolverbindung, eines Oxidationsmittels und eines als Bindemittel verwendeten Hydrotalkits mit der selektiven Zugabe eines Verbrennungskatalysators, Bildungsmodifizierungsmittels oder Schmiermittels; der Formung des Gemisches in eine vorgegebene Form; und der Hitzebehandlung des geformten Gemisches für 2 bis 24 Stunden bei 100 bis 120°C, wodurch die Sprengstoff-Zusammensetzung mit guter Wärmebeständigkeit hergestellt wird. Dadurch kann eine Sprengstoff-Zusammensetzung mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit hergestellt werden. Auch in diesem Fall wird wie vorstehend beschrieben vorzugsweise durch die chemische Formel Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktes Hydrotalkit oder durch die chemische Formel Mg₆Fe₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktes Pyroaurit als Hydrotalkit verwendet. Weiterhin ist es bevorzugt, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge der verwendeten Tetrazole 5 bis 80 μm beträgt; daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des verwendeten Oxidationsmittels 5 bis 80 μm beträgt; daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des verwendeten Bindemittels nicht mehr als 30 μm beträgt; und daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des verwendeten Verbrennungskatalysators nicht mehr als 10 μm beträgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigen:

1 eine konzeptionelle Ansicht einer in den erfindungsgemäßen Beispielen verwendeten Gaserzeugungsvorrichtung; und

2 eine konzeptionelle Ansicht eines Druck-Zeit-(P-t-)-Diagramms eines in den erfindungsgemäßen Beispielen durchgeführten 60 l-Tanktests.

Die Erfindung wird nachstehend genau beschrieben.

Die als Bindemittel für die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung für Airbags verwendeten Hydrotalkite sind eine durch die folgende allgemeine Formel (1) ausgedrückte Verbindung, wie in Gypsum & Lime Nr. 187 (1983), S. 47–53 beschrieben: [M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]^x+[A^n– _x/n·m H₂O]^x– (1)wobei M²⁺ ein zweiwertiges Metall wie Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ und Zn²⁺ darstellt; M³⁺ ein dreiwertiges Metall wie Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Co³⁺ und In³⁺ darstellt; A^n– ein n-wertiges Anion wie OH^–, F^–, Cl^–, NO₃ ^–, CO₃ ^2–, SO₄ ^2–, Fe(CN)₆ ^3–, CH₃COO^–, Oxalation und Salicylation darstellt; und 0 < x ≤ 0,33 ist.

Hydrotalkit, ein säureneutralisierendes Mittel, ist ein poröses Material mit Kristallwasser. Es wurde gefunden, daß Hydrotalkit sehr nützlich als Bindemittel für ein gaserzeugendes Mittel aus organischen Verbindungen auf Nicht-Azidbasis ist, und so wurde die Erfindung fertiggestellt. Die das Hydrotalkit als Bindemittel enthaltende Sprengstoff-Zusammensetzung kann selbst bei einem geringen Tablettenbildungsdruck einen Härtegrad (245,3–294,3 N/m² (25–30 Kg)) erhalten, der viel höher als der Härtegrad einer Tablette (98,1–147,2 N/m² (10–15 Kg) einer gewöhnlichen Art von Sprengstoff-Zusammensetzung auf Azidbasis liegt, insbesondere wenn eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung auf Nicht-Azidbasis mit dem Tetrazol als Hauptbestandteil wie nachstehend beschrieben eingesetzt wird. Dies ist auf das Hydrotalkit zurückzuführen, welches leicht Feuchtigkeit absorbiert und daher die feste Bindung der entsprechenden Bestandteile der Sprengstoff-Zusammensetzung bewirken kann. Bei der unter Verwendung dieses Bindemittels hergestellten Tablette bleiben dessen Eigenschaften und Verbrennungseigenschaften bei einem durch wiederholte Erhöhung und Erniedrigung der Temperatur ausgelösten Hitzeschock unverändert, wodurch nach der praktischen Installation in einem Fahrzeug die Verschlechterung der Tablette aufgrund Alterung minimiert und die Form stabil gehalten werden kann.

Typischerweise ist das Hydrotalkit durch die chemische Formel Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktes synthetisches Hydrotalkit (HTS) oder durch die chemische Formel Mg₆Fe₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktes Pyroaurit. Das synthetische Hydrotalkit ist hinsichtlich der Verfügbarkeit und Kosten vorzuziehen.

Weiterhin wird durch das Hydrotalkit während der Verbrennung entweder des gaserzeugenden Mittels oder des Verstärkungsmittels kein schädliches Gas gebildet. Beim Beispiel des Hydrotalkits liegt dies vermutlich am Auftreten der in der folgenden Formel (2) dargestellten Reaktion. In diesem Fall ist die Reaktion selbst eine endotherme Reaktion, weshalb dadurch die vorteilhafte Wirkung der Verringerung des Wärmeabgabewerts des gaserzeugenden Mittels bereitgestellt werden kann. Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O → 6 MgO + Al₂O₃ + CO₂ + 12 H₂O (2)

Weiterhin sind die durch die Zersetzungsreaktion erhaltenen MgO und Al₂O₃ hochschmelzende Oxide, und man glaubt, daß das im Oxidationsmittel der Sprengstoff-Zusammensetzung enthaltende Alkalimetalloxid (z.B. K₂O) sowie das durch die Zersetzung des Hydrotalkits gebildete Al₂O₃ wie in der folgenden Formel (3) gezeigt unter Bildung einer Schlacke aus glasartigem Aluminiumkaliumoxid, die leicht mit einem Filter abfiltriert werden kann, miteinander reagieren können. K₂O + Al₂O₃ → K₂Al₂O₄ (3)

Man glaubt auch, daß das Zersetzungsprodukt des Hydrotalkits selbst durch eine Schlackenreaktion, bei der es sich um eine in der folgenden Formel (4) gezeigte Säure-Base-Reaktion han delt, ein leicht abfiltrierbares Aluminiummagnesiumoxid bilden kann. MgO + Al₂O₃ → MgAl₂O₄ (4)

Dieses Bindemittel wird im allgemeinen in einer Menge im Bereich von 2 bis 30 Gew.-% zur Sprengstoff-Zusammensetzung gegeben. Der Grund hierfür liegt darin, daß weniger als 2 Gew.% Bindemittel nur unter Schwierigkeiten als Bindemittel fungieren können, während mehr als 30 Gew.-% Bindemittel zu einer Verringerung der Zugabemenge der anderen Bestandteile führen, was zu Schwierigkeiten bei der Wirkung als Sprengstoff-Zusammensetzung führt. Es ist besonders bevorzugt, das Bindemittel in einer Menge im Bereich von 3 bis 10 Gew.-% zuzugeben.

Der Teilchendurchmesser des Bindemittels ist ebenfalls wesentlich für die Herstellungstechnik. Erfindungsgemäß wird ein mittlerer Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge des Bindemittels vorzugsweise auf weniger als 30 μm festgelegt. Ein größerer Teilchendurchmesser schwächt die Funktion des Bindemittels zur Bindung der vorstehenden Bestandteile, wodurch es schwierig wird, die Aktivität als Bindemittel vorherzusagen und somit die Gefahr besteht, daß eine bestimmte Formfestigkeit nicht erhalten werden kann.

Es ist hier zu bemerken, daß der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge auf der Grundlage einer Verteilung des Teilchendurchmessers gemessen wird. Bei der Verteilung wird die Gesamtzahl an Teilchen auf 100 festgelegt und die jedem Teilchendurchmesser entsprechende Zahl Teilchen aufgetragen. Der Teilchendurchmesser an einem Erstreckungspunkt in der Verteilung des Teilchendurchmessers wird als der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsmenge angesehen. Der Erstreckungspunkt ist der Punkt, an dem die Teilchenzahl den Wert 50 erreicht, wenn man von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser bis zum Erreichen der Anzahl von 50 Teilchen aufsummiert.

Weiterhin wird eine Stickstoff als aufbauendes Atom enthaltende organische Verbindung als Brennstoffbestandteil in der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung verwendet, ausgewählt aus:
5-Aminotetrazol; dessen Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze.

Diese erfindungsgemäß verwendeten Tetrazolverbindungen, welche bekannte Verbindungen sind, haben einen hohen Anteil von Stickstoffatomen in der Molekülstruktur, so daß sie wie vorstehend beschrieben grundsätzlich die Struktur für eine Hemmung der Bildung von schädlichem CO-Gas sowie zudem verschiedene Vorteile wie beispielsweise höhere Sicherheit bei der Handhabung im Vergleich zu einem Metallazid haben. Als ein Wasserstoffatom einschließendes Tetrazol gibt es beispielsweise 5-Amino-1H-tetrazol, dessen Alkalimetallsalz und Erdalkalimetallsalz. Von diesen besonders bevorzugt ist 5-Amino-1H-tetrazol oder dessen Salz, da dieses einen hohen Stickstoffgehalt im Molekül aufweist und in beträchtlich großen Mengen zu geringen Kosten erhältlich ist.

Zur Verwendung wird der Teilchendurchmesser der Tetrazolverbindungen vorzugsweise nach Zugabe einer geringen Menge eines Schmiermittels (z.B. Siliciumoxidstaub) mit der Fähigkeit zur Verhinderung einer Verfestigung im voraus durch Pulverisierung eingestellt. Erfindungsgemäß wird der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsmenge der Verbindung der Tetrazolverbindungen auf 5–80 μm eingestellt. Teilchen der Verbindung aus der Gruppe der Tetrazolverbindungen, die nach der Pulverisierung einen kleineren Durchmesser als die vorstehenden 5 μm aufweisen, ermöglichen einen übermäßigen Anstieg der Verbrennungsgeschwindigkeit in einer Gaserzeugungsvorrichtung eines Airbags, was zur Möglichkeit der Explosion der Gaserzeugungsvorrichtung führt. Andererseits ermöglichen Teilchen der Verbindung aus der Gruppe von Tetrazolen, die nach der Pulverisierung einen größeren Durchmesser als die vorstehenden 80 μm aufweisen, ein übermäßiges Absinken der Verbrennungsgeschwindigkeit, weshalb sie für den Einsatz in einem Airbag nur wenig geeignet sind.

Um die Verbrennung des Brennstofffs zu ermöglichen, können als Oxidationsmittel Nitrate, Nitrite oder Salze einer Oxohalogensäure verwendet werden. Als Nitrate werden ein Ammoniumsalz eines Nitrats und ein Nitrat eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls als Beispiel aufgeführt. Im einzelnen sind Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Bariumnitrat, Strontiumnitrat und Ammoniumnitrat Beispiele für die Nitrate. Als Nitrite werden ein Ammoniumsalz eines Nitrits und ein Nitrit eines Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls als Beispiel aufgeführt. Im einzelnen sind Natriumnitrit, Kaliumnitrit, Bariumnitrit, Strontiumnitrit und Ammoniumnitrit Beispiele für die Nitrite. Als Oxohalogensäuresalze werden Chlorate (Kaliumchlorat, Natriumchlorat, Strontiumchlorat usw.), Bromate (Kaliumbromat, Natriumbromat, Strontiumbromat usw.), Iodate (Kaliumiodat, Natriumiodat, Strontiumiodat usw.), Perchlorate (Kaliumperchlorat, Natriumperchlorat, Strontiumperchlorat usw.), Perbromate (Kaliumperbromat, Natriumperbromat, Strontiumperbromat usw.) sowie Periodate (Kaliumperiodat, Natriumperiodat, Strontiumperiodat usw.) als Beispiele aufgeführt. Erfindungsgemäß werden eine oder ein Gemisch aus zwei oder mehrerer aus diesen Gruppen ausgewählter Verbindungen verwendet.

Von diesen Oxidationsmitteln sind die Nitrate und Nitrite wie vorstehend erwähnt insbesondere wegen ihrer Eigenschaft, während der Reaktion unter Zersetzung Wärme zu absorbieren, bei alleiniger Verwendung hinsichtlich der Verbrennbarkeit den anderen Oxidationsmitteln unterlegen und können oft eine nachteilige Unterbrechung der Verbrennung hervorrufen. Allerdings kann ihre Verbrennbarkeit verbessert werden, indem man sie in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel Hydrotalkit oder einem wie später beschrieben weiterhin zugegebenen Verbrennungskatalysator verwendet, so daß selbst Verbindungen aus der Gruppe von Tetrazolen mit schlechter Verbrennbarkeit vollständig abbrennen können. Andererseits haben die Ammoniumsalze den Nachteil hygroskopisch zu sein, doch ein derartiger Nachteil spielt keine große Rolle, wenn man berücksichtigt, daß wenn man die Sprengstoff-Zusammensetzung nach dem Formen zu einer Tablettenform oder einer körnigen Form in den geschlossenen Behälter einfüllt, dieser Nachteil durch den Effekt der Erhöhung der Menge an Gasausbeute während der Verbrennung ziemlich aufgewogen wird.

Es ist zu bemerken, daß von den Nitraten nur das Strontiumnitrat unter der Koexistenz mit den Hydrotalkiten ein bestimmtes Verhalten sowie eine gute Verbrennbarkeit und schlackenreinigende Eigenschaft ohne irgendeinen Verbrennungskatalysator aufweist.

Die Oxohalogensäuresalze haben wie vorstehend beschrieben einen großen Verbrennungsreaktions-Druckexponenten n, was die Steuerung der Verbrennung erschwert. Allerdings kann ihr Druckexponent n wie nachstehend beschrieben durch Kombination des Oxohalogensäuresalzes mit einem Verbrennungskatalysator verringert werden, so daß die Steuerung der Verbrennung erleichtert wird. Zusätzlich kann bei Vereinigung der vorstehenden Nitrate oder Nitrite mit den Oxohalogensäuresalzen die geringe Verbrennbarkeit der Nitrate oder Nitrite durch die starke Verbrennbarkeit des Oxohalogensäuresalzes ergänzt werden. Entsprechend besteht eine bevorzugte Kombination in einem gemischten Oxidationsmittel, das Nitrat oder Nitrit als Hauptbestandteil und das Oxohalogensäuresalz als Rückstand enthält. Zusätzlich kann durch den Nachteil der Nitrate und Nitrite, während der Reaktion unter Zersetzung Wärme zu absorbieren, andererseits der vorteilhafte Effekt bereitge stellt werden, daß die schnelle Verbrennung der Oxohalogensäuresalze gehemmt und die Verbrennung bei tiefen Temperaturen gehalten wird. Als Ergebnis wird die Menge an gebildetem NO_x verringert.

Diese Oxidationsmittel werden mit der Verbindung aus der Gruppe der Tetrazole in einem für die Oxidation der Verbindung aus der Gruppe der Tetrazole erforderlichem stöchiometrischen Verhältnis gut vereinigt und normalerweise in einer in einem Bereich liegenden Menge verwendet, der den stöchiometrischen Wert und dessen Umgebung einschließt.

Nachstehend wird nun eine Beschreibung der erfindungsgemäß nach Bedarf zu verwendenden Verbrennungskatalysatoren gegeben. Die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung umfaßt eine oder mehrere Arten von Verbrennungskatalysatoren, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus:

➃: Eines oder mehrere von Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Nickel, Eisen in Form des Metalls oder des Oxids oder Sulfids davon; und
➄ Eines oder mehrere von einem einfachen Körper aus Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor.

Im einzelnen können aus der Gruppe ➃ ZrO₂ (Zirkoniumoxid), HfO₂ (Hafniumoxid), MoO₃ (Molybdäntrioxid), MoS₂ (Molybdändisulfid), W (Wolfram), WO₃ (Wolframtrioxid), MnO₂ (Mangandioxid), KMnO₄ (Kaliumpermanganat), Fe (Eisen), Fe₂O₃ (Eisenoxid), FeS (Eisensulfid) und NiO (Nickeloxid) verwendet werden. Aus der Gruppe ➄ können als Formen von Kohlenstoff Graphit oder aktivierter Kohlenstoff und roter Phosphor als Form von Phosphor verwendet werden. Diese Verbrennungskatalysatoren werden zur Durchführung der Funktion der Einstellung der Geschwindigkeit der Oxidationsreaktion (Verbrennung) der Oxi dationsmittel und der Verbindung aus der Gruppe der Tetrazole verwendet. Genauer haben die Verbrennungskatalysatoren die Funktion, den Druckexponenten n zu erhöhen oder zu erniedrigen sowie die Verbrennungsgeschwindigkeit zu beschleunigen oder zu verringern. Vorzugsweise sollte die Menge an zugegebenen Verbrennungskatalysatoren nicht mehr als 10% des Gewichts der gesamten Sprengstoff-Zusammensetzung betragen, um eine Beeinträchtigung der Gasausbeute pro Einheit der Sprengstoff-Zusammensetzung sowie das Auftreten eines übermäßigen Verbrennungsrückstands zu vermeiden.

Es wurde durch verschiedene Tests bewiesen, daß durch die kombinierte Verwendung dieser Verbrennungskatalysatoren und vorstehenden Nitrate oder Nitrite die folgenden Ergebnisse bereitgestellt werden: Die Sicherheit der Verbindungen aus der Gruppe der Tetrazole gegenüber Stoß und Reibung bleibt erhalten; die Verbrennbarkeit bei einer niedrigen Verbrennungstemperatur ist verbessert, was eine Eigenschaft ist, welche die Nitrate oder Nitrite besitzen; und es wird eine vollständige Verbrennung ohne unverbrannte Rückstände der Verbindung aus der Gruppe der Tetrazole erreicht.

Zudem bleibt selbst bei der Verwendung der Nitrate oder Nitrite als Oxidationsmittel die Wirkung der Hemmung der Bildung von NO_x erhalten. Andererseits wurde bewiesen, daß durch die kombinierte Verwendung der Verbrennungskatalysatoren und der vorstehenden Oxohalogensäuresalze wie den Chloraten und Perchloraten das Ergebnis der Verringerung des Druckexponenten n bereitgestellt werden kann, so daß die Steuerung der Verbrennung erleichtert werden kann, während die hohe Verbrennbarkeit dieser starken Oxidationsmittel erhalten bleibt. Als Ergebnis davon können Unfälle wie eine Explosion der Gaserzeugungsvorrichtung, die bei alleiniger Verwendung der vorstehenden Oxohalogensäuresalze durch ein anomales Ansteigen der Verbrennung verursacht werden, vermieden werden, wodurch sich die Sicherheit des Airbag-Systems verbessert.

Nachstehend wird eine beispielhafte Kombination einer erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung beschrieben. Die Sprengstoff-Zusammensetzung umfaßt grundsätzlich den Brennstoffbestandteil, das Oxidationsmittel und das Bindemittel. Im einzelnen werden 5-Aminotetrazol und dessen Alkalimetallsalze und Erdalkalimetallsalze als Brennstoffbestandteil verwendet; wird Strontiumnitrat als Oxidationsmittel verwendet; und werden der Brennstoffbestandteil und das Oxidationsmittel durch die als Bindemittel fungierenden Hydrotalkite gebunden.

Durch diese Kombination werden die Effekte bereitgestellt, daß die Verbindungen der Tetrazolgruppe durch die Wirkung der Hydrotalkite stabil ohne die besondere Verwendung der vorstehenden Verbrennungskatalysatoren verbrennen und sich eine leicht zu reinigende Schlacke bildet.

Bei einer ebenfalls bevorzugte Ausführungsform können weiterhin wasserlösliche Polymere als Formbarkeitseinstellmittel zugegeben werden, um die Formbarkeit der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung zu verbessern. Als wasserlösliche Polymere sind Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylether, Polymaleinsäure-Copolymere, Polyethylenimin, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Natriumpolyacrylat und Ammoniumpolyacrylat zu nennen. Von diesen ist Polyvinylalkohol aufgrund einer allgemeinen Beurteilung der Kosten, Fähigkeiten und Verarbeitung bevorzugt.

Zudem können beim Formen der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung in eine vorgegebene Form ein oder mehrere Schmiermittel, die aus der Gruppe, bestehend aus Stearinsäure, Zinkstearat, Magnesiumstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat, Molybdändisulfid, Graphit, Siliciumoxidstaub und Bornitrid, ausgewählt sind, zur Verbesserung der Fließfähigkeit des Gemisches zugegeben werden. Die Zugabemenge sollte vorzugsweise 2% oder weniger der Gesamtmenge der Sprengstoff-Zusammensetzung betragen. Wenn jedoch MoS₂ (Molybdändisulfid) oder BN (Bornitrid) oder Graphit als Verbrennungskatalysator gewählt ist, kann die Zugabemenge an Schmiermittel zur Zusammensetzung verringert werden, da diese Materialien auch als Schmiermittel fungieren.

Eine kleine Menge des vorstehenden Schmiermittels kann auch für die effektive Pulverisierung des Brennstoffbestandteils und des Oxidationsmittels auf einen gewünschten Teilchendurchmesser zugegeben werden. Dadurch wird es möglich, die Konsolidierung der Teilchen miteinander während der Pulverisierung zu verhindern, so daß die Pulverisierungstätigkeit effektiv durchgeführt wird. Von den vorstehenden Schmiermitteln ist für diese bestimmte beabsichtigte Verwendung Siliciumoxidstaub am meisten geeignet, und die Zugabemenge an Schmiermittel sollte vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 2,0 Gew.-%, in Bezug auf den zu pulverisierenden Brennstoffbestandteil oder das zu pulverisierende Oxidationsmittel, liegen.

Das gaserzeugende Mittel wird wie folgt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung hergestellt. (a) Die vorstehenden Verbindungen der Tetrazolgruppe und (b) die vorstehenden sowohl als Oxidationsmittel als auch als Bindemittel fungierenden Hydrotalkite werden wie vorstehend erwähnt jeweils auf eine gewünschte Teilchengröße pulverisiert und, bei Bedarf zusätzlich unter selektiver Zugabe (c) des vorstehenden Verbrennungskatalysators, Formbarkeitmodifizierungsmittels und Schmiermittels, vermischt, und anschließend wird das Gemisch auf gewöhnliche Weise in eine Form gefüllt und in eine saubere Tablettenform oder scheibenförmige Form gepreßt. Es gibt hinsichtlich der Form und Größe der formbaren Teile keine besondere Einschränkung, so daß die formbaren Teile in verschiedenen Größen und Formen geformt werden können.

Auch das Verstärkungsmittel wird wie folgt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung hergestellt. Die entsprechenden Komponenten werden ebenso wie im Fall des vorstehend beschriebenen gaserzeugenden Mittels pulverisiert und vermischt, und anschließend wird das Gemisch in eine körnige Form geformt. Da insbesondere gefordert ist, daß das Verstärkungsmittel mit einer größeren Verbrennungsgeschwindigkeit als das gaserzeugende Mittel verbrennt, wird das Verstärkungsmittel vorzugsweise in eine körnige Form mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1,0 mm, insbesondere im Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm geformt. Es ist nicht erforderlich, daß das Zusammensetzungsverhältnis vom Fall der Bildung des gaserzeugenden Mittels deutlich verschieden ist.

Die preßgeformten gaserzeugenden Mittel oder die Körner der Verstärkungsmittel können nach dem Preßformen oder dem Formen zu Körnern für etwa 2 bis 24 Stunden bei 100 bis 120°C hitzebehandelt werden, so daß die gaserzeugenden Mittel oder die Verstärkungsmittel eine Beständigkeit gegenüber Verschlechterung durch Alterung erhalten. Insbesondere ist bei Körnern, die die vorstehende Hitzebehandlung erfahren haben, die Verschlechterung durch Alterung der Körner selbst bei einem harten Wärmealterungsbeständigkeitstest von 107°C für 400 Stunden gering. Die Wirkung einer Hitzebehandlung von weniger als 2 Stunden ist nicht ausreichend, und die Wirkung der Hitzebehandlung von mehr als 24 Stunden ist bedeutungslos, weshalb der Zeitraum der Hitzebehandlung genau aus dem Bereich von 2 bis 24 Stunden, vorzugsweise von 5 bis 20 Stunden, ausgewählt werden sollte. Zudem ist eine Hitzebehandlung bei weniger als 100°C nicht wirkungsvoll, und eine Hitzebehandlung bei mehr als 120°C kann eher eine Verschlechterung als eine Verbesserung hervorrufen, weshalb die Temperatur bei der Hitzebehandlung aus dem Bereich von 100 bis 120°C, vorzugsweise von 105 bis 115°C, ausgewählt werden sollte.

Nachstehend wird eine genaue Beschreibung bevorzugter erfindungsgemäßer Beispiele im Vergleich zum Stand der Technik und zu Vergleichsbeispielen gegeben. Zunächst wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele die durch die erfindungsgemäß als Bindemittel dienenden Hydrotalkite bereitgestellte Funktion und Wirkung beschrieben.

Beispiel 1
39,2 Gewichtsteile von als Brennstoffbestandteil verwendetem 5-Aminotetrazol (5-ATZ), 55,7 Gewichtsteile von als Oxidationsmittel verwendetem Kaliumperchlorat (KClO₄) sowie 5,1 Gewichtsteile von als Bindemittel verwendetem HTS (Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O) wurden zusammengemischt und weiterhin mit einer geringen Menge Wasser versetzt und 10 Minuten mittels eines Rührgeräts geknetet. Danach ließ man das Gemisch durch eine Sieböffnung von 1 mm laufen, um Teilchen auszusieben. Nach dem Erhitzen und Trocknen des gesiebten Gemisches wurden 0,2 Gewichtsteile Magnesiumstearat (St-Mg) als Schmiermittel zugegeben und vermischt, um die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung zu erhalten. Hierbei sind die vorstehenden 0,2 Gewichtsteile als äußerer Prozentwert ausgedrückt, d.h. als 0,2 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des vorstehenden gesiebten Gemisches. Dann wurde das erhaltene Gemisch mit einem Tablettenherstellungsgerät vom Rotationstyp preßgeformt, um scheibenförmige Gaserzeugungstabletten mit einem Durchmesser von 7,0 mm und einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Die so erhaltenen Tabletten wurden mit einem Härtemeßgerät auf ihre Bruchfestigkeit bezüglich der Richtung des Durchmessers untersucht (die gemessenen Werte wurden als Mittelwert der Bruchfestigkeit von 20 Tabletten ausgedrückt; gleiches gilt für das nachstehende). Die Tabletten wurden einem Verbrennungstest unterzogen. Ein geschlossener Behälter aus Edelstahl, der eine Tabletten-Verbrennungskammer von 40 cm³, eine Rückstandsreinigungskammer von 960 cm³, eine Edelstahlplatte mit 7 Löchern von 10 mm Durchmesser an der Grenze zwischen der Tabletten-Verbrennungskammer und der Rückstandsreinigungskammer, ein auf der Edelstahlplatte angebrachtes Drahtgeflecht aus Edelstahl (lichte Maschenweite 0,84 mm (20 mesh) und 0,4 mm Drahtdurchmesser) sowie eine auf der Edelstahlplatte angebrachte Aluminiumfolie (50 μm Dicke) umfaßt, wurde für die Durchführung des Verbrennungstests hergestellt. Die Tabletten wurden in die Tabletten-Verbrennungskammer gegeben. Beim Verbrennungstest wurden die gaserzeugenden Mittel mit einer elektrischen Zündvorrichtung gezündet, und der erzeugte Druck wurde über eine Druckerfassungsvorrichtung mit einem Oszilloskop beobachtet, um die Zeit zu bestimmen, die erforderlich ist, bis der erzeugte Druck den maximalen Druck erreicht.
Weiterhin wurden die Tabletten einem Wärmeschocktest unterworfen, wozu sie in einen Aluminiumbehälter eingeschlossen wurden. Beim Wärmeschocktest wurden die Umgebung 200-mal zwischen 30 Minuten bei –40°C und 30 Minuten bei 90°C geändert. Vor und nach dem Wärmeschock wurden ein Tablettenbruchtest mittels Druck und ein Verbrennungstest durchgeführt. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
TABELLE 1 (Tabelle der vergleichenden Testergebnisse hinsichtlich der Wirkung des Bindemittels)

*: Die Zugabemenge des Schmiermittels ist als äußerer Prozentwert ausgedrückt.

Beispiel 2
35,7 Gewichtsteile von als Brennstoffbestandteil verwendetem 5-ATZ, 59,5 Gewichtsteile von als Oxidationsmittel verwendetem Kaliumnitrat (KNO₃) sowie 4,8 Gewichtsteile von als Bindemittel verwendetem HTS wurden zusammengemischt und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 zu Körnern geformt. Anschließend wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem Molybdändisulfid (MoS₂), als äußerer Prozentwert ausgedrückt, mit dem Gemisch vermischt, und nachfolgend wurde das Gemisch auf entsprechende Weise zu Tabletten preßgeformt. Die so erhaltenen Tabletten wurden den gleichen Tests wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 3
41,0 Gewichtsteile von als Brennstoffbestandteil verwendetem 5-Aminotetrazolnatriumsalz (5-ATZ-Na), 54,2 Gewichtsteile von als Oxidationsmittel verwendetem KNO₃ sowie 4,8 Gewichtsteile von als Bindemittel verwendetem Pyroaurit wurden zusammengemischt und auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 zu Körnern geformt. Dann wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem Graphit, als äußerer Prozentwert ausgedrückt, zugegeben und damit vermischt, und nachfolgend wurde das Gemisch auf entsprechende Weise zu Tabletten preßgeformt. Die so erhaltenen Tabletten wurden den gleichen Tests wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 1
34,3 Gewichtsteile von als Brennstoffbestandteil verwendetem 5-ATZ, 61,0 Gewichtsteile von als Oxidationsmittel verwendetem Strontiumnitrat [Sr(NO₃)₂] sowie 4,7 Gewichtsteile von als Bindemittel verwendetem Bentonit wurden zusammengemischt und auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 zu Körnern geformt. Dann wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem Zinkstearat (St-Zn), als äußerer Prozentwert ausgedrückt, zugegeben und damit vermischt, und nachfolgend wurde das Gemisch auf entsprechende Weise zu Tabletten preßgeformt. Die so erhaltenen Tabletten wurden zu Vergleichszwecken den gleichen Tests wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2
39,2 Gewichtsteile von als Brennstoffbestandteil verwendetem 5-ATZ, 55,7 Gewichtsteile von als Oxidationsmittel verwendetem KClO₄ sowie 5,1 Gewichtsteile von als Bindemittel verwendetem Tricalciumphosphat (Ca₃PO₄)₂ wurden zusammengemischt und auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 zu Körnern geformt. Weiterhin wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem St-Mg, als äußerer Prozentwert ausgedrückt, zugegeben und damit vermischt, und nachfolgend wurde das Gemisch auf entsprechende Weise zu Tabletten preßgeformt. Die so erhaltenen Tabletten wurden zu Vergleichszwecken den gleichen Tests wie in Beispiel 1 unterzogen. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich war die Bruchfestigkeit der gaserzeugenden Mittel der Beispiele 1 bis 3, welche Hydrotalkite als Bindemittel enthielten, sowie des Vergleichsbeispiels 2, welches Tricalciumphosphat als Bindemittel enthielt, vor dem Wärmeschock um 98,1–147,2 N/m² (10 bis 15 Kg) höher als die Bruchfestigkeit eines herkömmlichen gaserzeugenden Mittels, das Azid als Brennstoffbestandteil enthält. Zudem war die Bruchfestigkeit der erfindungsgemäßen Tabletten nach dem Wärmeschock wenig verändert, wohingegen die der Tablette von Vergleichsbeispiel 2 auf 1/3 des Ausgangswertes oder weniger erniedrigt wurde.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 1 mit Bentonit als Bindemittel wurde bei dem Versuch, die Tabletten zur Erhöhung der Bruchfestigkeit unter Anwendung einer starken Kraft herzustellen, beim Herstellungsverfahren der Tabletten ein Abdecken oder im schlimmsten Fall ein Laminieren hervorgerufen, weshalb es nicht möglich war, die Bruchfestigkeit von 147,2 N/m² (15 kg) oder mehr zu erhalten. Zusätzlich hatte sich die Bruchfestigkeit der Tabletten der Beispiele 1 bis 3 nach dem Wärmeschocktest wenig verändert und behielten diese ihre Formen unverändert bei, wohingegen die Bruchfestigkeit der Tablette des Vergleichsbeispiels 1, das Bentonit als Bindemittel enthielt, beträchtlich vermindert wurde und zudem dessen Form teilweise zusammenfiel. Durch diese Ergebnisse wird gezeigt, daß bezüglich der beim Verbrennungstest zum Erreichen des maximalen Drucks erforderlichen Zeit (P-t max) durch die erfindungsgemäßen Tabletten zwischen vor und nach dem Wärmeschocktest kein großer Unterschied und somit eine langanhaltende Stabilität bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu zeigt die Tablette von Vergleichsbeispiel 1 die gleiche heftige Verbrennungsgeschwindigkeit wie im Fall der Verbrennung von Pulver und die Tablette von Vergleichsbeispiel 2 eine zum frühen Stadium zweifache oder noch höhere Verbrennungsgeschwindigkeit, so daß diese beiden Vergleichsbeispiele mangelnde Stabilität aufweisen.
Nachstehend wird die Funktion und Wirkung des Verbrennungskatalysators in Kombination mit den erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen der Tetrazolgruppe und Hydrotalkiten anhand der folgenden Beispiele beschrieben.
Beispiel 4
Der Brennstoffbestandteil wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger wurden im voraus zum 5-ATZ gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte 5-ATZ wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 30 μm. Anschließend wurden 34,1 Gewichtsteile 5-ATZ (einschließlich 0,3 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Brennstoffbestandteil verwendet.
Das Oxidationsmittel wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub wurden im voraus zu Kaliumnitrat (KNO₃) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte Kaliumnitrat (KNO₃) wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 25 μm. Anschließend wurden 56,8 Gewichtsteile Kaliumnitrat (einschließlich 0,6 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Oxidationsmittel verwendet.
4,6 Gewichtsteile HTS wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. 4,5 Gewichtsteile verschiedener Arten von Verbrennungskatalysatoren wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 30 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 2 μm.
Der/das vorstehende Brennstoffbestandteil, Oxidationsmittel, HTS und entsprechende Verbrennungskatalysator wurden in einem Vee-Mischgerät vollständig miteinander vermischt. Dann wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem Magnesiumstearat (St-Mg), ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zugegeben und damit vermischt. Anschließend wurde das Gemisch in eine bestimmte Form gefüllt und in eine Tablettenform preßgeformt, um Tabletten von gaserzeugenden Mitteln mit einem Durchmesser von 7 mm, einer Dicke von 4 mm und einem Gewicht von etwa 250 mg zu erhalten.
Entsprechend wurde der Brennstoffbestandteil auf folgende Weise hergestellt.
1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger wurden im voraus zu 5-Amino tetrazolkaliumsalz (5-ATZ-K) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte 5-ATZ-K wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 30 μm. Anschließend wurden 42,0 Gewichtsteile 5-ATZ-K (einschließlich 0,42 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Brennstoffbestandteil verwendet.
Das Oxidationsmittel wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub wurden im voraus zu Kaliumnitrat (KNO₃) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte KNO₃ wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 25 μm. Anschließend wurden 48,9 Gewichtsteile KNO₃ (einschließlich 0,48 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Oxidationsmittel verwendet.
4,6 Gewichtsteile HTS wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. 4,5 Gewichtsteile verschiedener Arten von Verbrennungskatalysatoren wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 30 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 2 μm.
Der/das vorstehende Brennstoffbestandteil, Oxidationsmittel, HTS und die verschiedene Arten von Verbrennungskatalysatoren wurden in einem Vee-Mischgerät vollständig miteinander vermischt. Dann wurden 0,2 Gewichtsteile St-Mg als Schmiermittel, ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zugegeben und damit vermischt, anschließend wurde das Gemisch in eine bestimmte Form gefüllt und in eine Tablettenform preßgeformt. Es wurden Tabletten von gaserzeugenden Mitteln mit einem Durchmesser von 7 mm, einer Dicke von 4 mm und einem Gewicht von etwa 250 mg erhalten. Weiterhin wurden entsprechende Tabletten mit der Ausnahme, daß keine Verbrennungskatalysatoren eingeschlossen wurden, ebenfalls für Vergleichszwecke hergestellt. Diese verschiedenen Tabletten wurden wie folgt für fortlaufende Verbrennungstests verwendet. Die Tabletten wurden bis zum Auftreten einer Zündung einer Gasbrennerflamme ausgesetzt, danach sofort von der Flamme entfernt und hinsichtlich der fortlaufenden Verbrennung überprüft. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
In Tabelle 2 ist gezeigt, daß eine einfache Kombination (Nr. 30) aus lediglich 5-ATZ und KNO₃ eine Unterbrechung der Verbrennung hervorrief und als gaserzeugendes Mittel schwer zu verwenden war, wohingegen die Beispiele 1 bis 18, bei denen der Verbrennungskatalysator verwendet wurde, eine vollständige Verbrennung der gaserzeugenden Mittel ohne unverbrannte Rückstände ermöglichten. Es ist auch gezeigt, daß die bei den Vergleichsbeispielen 31 und 32 verwendeten CuO und TiO₃ jeweils eine geringe Wirkung als Verbrennungskatalysator zeigten und die gleiche Unterbrechung der Verbrennung wie beim Fall ohne Zugabe eines Verbrennungskatalysators hervorriefen. Daher waren diese Vergleichsbeispiele als gaserzeugende Mittel etwas unterlegen.
TABELLE 2 (Tabelle der von den verschiedenen Arten von Verbrennungskatalysatoren bereitgestellten Testergebnisse der fortlaufenden Verbrennung)
Nachstehend wird eine Beschreibung des Sicherheitstests von Beispielen der erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzung im Vergleich zu Vergleichsbeispielen gegeben.
Beispiel 5
Vier Arten von gaserzeugenden Mitteln wurden Sicherheitstests unterworfen, nämlich das im vorstehenden Beispiel 4 verwendete erfindungsgemäße gaserzeugende Mittel (Nr. 1 bis 18); das gaserzeugende Mittel Nr. 30 ohne irgendeinen Verbrennungskatalysator; das gaserzeugende Mittel Nr. 33 mit bekanntem Natriumazid als Hauptbestandteil; und das gaserzeugende Mittel Nr. 34, welches Kaliumperchlorat (KClO₄) als Oxidationsmittel enthält und auf die in Beispiel 4 beschriebene Weise neu hergestellt wurde. Die Sicherheitstests bestanden in einem Fallhammer-Empfindlichkeitstest und in einem Reibungs-Empfindlichkeitstest gemäß den Erfordernissen des JIS K4801. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt, wobei bei Nr. 33 ein bekanntes gaserzeugendes Mittel mit Natriumazid als Brennstoffbestandteil und bei Nr. 34 ein bekanntes gaserzeugendes Mittel auf Tetrazolbasis, das ein Gemisch aus 41,2 Gewichtsteilen 5-ATZ als Brennstoffbestandteil und 58,8 Gewichtsteilen KClO₄ als Oxidationsmittel ohne irgendeinen Verbrennungskatalysator und Hydrotalkit ist, verwendet wurde.
In den Spalten von Tabelle 3 mit den Testergebnissen steigt der Sicherheitsgrad entsprechend dem numerischen Wachstum, wohingegen die Empfindlichkeit gegenüber dem Fallhammer und der Reibung sinkt.
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, werden durch die Kombination Nr. 30 aus 5-ATZ und Nitrat nicht nur beim Fallhammertest, sondern auch beim Reibungstest hohe Sicherheitswerte erreicht, verglichen mit dem gaserzeugenden Mittel Nr. 33 mit Natriumazid als Hauptbestandteil.
Weiterhin wurde diese hohe Sicherheit beibehalten, wenn weiterhin der Verbrennungskatalysator damit kombiniert wurde (Nr. 1 bis 18). Andererseits stellte sich bei einer einfachen Kombination aus lediglich Tetrazolen und Nitrat wie vorstehend erwähnt ein Problem hinsichtlich der Verbrennungsfähigkeit. Die Probe Nr. 34, bei welcher einfach Nitrat durch Perchlorat ersetzt war, um eine Verbesserung der Verbrennungsfähigkeit zu versuchen, wies auch im wesentlichen die gleiche Sicherheit wie das gaserzeugende Mittel auf, bei welchem Natriumazid als Hauptbestandteil eingeschlossen war. Dies zeigt, daß es hinsichtlich der Verbesserung der Sicherheit nutzlos war, das Metallazid durch die Tetrazole zu ersetzen.
TABELLE 3 (Tabelle der von den verschiedenen Arten von Verbrennungskatalysatoren bereitgestellten Testergebnisse des Fallhammer-Empfindlichkeitstests und des Reibungsempfindlichkeitstests)
Nachstehend wird eine Beschreibung der Verbrennungseigenschaften des erfindungsgemäßen gaserzeugenden Mittels, bei welchem Tetrazole verwendet werden, im Vergleich zu Vergleichsbeispielen gegeben.
Beispiel 6
Es wurden jeweils drei Arten von gaserzeugenden Mitteln in derartige Gaserzeugungsvorrichtungen 1 gegeben, wie sie in 1 gezeigt sind, um 60-Liter-Tanktests unterworfen zu werden, nämlich 30 g des gleichen gaserzeugenden Mittels wie Nr. 3 in Beispiel 4, bei welchem MoO₃ als Verbrennungskatalysator verwendet wird, 30 g des gleichen gaserzeugenden Mittels wie Nr. 4 in Beispiel 4, bei welchem MoS₂ als Verbrennungskatalysator verwendet wird, und 30 g des gleichen gaserzeugenden Mittels wie Nr. 30 (Vergleichsbeispiel) in Beispiel 4, bei welchem kein Verbrennungskatalysator verwendet wird.
Die in 1 gezeigte Gaserzeugungsvorrichtung 1 ist durch zwei innere Trennwände a, b und eine äußere Wand c in eine innerste Kammer A zur Zündung, eine Zwischenkammer B zur Verbrennung und eine äußerste Kammer C zum Filtrieren getrennt. In der Zündkammer A ist eine Zündvorrichtung 2, die durch einen von außen durch eine elektrische Leitung kommenden elektrischen Strom gezündet wird, sowie ein durch die Zündvorrichtung 2 gezündetes Verstärkungsmittel 3 bereitgestellt. Ein durch die Verbrennung des Verstärkungsmittels 3 gebildetes Gas mit hoher Temperatur strömt durch in der inneren Trennwand a ausgebildete Entzündungslöcher 4, um gaserzeugende Mittel 5 zu verbrennen, die in einen in der Verbrennungskammer B angeordneten (nicht gezeigten) geschlossenen Behälter gefüllt sind. Das durch die Verbrennung der gaserzeugenden Mittel 5 gebildete Gas strömt durch in der Trennwand b ausgebildete erste Gasauslaßöffnungen 6 in die Filterkammer C. Mittels der Filter 7 in der Filterkammer C wird das Gas gekühlt und im Gas enthaltene Schlacke entfernt, und anschließend wird das Gas aus in der äußeren Trennwand c ausgebildeten zweiten Gasauslaßöffnungen 8 ausgestoßen.
Bei der wie vorstehend aufgebauten Gaserzeugungsvorrichtung wird die Ausströmungsgeschwindigkeit des Gases durch die Öffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen 6 bestimmt. Wenn die Öffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen 6 für eine in der Verbrennungskammer B gebildete Gasmenge zu klein sind, steigt der Innendruck in der Verbrennungskammer B mit der Zeit an und erhöht sich die Verbrennungsgeschwindigkeit wie in der vorstehenden Formel (5) gezeigt, was in extremen Fällen eine Explosion der Gaserzeugungsvorrichtung hervorruft. Wenn andererseits die Öffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen 6 für eine in der Verbrennungskammer B gebildete Gasmenge zu groß sind, steigt der Innendruck in der Verbrennungskammer B nicht an und sinkt die Verbrennungsgeschwindigkeit. Entsprechend wurden für die Beispiele drei Arten von Gaserzeugungsvorrichtungen mit Gesamtöffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen 6 von jeweils 200 mm², 300 mm² und 400 mm² für 60-Liter-Tanktests verwendet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Der 60-Liter-Tanktest ist ein Test zur Messung von Änderungen des Innendrucks P eines geschlossenen 60-Liter-Tanks, in den die Gaserzeugungsvorrichtung eingesetzt und betrieben wurde. Bei diesem Test wird bezüglich der Zeit t das in 2 gezeigte P-t-Diagramm erhalten. In 2 bezeichnet t₀ den Zeitpunkt, an dem der Betrieb der Gaserzeugungsvorrichtung begann; t₁ bezeichnet den Zeitpunkt, an dem der Druck P den maximalen Wert P_m erreichte, und t_m bezeichnet die zum Erreichen des maximalen Drucks erforderliche Zeit (t₁–t₀). Im P-t-Diagramm ist die Verbrennungsgeschwindigkeit hoch, wenn der Druck P durch eine scharf ansteigende Kurve wiedergegeben wird, und bei zu hohem P_m besteht die Gefahr eines möglichen Auftretens einer Explosion der Gaserzeugungsvorrichtung. Zudem wird für die Ausdehnung des Airbags viel Zeit benötigt, wenn t_m zu groß ist. Dies bedeutet, daß das gaserzeugende Mittel als gaserzeugendes Mittel für einen Airbag ungeeignet ist, da der Airbag augenblicklich ausgedehnt werden muß. Daher ist in den Beispielen der bevorzugte Bereich für P_m auf einen Bereich von 150 bis 250 kPa und der für t_m auf einen Bereich von 150 ms oder weniger festgelegt, obwohl sich diese Bereiche für P_m und T_m mit der Größe des Airbags, der Befestigungsposition des Airbags sowie dessen Verwendung (Verwendung für den Fahrersitz, für einen Beifahrersitz, für Seitenaufprallschutz usw.) ändern.
Aus Tabelle 4 ist zu entnehmen, daß in allen Fällen mit sinkender Gesamtöffnungsfläche der ersten Gasauslaßöffnungen der maximale Druck P_m ansteigt und ebenfalls die zum Erreichen des maximalen Drucks erforderliche Zeit t_m sinkt. Aus diesen Tatsachen ergibt sich die Tendenz, daß die Verbrennung mit sinkenden Gesamtöffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen vereinfacht wird. Insbesondere wurde unter der Bedingung C selbst im Fall des Vergleichsbeispiels Nr. 30 ohne Verbrennungskatalysator ein der vorliegenden Erfindung ähnlicher Verbrennungszustand erhalten. Unter den beiden Bedingungen A und B wurden jedoch beim Vergleichsbeispiel Nr. 30 ohne Verbrennungskatalysator unverbrannte Rückstände gebildet und betrug t_m 2 Sekunden. Die 2 Sekunden für t_m waren für ein Aufblasen eines Airbags zu lange. Im Gegensatz dazu wurden die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen in allen Fällen vollständig verbrannt und lagen hierbei die Werte von P_m und t_m in den bevorzugten Bereichen. Dies bedeutet, daß diese Sprengstoff-Zusammensetzungen einen sehr breiten stabilen Verbrennungsbereich aufweisen, woraus ersichtlich ist, daß die strukturelle Ausgestaltung der Gaserzeugungsvorrichtung deutlich vereinfacht werden kann.
Tabelle 4 (Ergebnis des 60-Liter-Tanktests)
Selbst die Verbrennbarkeit der Sprengstoff-Zusammensetzung, bei welcher ein Oxohalogensäuresalz verwendet wird und die Steuerung der Verbrennung schwierig war, kann durch Kombination mit dem vorstehenden Verbrennungskatalysator gesteuert werden, wie anhand der folgenden Testbeispiele beschrieben wird.
Beispiel 7
Die in den Verbrennungssteuerungstests verwendeten Sprengstoff-Zusammensetzungen sind die folgenden:
Nr. 4: Die in den Beispielen 4 und 5 erhaltene erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung, bei welcher KNO₃ als Oxidationsmittel und MoS₂ als Verbrennungskatalysator verwendet wird;
Nr. 19: Die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung mit einer Mischung aus 37,5 Gewichtsteilen 5-ATZ als Brennstoffbestandteil, 53,4 Gewichtsteilen KClO₄ als starkem Oxidationsmittel, 4,5 Gewichtsteilen Fe₂O₃ als Verbrennungskatalysator sowie 4,6 Gewichtsteilen HTS;
Nr. 30: Die in den Beispielen 4 und 5 als Vergleichsbeispiel verwendete Sprengstoff-Zusammensetzung ohne zugegebenem Verbrennungskatalysator;
Nr. 33: Die in Beispiel 2 verwendete Sprengstoff-Zusammensetzung mit Natriumazid als Hauptbestandteil; und
Nr. 35: Die als Vergleichsbeispiel verwendete Sprengstoff-Zusammensetzung, die mit der Ausnahme, daß kein Verbrennungskatalysator wie Fe₂O₃ enthalten ist, die gleiche Zusammensetzung wie Nr. 19 hat.
Jede der vorstehenden fünf Sprengstoff-Zusammensetzungen wurde in eine bestimmte Form gefüllt und preßgeformt, um einen vorgegebenen geformten Körper mit einer Höhe von 8 mm, einer Breite von 5 mm und einer Länge von 50 mm sowie einem Gewicht von etwa 3,6 g zu erhalten. Nachdem ein Epoxidharz auf die Seitenoberflächen jedes geformten Körpers aufgetragen war, wurden zwei Löcher mit einem Durchmesser von 0,5 mm in passendem Abstand in Längsrichtung in jeden geformten Körper gebohrt, und durch jedes der Löcher wurde eine Zündvorrichtung eingeführt, wodurch Teststücke hergestellt wurden.
Jedes der Teststücke wurde in einen bestimmten Behälter gegeben, der mit Stickstoff auf einen vorgegebenen Druck befüllt wurde. Das Teststück wurde zudem für die Messung der zum Ausbrennen der jeweiligen Zündvorrichtungen erforderlichen Zeit an seinem einen Ende erhitzt, um über einen Nichrom-Draht gezündet zu werden. Der Abstand zwischen den zwei Zündvorrichtungen wurde durch die Differenz zwischen den für das Ausbrennen der jeweiligen Zündvorrichtungen benötigten Zeiten geteilt, um die Verbrennungsgeschwindigkeit zu abzuschätzen. Weiterhin wurde eine Vielzahl von Verbrennungsgeschwindigkeiten unter Änderung des Drucks im Behälter von 1,013·10⁵ Pa bis 50,65·10⁵ Pa (1 bis 50 atm) bestimmt, um den Druckexponenten n unter Verwendung der vorstehenden Formel (5) zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt.
In Tabelle 5 ist gezeigt, daß bei der Verwendung des starken Oxidationsmittels Kaliumperchlorat (KClO₄) als Oxidationsmittel der Druckexponent n im erfindungsgemäßen Beispiel Nr. 19 0,4 betrug, was in den für das gaserzeugende Mittel als bevorzugt angesehenen Bereich von 0,3 bis 0,45 fällt, wohingegen der Druckexponent n im Vergleichsbeispiel Nr. 35 ohne Verbrennungskatalysator 0,6 betrug, was für ein gaserzeugendes Mittel ein hoher Wert ist. Zusätzlich betrug bei der Verwendung von Kaliumnitrat (KNO₃) als Oxidationsmittel der Druckexponent n im erfindungsgemäßen Beispiel Nr. 4 0,3, woraus sich eine zur bekannten Sprengstoff-Zusammensetzung Nr. 33 mit Natriumazid als Hauptbestandteil entsprechende Verbrennbarkeit ergab, wohingegen der Druckexponent n im Fall von Nr. 30 ohne Verbrennungskatalysator 0,5 betrug, was für ein gaserzeugendes Mittel ein hoher Wert ist.
Durch diese Tatsache wird belegt, daß der erfindungsgemäße Verbrennungskatalysator auch die Funktion der Verringerung der Druckexponenten n hat. Durch diese Tatsache wird weiterhin belegt, daß selbst der Druckexponent n der bekannten Kombination aus Tetrazolen und Oxohalogensäuresalzen wie Kaliumperchlorat mit starker Oxidationskraft durch Zugabe einer vorbestimmten Menge Verbrennungskatalysator verringert werden kann. Die bekannte Kombination aus Tetrazolen und Oxohalogensäuresalzen wies zuvor bekanntlich Schwierigkeiten hinsicht lich der Steuerung der Verbrennung auf. Folglich ist die Steuerung der Verbrennung nun erleichtert.
Tabelle 5 (Testergebnis der Messung des Druckexponenten)
Nachstehend wird die von den Kombinationen der verschiedenen Verbrennungskatalysatoren mit verschiedenen Bindemitteln bereitgestellte Beziehung zwischen den Verbrennungseigenschaften und der Schlackenbildungsfähigkeit im Vergleich zwischen erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.
Beispiel 8
Der Brennstoffbestandteil wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger wurden im voraus zum 5-ATZ gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte 5-ATZ wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 25 μm. Anschließend wurden 34,1 Gewichtsteile 5-ATZ (einschließlich 0,3 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Brennstoffbestandteil verwendet.
Das Oxidationsmittel wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub wurden im voraus zu Kaliumnitrat (KNO₃) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte Kaliumnitrat (KNO₃) wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 35 μm. Anschließend wurden 56,8 Gewichtsteile Kaliumnitrat (einschließlich 0,6 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Oxidationsmittel verwendet.
4,6 Gewichtsteile verschiedener Arten von Bindemitteln wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. 4,5 Gewichtsteile verschiedener Arten von Verbrennungskatalysatoren wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 30 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 2 μm.
Der/das vorstehende Brennstoffbestandteil, Oxidationsmittel, entsprechende Bindemittel und entsprechende Verbrennungskatalysator wurden in einem Vee-Mischgerät vollständig miteinander vermischt. Dann wurden 0,1 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem St-Mg, ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zugegeben und damit vermischt. Anschließend wurde das Gemisch in eine bestimmte Form gefüllt und in eine Tablettenform preßgeformt, um Tabletten von gaserzeugenden Mitteln mit einem Durchmesser von 7 mm, einer Dicke von 4 mm und einem Gewicht von etwa 250 mg zu erhalten.
Entsprechend wurde der Brennstoffbestandteil auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger wurden im voraus zu 5-Aminotetrazolkaliumsalz (5-ATZ-K) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte 5-ATZ-K wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 25 μm. 42,0 Gewichtsteile 5-ATZ-K (einschließlich 0,42 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) wurden als Brennstoffbestandteil verwendet.
Das Oxidationsmittel wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub wurden im voraus zu Kaliumnitrat (KNO₃) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte KNO₃ wurde auf einen Teilchendurchmesser von 100 μm oder weniger pulverisiert. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 35 μm. 48,9 Gewichtsteile KNO₃ (einschließlich 0,48 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) wurden als Oxidationsmittel verwendet.
4,6 Gewichtsteile verschiedener Arten von Bindemitteln wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. 4,5 Gewichtsteile verschiedener Arten von Verbrennungskatalysatoren wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 30 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 2 μm.
Der/das vorstehende Brennstoffbestandteil, Oxidationsmittel, entsprechende Bindemittel und entsprechende Verbrennungskatalysator wurden in einem Vee-Mischgerät vollständig miteinander vermischt. Dann wurden 0,1 Gew.-% St-Mg als Schmiermittel, ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zugegeben und damit vermischt, anschließend wurde das Gemisch in eine bestimmte Form gefüllt und in eine Tablettenform preßgeformt. Es wurden Tabletten von gaserzeugenden Mitteln mit einem Durchmesser von 7 mm, einer Dicke von 4 mm und einem Gewicht von etwa 250 mg erhalten.
Weiterhin wurden entsprechende Tabletten mit der Ausnahme, daß keine Bindemittel eingeschlossen wurden, ebenfalls für Vergleichszwecke hergestellt. Diese verschiedenen Tabletten wurden wie folgt für Tests hinsichtlich der fortlaufenden Verbrennung und der Schlackenbildungsfähigkeit verwendet. Die Tabletten wurden bis zum Auftreten einer Zündung einer Gasbrennerflamme ausgesetzt, danach sofort von der Flamme entfernt und anschließend hinsichtlich der fortlaufenden Verbrennung und der Schlackenbildungsfähigkeit überprüft. Die Testergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.
In Tabelle 6 ist gezeigt, daß selbst die Kombinationen aus Tetrazolen und Nitraten durch Zugabe von Verbrennungskatalysatoren vollständig verbrannten (Nr. 101 bis 116). Zudem wird durch die Kombinationen aus Tetrazolen, Nitraten und Verbrennungskatalysatoren, welche ein Hydrotalkit enthalten (Nr. 101–116), Schlackenbildung bereitgestellt, wohingegen bei den Beispielen, bei denen kein Hydrotalkit enthalten war (Nr. 130–132), trotz vollständiger Verbrennung keine Schlackenbildung bereitgestellt wird.
TABELLE 6 (Tabelle der von den verschiedenen Arten von Verbrennungskatalysatoren und Bindemitteln bereitgestellten Testergebnisse der fortlaufenden Verbrennung und Schlackenbildungsfähigkeit)
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der von den Kombinationen aus verschiedenen Bindemitteln und Verbrennungskatalysatoren bereitgestellten Wärmeschockeigenschaften anhand eines Vergleichs zwischen erfindungsgemäßen Beispielen und Vergleichsbeispielen.
Beispiel 9
Die in Beispiel 8 verwendeten Sprengstoff-Zusammensetzungen Nr. 101–116 und 130–132 wurden für einen Test hinsichtlich des Zusammenbrechens von Tabletten durch Druck und für einen Verbrennungstest in einem 1-l-Behälter verwendet. Der Test hinsichtlich des Zusammenbrechens von Tabletten durch Druck wurde vor und nach einem Wärmeschocktest durchgeführt. Der Wärmeschocktest war ein Test, bei welchem ein Wärmezyklus von 30 Minuten bei –40°C und 30 Minuten bei +90°C 200-mal wiederholt wurde. Der Verbrennungstest im 1-l-Behälter wurde ebenfalls vor und nach einem Wärmeschocktest durchgeführt. Der Verbrennungstest im 1-l-Behälter war ein Test, bei welchem die Zeit t-P_max (ms) von 10 g einer Sprengstoff-Zusammensetzung in einem geschlossenen 1-l-Behälter gemessen wurde. Die Zeit t-P_max ist die Zeit, welche der Innendruck des Behälters nach einer Zündung der Sprengstoff-Zusammensetzung bis zum Erreichen des maximalen Drucks benötigt.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt. In Tabelle 7 ist gezeigt, daß durch die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen Nr. 101–116, bei welchen Hydrotalkit als Bindemittel verwendet wird, bei den Ergebnissen des Tests hinsichtlich des Zusammenbrechens der Tabletten durch Druck vor und nach dem Wärmeschocktest kein großer Unterschied bereitgestellt wird. Auch bei den Ergebnissen des Verbrennungstests in einem 1-l-Behälter vor und nach dem Wärmeschocktest gab es keinen großen Unterschied. Im Gegensatz dazu brachen die Tabletten der Vergleichsbeispiele Nr. 130–132, bei welchen kein Hydrotalkit zugesetzt war, beim Test hinsichtlich des Zusammenbrechens der Tabletten nach dem Wärmeschocktest zusammen.
Tabelle 7 (Tabelle der von den verschiedenen Arten von Verbrennungskatalysatoren und Bindemitteln bereitgestellten Ergebnisse des Wärmeschocktests)
Nachstehend werden Beispiele beschrieben, bei denen die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen als Verstärkungsmittel verwendet werden.
Beispiel 10
Es wurden die gleichen Bestandteile wie in Beispiel 8 (erfindungsgemäße Beispiele 103 und 110 sowie Vergleichsbeispiel Nr. 130) vollständig miteinander vermischt, und an schließend wurde das Gemisch pulverisiert. Somit wurden Körnern mit einem Durchmesser von 0,5 mm als Verstärkungsmittel erhalten.
1 g des jeweiligen Verstärkungsmittels und 35 g eines gaserzeugenden Mittels mit der gleichen Zusammensetzung wie das Verstärkungsmittel wurden in eine entsprechende Gaserzeugungsvorrichtung mit der gleichen Struktur wie in 1 gezeigt gefüllt. Die gleichen 60-Liter-Tanktests wie im Fall von Beispiel 6 wurden unter Verwendung der vorstehenden Gaserzeugungsvorrichtungen durchgeführt, um die P-t-Kurve zusammen mit dem Verbrennungszustand und der Menge an aus der Gaserzeugungsvorrichtung abgegebener Schlacke zu ermitteln. In diesen Beispielen wurde wie im Fall von Beispiel 6 ebenfalls ein bevorzugter Bereich für den maximalen Druckwert P_m auf den Bereich von 150 bis 250 kPa, eine bevorzugte Zeit t_m, die für das Erreichen des maximalen Drucks benötigt wird, auf den Bereich von 150 ms oder weniger und eine bevorzugte Schlackenabgabemenge auf 2 g oder weniger festgelegt.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt. Aus Tabelle 8 ist zu entnehmen, daß in allen Fällen mit sinkenden Gesamtöffnungsflächen der ersten Gasauslaßöffnungen der maximale Druck P_m ansteigt und auch die für das Erreichen des maximalen Drucks erforderliche Zeit t_m verringert wird, was ebenso wie im Fall von Beispiel 6 die Verbrennung erleichtert. Das Vergleichsbeispiel Nr. 130, bei welchem kein Hydrotalkit verwendet wurde, ergab befriedigende Ergebnisse sowohl für den Druck P_m als auch für die Zeit t_m, führte aber zu einer großen Menge abgegebener Schlacke, was zeigt, daß sich keine filtrierbaren Schlacken bildeten.
Im Gegensatz dazu waren bei den erfindungsgemäßen Beispielen Nr. 103 und 110 die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen vollständig verbrannt, fielen die Werte für P_m und t_m in die bevorzugten Bereiche und ergab sich ebenfalls nur eine geringe Menge abgegebener Schlacke von etwa 1 g. Dies bedeutet, daß diese Sprengstoff-Zusammensetzungen einen sehr breiten stabilen Verbrennungsbereich aufweisen, woraus ersichtlich ist, daß die strukturelle Gestaltung der Gaserzeugungsvorrichtung deutlich vereinfacht werden kann. Durch diese Ergebnisse wird zudem bestätigt, daß die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen als Verstärkungsmittel vollständig verwendbar sind.
Tabelle 8 (Ergebnis des 60-Liter-Tanktests)
Im vorstehenden Beispiel 7 wurde beschrieben, daß selbst die Verbrennbarkeit von Sprengstoff-Zusammensetzungen, bei denen Oxohalogensäuresalze verwendet werden und die Schwierigkeiten hinsichtlich der Steuerung der Verbrennung zeigten, durch Kombination mit den vorstehend genannten Verbrennungskatalysatoren gesteuert werden konnte. Nachstehend erfolgt eine Be schreibung von Testbeispielen, bei denen die Sprengstoff-Zusammensetzungen weiterhin mit den erfindungsgemäßen Verbrennungskatalysatoren und Bindemitteln kombiniert sind.
Beispiel 11
Die bei den Tests verwendeten Sprengstoff-Zusammensetzungen waren die folgenden:
Nr. 103: Die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung, bei welcher wie in den Beispielen 8 und 9 jeweils KNO₃ und MoO₃ als Oxidationsmittel und Verbrennungskatalysator verwendet und weiterhin HTS als Bindemittel verwendet wurden;
Nr. 119: Die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung, bei welcher 37,5 Gewichtsteile 5-ATZ, 53,4 Gewichtsteile Kaliumperchlorat als starkes Oxidationsmittel, 4,5 Gewichtsteile Fe₂O₃ als Verbrennungskatalysator und 4,6 Gewichtsteile HTS als Bindemittel vermischt wurden;
Nr. 130: Die gleiche Sprengstoff-Zusammensetzung, die in den Beispielen 9 und 11 verwendet wurde, allerdings ohne Bindemittel; und
Nr. 133: Die gleiche Sprengstoff-Zusammensetzung wie Nr. 119 mit der Ausnahme, daß kein Fe₂O₃ als Verbrennungskatalysator verwendet wurde; dies ist ein Vergleichsbeispiel.
Die vorstehenden Sprengstoff-Zusammensetzungen wurden jeweils preßgeformt, um ebenso wie in Beispiel 7 einen vorgegebenen geformten Körper mit einer Höhe von 8 mm, einer Breite von 5 mm und einer Länge von 50 mm sowie einem Gewicht von etwa 3,6 g zu erhalten.
Die so hergestellten Sprengstoff-Zusammensetzungen wurden herangezogen, um auf die gleiche Testweise wie in Beispiel 4 die Verbrennungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.
In Tabelle 9 ist gezeigt, daß selbst bei der Verwendung des starken Oxidationsmittels Kaliumperchlorat (KClO₄) als Oxidationsmittel der Druckexponent n im erfindungsgemäßen Beispiel Nr. 119 0,4 betrug, wohingegen der Druckexponent n im Vergleichsbeispiel Nr. 133, bei welchem kein Verbrennungskatalysator eingeschlossen war, 0,6 betrug, was für ein gaserzeugendes Mittel ein hoher Wert ist. Zusätzlich hatte selbst bei der Verwendung von Kaliumnitrat (KNO₃) als Oxidationsmittel der Druckexponent n in den Beispielen Nr. 103 und 130, welche die Verbrennungskatalysatoren enthielten, den in den als für die Gaserzeugungsvorrichtung als bevorzugt angesehenen Bereich des Druckexponenten von 0,3 bis 0,45 fallenden Wert von 0,3.
Durch diese Tatsache wird gezeigt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Bindemittel keinen Einfluß auf den Druckexponenten haben, woraus ersichtlich ist, daß die Einstellung des Druckexponenten über die Verbrennungskatalysatoren durchgeführt werden kann.
Tabelle 9 (Testergebnisse der Messung des Druckexponenten)
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der durch die erfindungsgemäßen Bindemittel und Hitzebehandlungen bereitgestellten Wärmealterungsbeständigkeitseigenschaften.
Beispiel 12
Die in Beispiel 8 erhaltenen Tabletten Nr. 103 wurden bei verschiedenen Temperaturen und über verschiedene Zeiträume hitzebehandelt, um Testtabletten Nr. 140–145 zu erhalten. Entsprechend wurden die in Beispiel 5 erhaltenen Tabletten Nr. 110 auf entsprechende Weise hitzebehandelt, um Testtabletten Nr. 150–154 zu erhalten.
Von allen Tabletten wurden 30 g in einen Aluminiumbehälter gefüllt, anschließend wurde der Behälter versiegelt und einem Wärmealterungsbeständigkeitstest bei 107°C für 400 Stunden unterworfen, um den Effekt der Hitzebehandlung durch Messung des Grads an Ausdehnung oder Bruch einer Abdeckung des Aluminiumbehälters nach dem Wärmealterungsbeständigkeitstest zu bewerten. Hierbei wurde der Versiegelungsgrad der Abdeckung derart ausgestaltet, daß diese bei einem Innendruck von 39 kPa (0,4 kgf/cm²) bricht.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt. Wie aus Tabelle 10 ersichtlich ist, wurde durch die keiner Hitzebehandlung ausgesetzten Tests Nr. 140 und 150 das Ergebnis bereitgestellt, daß die Abdeckung nach dem Wärmealterungsbeständigkeitstest geöffnet war, wohingegen durch die für 2 bis 24 Stunden bei 110°C oder mehr hitzebehandelten Tests Nr. 142–145 sowie 151–154 das Ergebnis bereitgestellt wurde, daß die Form des Behälters nach dem Wärmealterungsbeständigkeitstest nur wenig Änderung erfahren hatte, so daß durch die Hitzebehandlung ein bemerkenswerter Effekt erreicht wurde. In diesem Zusammenhang wurde durch die bei 90°C hitzebehandelte Tablette (Nr. 141) das Ergebnis bereitgestellt, daß die Abdeckung ebenso wie im Fall der Nichtanwendung einer Hitzebehandlung geöffnet war.
Diese Tatsache bedeutet, daß durch die Hitzebehandlung die Entfernung von im Rohmaterial der Sprengstoff-Zusammensetzung vorhandener Feuchtigkeit ermöglicht wird. Folglich wird ein sich aus der Anwesenheit von Feuchtigkeit ergebender schädlicher Effekt ausgeschaltet. Es ist daher bestätigt, daß die hitzebehandelte erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung eine gute Wärmealterungsbeständigkeit aufweist und ihre Fähigkeiten stabil über einen langen Zeitraum beibehält, nachdem sie in das Airbagsystem eines Automobils gegeben wurde.
Tabelle 10 (Ergebnis des Wärmealterungsbeständigkeitstests)

*1) O: Effekte wurden bereitgestellt
X: Keine Effekte wurden bereitgestellt

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung bestimmter erfindungsgemäßer Sprengstoff-Zusammensetzungen. Bei den vorstehenden Beispielen, bei denen die Tetrazole als Brennstoffbestandteil und Nitrat als Oxidationsmittel verwendet wurden, war die Anwesenheit des Verbrennungskatalysators bevorzugt, aber im Fall der Verwendung von Strontiumnitrat (Sr(NO₃)₂) als Oxidationsmittel ist der Verbrennungskatalysator nicht notwendig. Entsprechend erfolgt nachstehend eine Beschreibung dieses bestimmten Falls.
Beispiel 13
Der Brennstoffbestandteil wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub mit einem Teilchendurchmesser von 1 μm oder weniger wurden im voraus zum 5-ATZ gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte 5-ATZ wurde pulverisiert, und Körner mit einem Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger wurden als Brennstoffbestandteil erhalten. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. Anschließend wurden 33,0 Gewichtsteile 5-ATZ (einschließlich 0,33 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Brennstoffbestandteil verwendet.
Das Oxidationsmittel wurde auf folgende Weise hergestellt. 1,0 Gewichtsteile Siliciumoxidstaub wurden im voraus zu Strontiumnitrat (Sr(NO₃)₂) gegeben. Das mit dem Siliciumoxidstaub vermischte Sr(NO₃)₂ wurde pulverisiert, und Körner mit einem Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger wurden als Oxidationsmittel erhalten. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm. Anschließend wurden 62,5 Gewichtsteile Sr(NO₃)₂ (einschließlich 0,62 Gewichtsteilen Siliciumoxidstaub) als Oxidationsmittel verwendet.
4, 5 Gewichtsteile HTS (Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O) als Bindemittel wurden durch Pulverisieren auf einen Teilchendurchmesser von 50 μm oder weniger hergestellt. Der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% der Bezugsanzahl betrug 10 μm.
Der/das vorstehende Brennstoffbestandteil, Oxidationsmittel und HTS wurden in einem Vee-Mischgerät vollständig miteinan der vermischt. Anschließend wurden 0,5 Gewichtsteile Polyvinylalkohol (PVA), ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zur Vermischung tropfenweise eingesprüht. Hierbei wurde der Polyvinylalkohol (PVA) in einer vorbestimmten Menge an demineralisiertem Wasser als Formbarkeitsmodifikator im voraus gelöst. Das erhaltene Gemisch wurde zu Körnern geformt und anschließend hitzebehandelt. Nach der Hitzebehandlung wurden 0,2 Gewichtsteile von als Schmiermittel verwendetem Zinkstearat (St-Zn), ausgedrückt als äußerer Prozentwert, zugegeben und damit vermischt. Anschließend wurde das Gemisch durch ein Tablettenherstellungsgerät vom Rotationstyp in eine Tablettenform preßgeformt, um Tabletten von gaserzeugenden Mitteln mit einem Durchmesser von 5 mm, einer Dicke von 2 mm und einem Gewicht von etwa 88 mg zu erhalten. Die so erhaltenen Tabletten wurden 5 Stunden bei 110°C hitzebehandelt. Zusätzlich wurden auch gaserzeugende Mittel, die kein vorstehend genanntes HTS beziehungsweise kein PVA als Formbarkeitsmodifikator enthielten, auf die gleiche Weise wie vorstehend zu Vergleichszwecken gebildet.
Diese gaserzeugenden Mittel wurden zum Vergleich hinsichtlich Zusammenbruchfestigkeit, Abrieb und Formbarkeit der Tabletten geprüft. Zusätzlich wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 6 über den 60-Liter-Tanktest die Schlackenabgabemenge bestimmt. Der Abrieb der Tablette wurde auf die folgende Weise bestimmt. 10 g der zu prüfenden Tabletten wurden in eine rotierende Trommel mit einer freien Falldistanz von etwa 150 mm gefüllt. Die rotierende Trommel wurde 250-mal mit 25 U/min (für 10 Minuten) gedreht, und anschließend wurde das Verhältnis (%) an durch 0,5 mm-Öffnungen eines Siebs passenden Tabletten als Abrieb herangezogen.
Die Testergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt. In Tabelle 11 ist gezeigt, daß das erfindungsgemäße gaserzeugende Mittel Nr. 161, welches HTS als Bindemittel, Sr(NO₃)₂ als Oxidati onsmittel, PVA als Formbarkeitsmodifikator und Siliciumoxidstaub sowie St-Zn als Schmiermittel enthielt, hinsichtlich Zusammenbruchfestigkeit, Abrieb und Formbarkeit befriedigend war. Zudem wurde durch das gaserzeugende Mittel Nr. 161 auch eine stabile Verbrennung bewirkt sowie ebenfalls die am stärksten verringerte Schlackenabgabemenge gebildet, woraus ersichtlich ist, daß optimale gaserzeugende Mittel hergestellt worden waren. Zudem ist das erfindungsgemäße gaserzeugende Mittel Nr. 162, das keinen Formbarkeitsmodifikator enthält, hinsichtlich der Formbarkeit leicht verschlechtert, aber in den anderen Punkten mit dem vorstehenden gaserzeugenden Mittel Nr. 161 im wesentlichen identisch und führt somit zu keinen Problemen bei der Verwendung.
Andererseits war durch das gaserzeugende Mittel des Vergleichsbeispiels Nr. 171, welches kein Bindemittel enthielt, kein ausreichender Grad hinsichtlich der Zusammenbruchfestigkeit und Schlackenabgabemenge erreichbar. Daraus ist ersichtlich, daß bei den erfindungsgemäßen gaserzeugenden Mitteln Nr. 161 und 162 die Bildung einer Schlacke mit guten Reinigungseigenschaften durch die Wechselwirkung zwischen HTS und Strontiumnitrat ermöglicht wird. Andererseits wurde durch das gaserzeugende Mittel des Vergleichsbeispiels Nr. 172, welches weder Bindemittel noch Formbarkeitsmodifikator enthielt, eine weitere Verringerung der Zusammenbruchfestigkeit bereitgestellt, was zu weiteren Schwierigkeiten bei der Herstellung führt, woraus ersichtlich ist, daß dieses Mittel in der Praxis von geringem Nutzen ist.
Tabelle 11 (Testergebnisse hinsichtlich Festigkeit, Abrieb, Formbarkeit und Schlackenreinigungseigenschaft)

b) Es wurde kein Haften an einer Stange gefunden. Es trat kein Bruch der Tablette auf.
c) Es wurde ein gewisses Haften an einer Stange gefunden. Es trat kein Bruch der Tablette auf.
d) Es wurde ein deutliches Haften an einer Stange gefunden. Es trat ein häufiger Bruch von Tabletten auf.

Wie vorstehend im einzelnen aufgeführt können durch die erfindungsgemäßen Sprengstoff-Zusammensetzungen die folgenden herausstehenden Effekte bereitgestellt werden:

(1) Die Wärmeschockbeständigkeit und die Verbrennbarkeit des für die Verwendung in einem Airbag vorgesehenen gaserzeugenden Mittels, welches organische Stickstoffverbindungen gemäß Anspruch 1 als Brennstoff enthält, kann durch Verwendung einer Verbindung aus der Gruppe der Hydrotalkite als Bindemittel verbessert werden.
(2) Beim Fall der Auswahl einer Verbindung aus der Tetrazolgruppe gemäß Anspruch 1 als organische Stickstoffverbindung kann die einer bekannten Sprengstoff-Zusammensetzung mit Tetrazolen als Hauptbestandteil innewohnende Sicherheit beibehalten werden, während deren Nachteil der geringen Verbrennbarkeit durch Zugabe eines bestimmten Verbrennungskatalysators derart verändert werden kann, daß die Verbrennbarkeit verbessert ist. Zudem wird kein schädliches Verbrennungsgas gebildet, wodurch ein Airbag mit verbesserter Sicherheit bereitgestellt wird.
(3) Zudem kann selbst bei einer Kombination aus einer Verbindung der Tetrazolgruppe gemäß Anspruch 1 mit einem starken Oxidationsmittel wie einem Oxohalogensäuresalz durch die Anwesenheit eines bestimmten Verbrennungskatalysators der Druckexponent n verringert und die Verbrennung leicht gesteuert werden, so daß die Ausgestaltung einer Gaserzeugungsvorrichtung erleichtert werden kann.
(4) Selbst bei einer Kombination aus einer Verbindung der Tetrazolgruppe gemäß Anspruch 1 mit Oxidationsmitteln mit geringer Verbrennbarkeit wie Alkalimetall-, Erdalkalimetall- oder Ammoniumnitraten oder -nitriten kann durch die Anwesenheit eines bestimmten Verbrennungskatalysators die Verbrennbarkeit verbessert und stabilisiert werden, so daß die Sprengstoff- Zusammensetzungen vollständig verbrennen und die Ausgestaltung einer Gaserzeugungsvorrichtung erleichtert werden kann. Zudem kann durch die diesen Oxidationsmitteln innewohnende Erniedrigung der Verbrennungstemperatur ein Verbrennungsgas mit geringem NO_x-Gehalt erhalten werden.
(5) Selbst bei einer Kombination aus einer Verbindung der Tetrazulgruppe gemäß Anspruch 1 mit Alkalimetall- oder Erdalkalimetallnitraten oder -nitriten kann die Verbrennungsschlackenbildung durch Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittel gefördert werden, so daß eine leicht filtrierbare Schlacke gebildet wird. Als Ergebnis kann nicht nur die Ausgestaltung des Filterteils einer Gaserzeugungsvorrichtung und somit die Ausgestaltung der Gaserzeugungsvorrichtung erleichtert, sondern auch ein Reingas im Airbagsystem gebildet werden.
(6) Durch die Kombination aus der Verbindung aus der Tetrazolgruppe gemäß Anspruch 1 als Brennstoffbestandteil, Strontiumnitrat als Oxidationsmittel und einer Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe als Bindemittel können gaserzeugende Mittel bereitgestellt werden, die in Abwesenheit des vorstehenden Verbrennungskatalysators eine befriedigende Verbrennung und Schlackenreinigungseigenschaft aufweisen.
(7) Da die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung nicht nur als gaserzeugendes Mittel, sondern auch als Verstärkungsmittel verwendbar ist, ist einfach nur die Herstellung einer Art von Sprengstoff-Zusammensetzung anstatt der in jeweils getrennten Verfahren hergestellten zwei Arten von Sprengstoff-Zusammensetzungen erforderlich. Dies trägt zu einer Verringerung des Risikos beim Herstellungsverfahren bei und stellt einen großen Vorteil für einen gefährliche Arbeiten beinhaltenden Produktionsstandort von Sprengstoffvorrichtungen bereit. Weiterhin ist für die Betrachtung der Herstellung der Gaserzeugungsvorrichtung günstig, daß aufgrund der gleichen Zusammensetzung von gaserzeugendem Mittel und Verstärkungsmittel überwältigend große Mengen an Verstärkungsmittel verwendet werden können, wodurch das Erfordernis der Herstellung einer kleinen Menge Verstärkungsmittel ausgeschaltet werden kann, was zu einer Verringerung der Kosten beiträgt.
(8) Weiterhin kann durch Anwendung einer bestimmten Hitzebehandlung auf die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung nach der Bildung deren stabile Eigenschaft über einen langen Zeitraum erhalten werden.

Wie vorstehend erwähnt ist die erfindungsgemäße Sprengstoff-Zusammensetzung nicht nur als gaserzeugendes Mittel eines Airbags, sondern auch als Verstärkungsmittel und insbesondere als beim Herstellungsverfahren sichere Sprengstoff-Zusammensetzung eines Airbags verwendbar.
Wie vorstehend beschrieben wird erfindungsgemäß eine Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag, umfassend einen Brennstoffbestandteil gemäß Definition in Anspruch 1, ein Oxidationsmittel und ein Bindemittel zu deren Verbindung, wobei das Bindemittel eine Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe mit der folgenden allgemeinen Formel (1) ist. [M²⁺ _1–xM³⁺ _x(OH)₂]^x+[A^n– _x/n·m H₂O]^x– (1)wobei M²⁺ ein zweiwertiges Metall wie Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ und Zn²⁺ darstellt; M³⁺ ein dreiwertiges Metall wie Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Co³⁺ und In3+ darstellt; A^n– ein n-wertiges Anion wie OH^–, F^–, Cl^–, NO₃ ^–, CO₃ ^2–, SO₄ ^2–, Fe(CN)₆ ^3–, CH₃COO^–, Oxalation und Salicylation darstellt; und 0 < x ≤ 0,33 ist; sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt.

Claims

Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag, die aufweist: (a) einen oder mehrere Brennstoffbestandteile aus der Gruppe der Tetrazole (b) ein Oxidationsmittel zum Verbrennen der Brennstoffbestandteile; dadurch gekennzeichnet, dass der Tetrazol-Brennstoffbestandteil ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: (i) 5-Aminotetrazol, (ii) einem Alkalimetallsalz von 5-Aminotetrazol, und (iii) einem Erdalkalimetallsalz von 5-Aminotetrazol, und die Zusammensetzung ferner aufweist: (c) eine als Bindemittel zum Verbinden der Bestandteile (a) und (b) dienende Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe, die durch die folgende allgemeine Formel ausgedrückt ist: M²⁺ _1–xM³⁺ _x(OH)₂]^x+[A^n– _x/n·m H₂O]^x– wobei M²⁺ ein zweiwertiges Metallion darstellt; M³⁺ ein dreiwertiges Metallion darstellt; A^n– ein n-wertiges Anion darstellt; 0 < x ≤ 0,33 ist; und m eine positive ganze Zahl ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweiwertige Metallion M²⁺ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺ und Zn²⁺, das dreiwertige Metallion M³⁺ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Co³⁺ und In³⁺ und das n-wertige Anion ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus OH^–, F^–, Cl^–, NO₃ ^–, CO₃ ^2–, SO₄ ^2–, Fe(CN)₆ ^3–, CH₃COO^–, Oxalation und Salicylation.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Bindemittel dienende Hydrotalkitgruppe aus durch die chemische Formel Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktem Hydrotalkit oder durch die chemische Formel Mg₆Fe₂(OH)₁₆CO₃·4 H₂O ausgedrücktem Pyroaurit besteht.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe in einer Menge von 2 bis 30 Gew.-% enthalten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% enthalten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl der Verbindung aus der Hydrotalkitgruppe 30 μm oder weniger beträgt, wobei der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugszahl definiert ist durch den Bereich einer Teilchenverteilungskurve, der sich beginnend von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser ergibt, wenn 50% der Teilchen aufsummiert sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Brennstoffbestandteils 5 bis 80 μm beträgt, wobei der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugszahl definiert ist durch den Bereich einer Teilchenverteilungskurve, der sich beginnend von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser ergibt, wenn 50% der Teilchen aufsummiert sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel eines oder mehrere von Alkalimetall- oder Erdalkalimetall- oder Ammoniumnitraten oder -nitriten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel ein Gemisch aus einem oder mehreren von Alkalimetall- oder Erdalkalimetall- oder Ammoniumnitraten oder -nitriten und einem Oxohalogensäuresalz ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel Strontiumnitrat ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Oxidationsmittels 5 bis 80 μm beträgt, wobei der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugszahl definiert ist durch den Bereich einer Teilchenverteilungskurve, der sich beginnend von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser ergibt, wenn 50% der Teilchen aufsummiert sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoff-Zusammensetzung ferner wenigstens einen Verbrennungskatalysator umfasst, der aus der Gruppe, bestehend aus den Komponenten (d) oder (e) ausgewählt ist: (d): eines oder mehrere von Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Nickel, Eisen oder dem Oxid oder Sulfid davon; und (e) eines oder mehrere von Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskatalysator in einer Menge von 10 Gew.-% oder weniger enthalten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskatalysator in einer Menge von 2 bis 8 Gew.-% enthalten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Verbrennungskatalysators 10 μm oder weniger beträgt, wobei der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugszahl definiert ist durch den Bereich einer Teilchenverteilungskurve, der sich beginnend von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser ergibt, wenn 50% der Teilchen aufsummiert sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoff-Zusammensetzung ein wasserlösliches Polymer als Formbarkeitsmodifikator enthält.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer eines oder mehrere sind, die aus der Gruppe, bestehend aus Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylether, Polymaleinsäure-Copolymer, Polyethylenimid, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamid, Natriumpolyacrylat und Ammoniumpolyacrylat, ausgewählt sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wasserlösliche Polymer Polyvinylalkohol und in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gew.-% enthalten ist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoff-Zusammensetzung zusätzlich ein Schmiermittel aufweist.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel eines oder mehrere sind, die aus der Gruppe, bestehend aus Stearinsäure, Zinkstearat, Magnesiumstearat, Calciumstearat, Aluminiumstearat, Molybdändisulfid, Graphit, Siliciumoxidstaub und Bornitrid, ausgewählt sind.
Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoff-Zusammensetzung Tabletten- oder Scheibenform aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag, das aufweist: die Schritte der Vermischung der gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 11 definierten Bestandteile (a) bis (c); der Formung des Gemisches in eine vorgegebene Form; und der anschliessenden Hitzebehandlung des geformten Gemisches bei 100 bis 120°C für 2 bis 24 Stunden.
Verfahren nach Anspruch 24 dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt der Zugabe eines oder mehrerer Verbrennungskatalysatoren aufweist, die die Oxidationsreaktion steuern und ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: (i) einem oder mehreren von Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Mangan, Nickel, Eisen oder dem Oxid oder Sulfid davon; und (ii) einem oder mehreren von Kohlenstoff, Schwefel oder Phosphor.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengstoff-Zusammensetzung ein Schmiermittel zugegeben wird und sie dann geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Brennstoffbestandteils 5 bis 80 μm beträgt; der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Oxidationsmittels 5 bis 80 μm beträgt; der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Verbrennungskatalysators 10 μm oder weniger beträgt; und der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugsanzahl des Bindemittels 30 μm oder weniger beträgt, wobei der mittlere Teilchendurchmesser bei 50% einer Bezugszahl definiert ist durch den Bereich einer Teilchenverteilungskurve, der sich beginnend von der Seite der kleineren Teilchendurchmesser ergibt, wenn 50% der Teilchen aufsummiert sind.
Verwendung der Sprengstoff-Zusammensetzung für einen Airbag nach einem der Ansprüche 1 bis 22, als Zündverstärker für einen Airbag.