DE4401214C1 - Gaserzeugende Mischung - Google Patents
Gaserzeugende MischungInfo
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- C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
- C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
Description
Die Erfindung betrifft eine gaserzeugende Mischung aus
einem Brennstoff, einem Oxidator, einem Katalysator und
einem Kühlmittel.
Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch
Gasgeneratorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß
sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (< 14 mol/kg)
ermöglichen. Sie werden für Raketen- und Rohrwaffenantrie
be sowie für aufblasbare Rückhalte- (Airbag) und Rettungs
systeme verwendet. Besonders im zivilen Bereich werden
thermisch-mechanische Unempfindlichkeit und Ungiftigkeit
der Ausgangsmischungen, aber auch fehlende Toxizität bei
den entstehenden Gasen gefordert. Viele im Einsatz befind
liche Systeme erfüllen diese Forderungen nicht oder nur
sehr unzulänglich.
Die Reaktion dieser Brennstoffe mit den bisher
eingesetzten Katalysatoren und Oxidatoren zeigen eine
unbefriedigende Gaszusammensetzung und/oder ein
ungenügendes Abbrandverhalten. Hinzu kommt, daß viele
Reaktionsmischungen eine so hohe Verbrennungstemperatur
besitzen, daß - bei Airbag-Anwendungen - die thermisch
empfindlichen Sackmaterialien geschädigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Mi
schung des eingangs genannten Aufbaus, die Verbrennungs
temperatur abzusenken und die Abbrandgeschwindigkeit zu
erhöhen.
Diese an sich konträren Anforderungen werden erfindungs
gemäß dadurch erfüllt, daß der Oxidator Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂
ist und der Katalysator aus einem Metall oder einer
Metallegierung auf einem Träger besteht.
Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Oxidator ergibt
sich eine kalte und schnelle Verbrennung. Der Maximal
druck wird innerhalb Millisekunden erreicht, wobei die
Gastemperatur unterhalb schädlicher Grenzen bleibt. Bisher
notwendige Schlackenbildner, die bei bekannten Systemen
zur Bindung von Schadstoffen, z. B. Alkalioxiden, benötigt
werden, können bei der erfindungsgemäßen Mischung entfal
len, so daß eine höhere Gasausbeute erzielbar ist.
Der weiterhin erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator
dient vornehmlich der Schadgasreduzierung (CO und NO),
wobei hier der Begriff "Katalysator" im erweiterten Sinn
einen aktiven Reaktionsbestandteil bezeichnet, der selbst
umgesetzt werden kann und reaktionslenkend und/oder
reaktionsbeschleunigend wirkt. Der Träger dient dazu, die
Hauptkomponente mit einer großen spezifischen Oberfläche
und einer definierten Korngrößenverteilung vorzulegen.
Eine weitere Eigenschaft des Trägers besteht darin, durch
physikalische und/oder chemische Prozesse - in einer
speziellen Phase der Reaktion - eine Kühlwirkung zu ent
falten, die über eine reine kapazitive Kühlwirkung hinaus
geht. Der Träger kann ferner als Promotor der Hauptkompo
nente wirken. Nicht nur der Metallkatalysator, sondern
auch der Oxidator sind thermisch und mechanisch stabil und
insbesondere auch nicht hygroskopisch.
Der Katalysator ist vorzugsweise ein pyrophores Metall oder
eine solche Metallegierung auf einem Träger, der nach dem
Abbrand als Feststoff verbleibt. Es kann sich hierbei um
ein Silikat, vorzugsweise ein Schicht- oder Gerüstsilikat,
handeln.
Als Metall hat sich insbesondere Ag hervorragend bewährt.
Bei insbesondere zivilen Anwendungen werden ungiftige
Ausgangsverbindungen und ungiftige Reaktionsprodukte gefor
dert. Diese Forderungen werden von N-reichen und C-armen
Brennstoffen erfüllt. Hierzu zählen die bekannten Brenn
stoffe TAGN (Triaminoguanidinnitrat), NIGU (Nitroguanidin),
NTO (3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on) und das sich durch einen
besonders hohen Stickstoffgehalt auszeichnende GZT (Digua
nidinium-5,5′-azotetrazolat) (DE 41 08 225). Es werden
deshalb im Rahmen der erfindungsgemäßen Mischung bei Ver
wendung für Rettungs- und Rückhaltsysteme vorzugsweise
TAGN, NIGU, NTO, insbesondere aber GZT eingesetzt.
Eine bevorzugte Mischung besteht aus GZT und
Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂ mit ausgeglichener
Sauerstoffbilanz und bis zu 30 Massen-% des Katalysators.
Das Kühlmittel kann ganz oder teilweise aus Fe₂O₃
bestehen, dessen oxidative Eigenschaften in der Reaktions
mischung zusätzlich genutzt werden können (DE 41 33 655,
EP 0 536 525).
Es wird eine Mischung bestehend aus GZT, pyrophorem Ag auf
einem Schicht- oder Gerüstsilikatträger als Katalysator und
Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂ als Oxidator im
Verhältnis 22,05 : 20,0 : 57,95 Massen-% hergestellt. Diese
Formulierung wird bezüglich ihres Anzünd- und Verbren
nungsverhaltens experimentell in der ballistischen Bombe
untersucht. Dabei wird ein Druckverlaufsdiagramm gemäß
Anlage erhalten. Das Diagramm zeigt, daß die Mischung gute
Anzünd- und Verbrennungseigenschaften besitzt. Bei einer
Ladedichte von 0,1 g/cm³ liegt der maximale Druck im
Bereich von 250 bar (25 MPa), der nach etwa 21 ms
erreicht wird (t(pmax) = 21 ms). Die Druckanstiegszeit
zwischen 30 bis 80% des Maximaldrucks beträgt t30-80
= 4,35 ms.
Die Verbrennungstemperatur läßt sich sehr exakt durch
thermodynamische Berechnung ermitteln. Sie liegt bei 2345
K. Bei gleichem Brennstoff GZT und ausgeglichener Sauer
stoffbilanz liefern andere Oxidatoren höhere Verbrennungs
temperaturen. Beispielsweise liegen sie bei KNO₃ bei
2501 K, bei NH₄NO₃ bei 2850 K und bei KClO₃
bei 3248 K.
Claims (8)
1. Gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem
Oxidator, einem Katalysator und einem Kühlmittel, dadurch
gekennzeichnet, daß der Oxidator Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂
ist und der Katalysator aus einem Metall oder einer
Metallegierung auf einem Träger besteht.
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator ein pyrophores Metall oder eine pyropho
re Metallegierung auf einem Träger ist.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Träger für den metallischen Katalysator ein
Silikat, insbesondere ein Schicht- oder Gerüstsilikat,
dient.
4. Mischung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Katalysator pyrophores Ag auf einem Schicht- oder
Gerüstsilikatträger dient.
5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß als Brennstoff TAGN (Triaminoguani
dinnitrat), NIGU (Nitroguanidin), NTO
(3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on) oder GZT (Diguanidinium-
5,5′-azotetrazolat) dient.
6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus
einem Gemisch von GZT und Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂
mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und bis zu 30 Massen-%
des Katalysators.
7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator eine mittlere Korn
größe < 10 µm aufweist.
8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ganz oder teilweise
aus Fe₂O₃ besteht.
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