DE4442169C1 - Gaserzeugende Mischung - Google Patents
Gaserzeugende MischungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gaserzeugende Mischung,
bestehend aus einem stickstoffreichen und kohlenstoffar
men Brennstoff aus der Gruppe Nitroguanidin (NIGU)
Triaminoguanidinnitrat (TAGN) Diguanidinium-5,5′-azote
trazolat (GZT) und 3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on (NTO),
Katalysatoren, Oxidatoren und gegebenenfalls Kühlmitteln.
Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch Gas
generatorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß
sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (< 14 mol/kg)
ermöglichen. Sie werden für aufblasbare Rückhalte- (Air
bag) und Rettungssysteme, Feuerlöscheinrichtungen sowie
für unempfindliche Festtreibstoffe für Raketen- und
Rohrwaffenantriebe eingesetzt. Besonders im zivilen
Bereich werden thermisch-mechanische Unempfindlichkeit
und Ungiftigkeit der Ausgangsmischungen, aber auch feh
lende Toxizität bei den entstehenden Gasen gefordert.
Viele im Einsatz befindliche Systeme erfüllen diese
Forderungen nicht oder nur sehr unzulänglich.
Bei Airbag-Systemen wurden zunächst gaserzeugende Mi
schungen auf der Basis von Natriumazid eingesetzt und
erprobt, das jedoch wegen seiner Toxizität und der ent
stehenden Feststoffpartikel problematisch ist. Ähnliche
Probleme ergeben sich auch bei den sogenannten Hybrid-
Gasgeneratoren, bei denen Nitramine oder Perchlorate
eingesetzt werden.
Es hat deshalb nicht an Anstrengungen gefehlt, insbeson
dere ungiftige Ausgangsverbindungen bereitzustellen.
Hierzu zählen vor allem stickstoffreiche und kohlenstoff
arme Brennstoffe, wie TAGN, NIGU und NTO. Besonders gute
Ergebnisse konnten mit Diguanidinium 5,5′-azotetrazolat
(GZT) erzielt werden (DE 41 08 225 C1). Sowohl die Ausgangs
mischung, als auch die entstehenden Gase sind weitgehend
ungiftig und bestehen zum überwiegenden Teil aus Stick
stoff. Nachteilig ist allerdings auch hierbei die nicht
vermeidbare Entstehung von NOx und ein nicht immer be
friedigendes Abbrandverhalten. Viele Reaktionsmischungen
besitzen eine so hohe Verbrennungstemperatur, daß bei
Verwendung in Airbag-Systemen die thermisch empfind
lichen Sackmaterialien geschädigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gaserzeu
gende Mischung vorzuschlagen, die selbst und deren Ver
brennungsprodukte ungiftig sind, insbesondere einen
geringen CO- und NO-Schadgasgehalt besitzen und die bei
niedriger Verbrennungstemperatur eine gleichwohl hohe
Abbrandgeschwindigkeit aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Katalysator aus V₂O₅/MoO₃ Mischoxiden und/oder
Oxidmischungen besteht.
Durch die Verwendung von Kupferdiammindinitrat als Oxida
tor läßt sich das Abbrandverhalten der Reaktionsmischung
in weiten Bereichen einstellen. Es wird eine hohe Ab
brandgeschwindigkeit erreicht, so daß sich der Maximal
druck innerhalb weniger Millisekunden aufbaut, gleichwohl
ist die Verbrennungstemperatur relativ niedrig, so daß
insbesondere bei Airbag-Systemen auch thermisch empfind
liche Sackmaterialien nicht gefährdet werden.
Das Katalysator-System besteht aus V₂O₅/MoO₃-Mischoxiden
und/oder Oxidmischungen, die Anteile der thermodynamisch
instabilen V₂O₄-Phase enthalten können, die durch Teil
reduktion von V₂O₅ darstellbar ist. Zusätzliche Oxide wie
TiO₂ können als Promotoren eingearbeitet sein. Die kom
plexe Wirkungsbeziehung dieses Systems macht es erforder
lich, den Begriff "Katalysator", der in einer weiteren
Bedeutung benutzt wird, genauer zu beschreiben. Als
"Katalysator" wird in diesem Zusammenhang ein aktiver
Reaktionsbestandteil bezeichnet, der selbst umgesetzt
werden kann und reaktionslenkend und/oder reaktionsbe
schleunigend wirkt. In einer durch die thermische Stabi
lität der Oxide bestimmten Phase der Reaktion wirken
diese Oxide als Sauerstoff-Donatoren. Die katalytische
Wirkung bezüglich der Schadgas-Konvertierung CO + 1/2
O₂-CO₂ hängt ferner von der Partikelgrößenverteilung
der Oxide ab. Sie liegt vorzugsweise unter 25 µm.
Das Katalysator-System und der Oxidator erfüllen die
thermo-mechanischen Stabilitätsanforderungen und sind
insbesondere auch nicht hygroskopisch, was eine dauer
hafte Funktionstüchtigkeit und hohe Lebensdauer garan
tiert.
Ein bevorzugter Mischungs-Typ besteht aus GZT und dem
Oxidator Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ im Masseverhältnis 0,216 : 0,784.
Zusätzlich enthält diese Grundmischung - in
Abhängigkeit von den Anforderungen hinsichtlich
Abbrandverhalten und Gaszusammensetzung - bis zu 30 Massen-%
des Katalysators mit der Summenformel V₆Mo₁₅O₆₀
(Oxidmischung aus V₂O₅ und MoO₃). Ferner kann ein
Kühlmittel, z. B. Fe₂O₃, zugemischt werden.
Es wird eine Mischung bestehend aus GZT und dem Oxidator
Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ im Verhältnis 21,6 : 78,4 Massen-%
hergestellt. In diese Grundmischung werden - in Abhän
gigkeit von dem oben genannten Anforderungsprofil - bis
zu 30 Massen-% des Katalysators V₆Mo₁₅O₆₀ (Oxidmischung
aus V₂O₅ und MoO₃) homogen eingearbeitet. Diese For
mulierungen werden bezüglich ihres Anzünd- und Verbren
nungsverhaltens mit Hilfe von Experimenten in der balli
stischen Bombe charakterisiert. Dazu werden die Druck/
Zeit-Diagramme ermittelt. Aus dem beigefügten Diagramm
geht hervor, daß die Reaktionsmischungen gute Anzünd- und
Verbrennungseigenschaften besitzen. Bei einer Ladedichte
von 0,1 g/cm ergeben sich Maximaldrucke von 74,6
[MPa], die nach ca. 11,4 [ms] ereicht werden (t(pmax) =
011,4 [ms]). Die Druckanstiegszeiten zwischen 30 bis 80%
des Maximaldrucks betragen ca. 0,8 [ms] (t30-80 = 0,8
[ms]).
Claims (8)
1. Gaserzeugende Mischung, bestehend aus einem stick
stoffreichen und kohlenstoffarmen Brennstoff aus der
Gruppe Nitroguanidin (NIGU), Triaminoguanidinnitrat
(TAGN), Diguanidinium-5,5′-azotetrazolat (GZT) und
3-Nitro-1,2,3-triazol-5-on (NTO), Katalysatoren,
Oxidatoren und gegebenenfalls Kühlmitteln, dadurch
gekennzeichnet, daß der Oxidator Kupferdiammindinitrat
Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ ist und der Katalysator aus V₂O₅/MoO₃
Mischoxiden und/oder Oxidmischungen besteht.
2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Katalysator eine Oxidmischung der Summenformel
V₆Mo₁₅O₆₀ ist.
3. Mischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Katalysator Anteile der thermodynamisch
instabilen V₂O₄-Phase enthält.
4. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator zusätzlich
TiO₂ enthält.
5. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Katalysator eine mittlere
Korngröße < 25 µm aufweist.
6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie
aus einem Gemisch von GZT und Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ mit aus
geglichener Sauerstoffbilanz und einem Katalysator-
Gehalt an der Reaktionsmischung bis zu 30 Massen-% besteht.
7. Mischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß GZT und Cu(NH₃)₂(NO₃)₂ in einem Verhältnis
von 21,6 : 78,4 Massen-% vorliegen.
8. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ganz oder teil
weise aus Fe₂O₃ besteht.
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