DE69405501T2

DE69405501T2 - Pyrotechnisches Material

Info

Publication number: DE69405501T2
Application number: DE69405501T
Authority: DE
Inventors: Sek Kwan Chan; Steven John Graham; Ian John Kirby; Graeme Allan Leiper
Original assignee: ICI Canada Inc; Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: PPG Architectural Coatings Canada Inc; Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2014-07-29
Also published as: GB2282136B; ES2106457T3; AU7422394A; DE69405501D1; AU692169B2; EP0645354B1; GB9414920D0; GB2282136A; CA2132658A1; JPH07196390A; ZA945895B; GB9319886D0; EP0645354A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf pyrotechnisches Material in Blattform, das insbesondere in Aufblasvorrichtungen für Gasbehälter von Fahrzeuginsassenrückhaltesicherheitssystemen und in Zündanlagen wie beispielsweise in Gaserzeugungsgeräten, Raketenmotoren, Schockwellenübertragungsröhren und pyrotechnischen Signalen nützlich ist.
Pyrotechnisches Blattmaterial, das aus einer oder mehreren Substratschichten aus einem oxidierenden Polymerfum mit einer Schicht aus oxidierbarem Material, vorzugsweise Metall, auf mindestens einem Teil von mindestens einer Oberfläche der oder von jeder Substratschicht besteht, wobei der Polymerfilm und das oxidierbare Material vereinigt in der Lage sind, bei Zündung zusammen exotherm zu reagieren, ist in den internationalen PCT-Veröffentlichungsschriften Nr. WO 90/10611 und WO 90/10724 beschrieben.
Die Verwendung von pyrotechnischem Blattmaterial zur Zündung einer gaserzeugenden Treibladung ist in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 505024 beschrieben, und Hybrid-Aufblasvorrichtungen, welche ein pyrotechnisches Blattmaterial umfassende Gaserwärmungsbestandteile zur Erwärmung eines zugeführten gespeicherten Gases enthalten, sind in der britischen Patentbeschreibung Nr. GB 2264772A und der europäischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 559335 beschrieben.
Die Verbrennungsrate einer Treibladung, insbesondere einer Blatttreibladung, kann im wesentlichen durch Bereitstellung eines Raums oder eines Kanals in der Nachbarschaft zur Treibladung erhöht werden, durch welchen heißes Gas und Flammen von der brennenden Treibladung sich von der brennenden Fläche der Treibladung entfernen und die Treibladung an stromabwärtigen Stellen zünden können. Ein besonders effektives Verfahren zur Bereitstellung eines derartigen flammenführenden Raums in einer Blatt-Treibladung besteht darin, Platzhalterbestandteile zwischen überlappenden parallelen Treibladungsblättern anzuordnen, welche beispielsweise in parallelen Ebenen angeordnet oder koaxial oder spiralförmig unter Bildung einer zylindrischen Ladung gewickelt sein können. Die Platzhalterbestandteile können als hervorstehende Teile der Blatt- Treibladung gebildet sein, wie in den in der US-Patentbeschreibung Nr. 4408534 und den britischen Patentbeschreibungen Nr. 457423 und 1278116 beschriebenen Treibladungen. Ebenso können die Rate und Heftigkeit eines pyrotechnischen Blatts, wie das in den internationalen PCT-Veröffentlichungsschriften Nr. WO 90/10611 und WO 90/10724 beschriebene, durch Bereitstellung eines Raums in der Nachbarschaft zur Oberfläche des Blatts zur Ermlglichung des Durchtritts von Flammen und heißen Verbrennungsprodukten unter Auslösung einer stromabwärtigen (überspringenden) Zündung verstärkt werden.
In vorher erhältlichem pyrotechnischen Blattmaterial von der Art, die aus einer oxidierenden Substratschicht und einer darüber liegenden Schicht aus damit umsetzbarem oxidierbaren Material besteht, waren beide Schichten kontinuierlich, wobei die gesamte Schichtgrenzfläche mit Ausnahme der Blattkante bedeckt war. Es wurde nun herausgearbeitet, daß die Leichtigkeit der Zündung und die Verbrennungsrate eines derartigen pyrotechnischen Films mit integrierten Vorsprüngen, die einen flammenführenden Raum in Nachbarschaft zur Oberfläche vom einer Blattschicht, vorzugsweise der oxidierbaren Schicht, bereitstellen, deutlich gesteigert werden kann, wenn die Vorsprünge diskontinuierliche Abschnitte haben, wobei Abschnitte der Grenzfläche zwischen den bxidierenden und oxidierbaren Schichten bei Brüchen in einer oder beiden Schicht(en) frei gelegt sind. Man nimmt an, daß der steigernde Effekt darauf zurückgeführt werden kann, daß die reagierenden Materialien an der in Nachbarschaft zu den Öffnungen im diskontinuierlichen Material befindlichen Grenzfläche den in dem Raum über der Schicht strömenden Flammen und heißen Verbrennungsproduk ten direkt ausgesetzt sind, wobei der Grenzflächenbereich die optimale Verteilung und Konzentration der Reaktanden für eine leichte Zündung hat. Das verbesserte pyrotechnische Blatt ist insbesondere vorteilhaft zur Verwendung in Zündelementen für Treibladungszusammensetzungen und in Fahrzeuginsassenrückhaltesicherheitssystemen, wo es vorteilhaft in Zündelementen für gaserzeugende Zusammensetzungen und in "Hybrid"-Aufblasvorrichtungen zur Erwärmung eines gespeicherten Gasvorrats für eine Gasbehälteraufblähung verwendet werden kann.
Entsprechend wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein pyrotechnisches Blattmaterial bereitgestellt, umfassend eine Substratschicht aus einem oxidierendem Material mit einer Schicht aus einem oxidierbarem Material auf mindestens einem Abschnitt von mindestens einer ihrer Oberflächen, wobei das Verhältnis des oxidierenden Materials zum oxidierbaren Material an dem Abschnitt derart ist, daß das oxidierende und das oxidierbare Material vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exotherm zusammen zu reagieren, wobei auf dem Abschnitt des Blattmaterials integrierte Vorsprünge (hervorstehende Abschnitte) gebildet sind, wobei die als Platzhalterbestandteile fungierenden Vorsprünge zur Festlegung eines Strömungspfads über die Oberfläche des Blatts angeordnet sind, um den Übergang von Flammen und Verbrennungsprodukten über die Oberfläche zu erleichtern, wodurch eine schnelle Verbrennung des pyrotechnischen Materials bewirkt wird, wobei mindestens eine der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Materialien über mindestens einem Abschnitt der Oberfläche der Vorsprünge diskontinuierlich ist, so daß Abschnitte der Grenzfläche zwischen dem oxidierenden Material und dem diskontinuierlichen Abschnitt freigelegt sind.
Obwohl eine oder beide Schichten des Materials des pyrotechnischen Blatts mindestens einen diskontinuierlichen Abschnitt enthalten können, ist es zur leichteren Herstellung im allgemeinen bevorzugt, daß das oxidierbare Material mindestens einen diskontinuierlichen Abschnitt enthält.
Der diskontinuierliche Abschnitt des Materials muß nur sehr kleine Öffnungen enthalten, vorausgesetzt, daß die Öffnungen flammendurchlässig sind. Daher sind in einem bevorzugten pyrotechnischen Blatt die Öffnungen durch kleine Poren im Material oder sogar durch für das bloße Auge unsichtbare Mikroporen bereitgestellt.
Die integrierten Vorsprünge sind vorteilhafterweise in ir gendeiner gewünschtem Richtung auf einer oder beiden Oberflächen des pyrotechnischen Blatts gebildete Vertiefungen, Rippen oder Rillen. Bevorzugte Vorsprünge sind Vertiefungen, die auf das Blatt geprägt werden können. Die Vertiefungen können jedes geeignetes Basisprofil, beispielsweise kreisförmig oder rechteckig, und jede geeignete mittlere Querschnittskonfiguration haben, zum Beispiel rechteckig oder dreieckig. Vorsprünge in Form hohler Glocken, Pyramiden oder rechteckiger Schachteln sind im allgemeinen geeignet. Die Vorsprünge werden im allgemeinen durch dauerhafte Verformung eines bereits gebildeten Blatts gebildet, welches mit oxidierbarem Material überschichtetes oxidierendes Material umfaßt. Sie müssen nicht in einem regulären Muster auf dem pyrotechnischen Blatt angeordnet sein, vorausgesetzt, daß die Anordnung den ungehinderten Durchtritt von heißem Gas und Flammen zwischen be nachbarten Schichten eines pyrotechnischen Blatts ermöglicht, aber eine rechteckige Anordnung von Vorsprüngen erleichtert im allgemeinen die Herstellung des pyrotechnischen Blatts im großen Maßstab. Die Höhe der Vorsprünge kann wie gewünscht weit variiert werden, beispielsweise von der 0,1- bis zur 100-fachen Dicke des pyrotechnischen Blatts.
Vorzugsweise erstreckt sich mindestens ein Abschnitt der Oberfläche der Vorsprünge mit diskontinuierlichen Schichtabschnitten, welche flammendurchlässige Öffnungen enthalten, in eine Richtung mit einer Komponente normal zur Basisebene des pyrotechnischen Blattmaterials. Die sich fortbewegenden Flammen in einem in Nachbarschaft zum pyrotechnischen Blattmaterial befindlichen Raum kollidieren mit einem derartigen Vorsprungsabschnitt unter einem großen Einfallswinkel und führt daher zur leichten und effizienten Zündung der Materialien an der freigelegten Grenzfläche
Um die Herstellung des pyrotechnischen Blatts zu erleichtern, umfaßt eine der Schichten aus oxidierendem oder oxidierbarem Material vorteilhafterweise ein dauerhaft verformbares Mate rial, für welches eine größere Bruchspannung als für das Material der anderen Schicht erforderlich ist. Das pyrotechnische Blatt kann dann aus einem Blatt hergestellt werden, welches kontinuierliche Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material umfaßt, indem mindestens ein Abschnitt des Blatts ausreichend gestreckt wird, um eine dauerhafte Verformung der Schicht aus dem Material mit der höheren Bruchspannung und den Bruch der Schicht aus dem Material mit der geringeren Bruchspannung auszulösen, um die erforderlichen flammendurchlässigen Öffnungen in dem Material mit der geringeren Bruchspannung zu erhalten.
Ein besonders bevorzugtes pyrotechnisches Blattmaterial umfaßt einen pyrotechnischen Film mit einem Substrat aus einem verformbaren oxidierenden Polymerfiln, welcher gegebenenfalls ein poröser Polymerfilm sein kann, und einer Schicht aus oxidierbarem Material auf mindestens einem Abschnitt von mindestens einer Oberfläche, wobei der Polymerfilm und das oxidierbare Material vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exothem zusammen zu reagieren. Der Polymerfilm kann auf Wunsch auf beiden Seiten mit einem oxidierbaren Material beschichtet sein.
Ein bevorzugter oxidierender Polymerfilm enthält darin chemisch gebundene Atome, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Halogenen (insbesondere Fluor), Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff und Phosphor besteht. Eine bevorzugte Filmschicht umfaßt ein Fluorpolymer wie Polytetrafluorethylen (PTFE), durch welches ein pyrotechnisches Blatt mit hoher Energie erzeugt wird, doch andere geeignete Polymerfilme schließen solche ein, die Polychlortrifluorethylen, Polyhexafluorpropylen, Copolymere von Trifluorethylen und Hexafluorpropylen, Copolymere von Trifluorethylen und Tetrafluorethylen, Copolymere von Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, Copolymere von Hexafluorpropylen und Vinylidenfluorid, Copolymere von Tetrafluorethylen und teilweise fluoriniertem Propylen, Copolymere von Chlortrifluorethylen und Vinylidenfluorid, Homopolymere von teilweise fluoriniertem Propylen, Copolymere von teilweise fluoriniertem Propylen und Vinylidenfluorid, Trichlorethylen-Homopolymere, Copolymere von Trichlorethylen und Vinylidenfluorid, Gemische von zwei oder mehreren derartigen Polymeren oder Gemische von einem oder mehreren derartigen Polymeren mit ?TFE umfassen. Für einige Anwendungen, beispielsweise zur Zündung eines teilchenförmigen Treibmittels oder zur Erwärmung von gespeichertem Gas in Hybrid-Aufblasvorrichtungen für "Air-Bags", ist ein Wasserstoff-freier Polymerfilm bevorzugt, um Verbrennungsprodukte ohne dieses Gas zu bekommen und damit Explosionseffekte zu verringern.
Das oxidierbare Material wird vorteilhafterweise auf der Filmschicht dampfabgeschieden und kann vorteilhafterweise eine Schicht aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Lithium, Natrium, Magnesium, Berylhum, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Titan, Zirkonium und Legierungen davon besteht, umfassen, wobei die Metallschicht mindestens einen diskontinuierlichen Abschnitt besitzt. Eine Metallschicht ist besonders vorteilhaft, da sie die dimensionale Stabilität des pyrotechnischen Blatts deutlich erhöht und leicht gebrochen werden kann. Ein am meisten bevorzugtes Metall für die Erzeugung von großer Hitze ist vorzugsweise auf ein Fluorpolymer- Substrat aufgetragenes Magnesium oder eine Legierung davon. Vorzugsweise ist das Verhältnis von Metall zum Substrat des oxidierenden Polymerfilms im wesentlichen stöchiometrisch, oder es gibt einen kleinen Überschuß an Metall an dem Standort des unter dem Metall liegenden Films. Die Reaktion zwi schen PTFE und Magnesium kann dargestellt werden durch
n C&sub2;F&sub4; + 2n Mg T 2n MgF&sub2;(g) + 2n C(s) + 5,98 MJ/kg
Diese Reaktion setzt 5,98 Megajoule pro Kilogramm pyrotechnischem Reaktandenmaterial frei.
Die Rate der Energiefreisetzung bei der Zündung variiert entgegengesetzt mit der Dicke und direkt mit der Porösität des pyrotechnischen Blattmaterials, und entsprechend werden die Dicke und die Porösität gewählt, um die gewünschte Energiefreisetzung zu erhalten. Daher hat der bevorzugte Polymerfilm im allgemeinen eine Flächenmasse (areal mass) von 10 bis 150 g/m², typischerweise von 25 bis 75 g/m², und die Gesamtmenge an oxidierbarem Material ist gleich einer laminaren Dicke von 2 bis 30 µm, typischerweise von 4 bis 15 µm.
Ein typischer pyrotechnischer Film umfaßt einen 3 bis 50 µm (vorzugsweise 10 bis 30 um) dicken Film aus Halogenpolymer, der auf jeder Seite eine dampfabgeschiedene, 2 bis 40 µm (vorzugsweise 4 bis 15 µm) dicke Schicht aus Magnesium hat.
Eine andere Ausgestaltung gemäß der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines pyrotechnischen Blattmaterials, wobei integrierte Vorsprünge auf mindestens einem Oberflächenabschnitt des Blattmaterials gebildet sind, welches eine mit mindestens einer Schicht aus oxidierbarem Material überlagerten Substratschicht aus oxidierendem Material umfaßt, wobei das Verhältnis des oxidierenden Materials zum oxidierbaren Material derart ist, daß das oxidierende und das oxidierbare Material an dem Oberflächenabschnitt vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exotherm zusammen zu reagieren, und flammendurchlässige Öffnungen in mindestens einer der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material über mindestens einem Oberflächenabschnitt der Vorsprünge gebildet; sind, durch welche Abschnitte der Grenzflächenschicht freigelegt sind, so daß die freigelegten Grenzflächenabschnitte durch ein Wandern der Flammen entlang dem Oberflächenabschnitt des die Öffnungen enthaltenden Blattmaterials gezündet werden können.
Bei der Herstellung eines pyrotechnischen Blatts, in dem eine der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material ein verformbares Material umfaßt, für die eine höhere Bruchspannung erforderlich ist als für das Material der anderen Schicht, sind die flammendurchlässigen Öffnungen vorteilhaft in der Schicht mit der geringeren Bruchspannung durch Strekken des pyrotechnischen Blatts an den Vorsprüngen unter dauerhafter Verformung der Materialschicht mit der größeren Bruchspannung und Bruch der Materialschicht mit der geringeren Bruchspannung bereitgestellt. Die Vorsprünge können durch Strecken von Abschnitten des Blatts in einer Richtung mit einer Komponente senkrecht zur Basisebene des Blatts bereitgestellt werden, um Vorsprünge auf dem Blatt bereitzustellen und gleichzeitig mindestens eine der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material zu brechen, um flammendurchlässige Öffnungen bereitzustellen, durch die Abschnitte der Grenzfläche des oxidierenden und oxidierbaren Materials freigelegt sind. Die Vorsprünge dienen als die vorstehend beschriebenen Platzhalterbestandteile, um einen Raum zwischen benachbarten Schichten aus pyrotechnischen Material aufrecht zu halten, wenn zwei oder mehr pyrotechnische Blätter übereinander gelegt oder eine oder mehrere pyrotechnische Blätter koaxial oder spiralförmig gewickelt werden. Die sich fortbewegenden Flammen in dem Raum kollidieren mit Oberflächenabschnitten der sich in eine Richtung mit einer Komponente senkrecht zur Basisebene des Blatts erstreckenden Vorsprünge unter einem vergrößerten Einfallswinkel, um die Matenahen an der freigelegten Grenzfläche in derartigen Oberflächenabschnitten leichter und effizienter zu zünden.
Vorsprünge mit Grenzflächen-freilegenden flammendurchlässigen Öffnungen werden geeignet durch Bildung in einem pyrotechnischen Blatt mittels einem oder mehreren passend geformten Stanz- oder Prägeelementen bereitgestellt, wobei das pyrotechnische Blatt in dem gestanzten Bereich ausreichend gespannt wird, um die Materialschicht mit der höheren Bruchspannung dauerhaft zu verformen und flammendurchlässige Öffnungen in der Materialschicht mit der geringeren Bruchspannung zu bilden. Falls gewünscht, können bei der Bildung der Vorsprünge Löcheüdurch das pyrotechnisches Blatt gestanzt werden, obwohl dies im allgemeinen nicht notwendig ist. Ein bevorzugtes Verfahren zur Bildung der Vorsprünge besteht darin, das pyrotechnische Blatt mittels von geeignet gemusterten Prägeelementen zu prägen, beispielsweise durch Hindurchführen des Blatts zwischen einer gemusterten Walze und einem komplementären Prägeelement wie einer zweiten gemusterten Walze oder einer Unterlage oder Walze aus elastomerem Material wie Gummi.
Bei Verwendung in einer pyrotechnischen Ladung wird das pyrotechnische Blatt gemäß der Erfindung vorteilhaft in übereinander liegenden Schichten angeordnet, wobei Platzhalterele- -mente zwischen den Schichten zur Aufrechterhaltung eines Raumes angeordnet sind, um Flammen und Verbrennungsprodukten die Fortbewegung zwischen den Schichten zu gestatten.
Das pyrotechnische Blattmaterial gemäß der Erfindung kann in jeder geeigneten Form oder Konfiguration verwendet werden, beispielsweise in flachen Blättern, Streifen, Bändern oder Scheiben, oder es kann gefaltet, gewickelt, geknittert, gefalzt, gewellt, gerippt oder um ein Formgerät wie eine Stange oder eine Röhre gewickelt werden. Falls gewünscht, kann das pyrotechnische Blattmaterial auf ein Formblatt aus einem Material wie einem Polymerfilm, Papier oder Glasleinwand aufgetragen werden.
Vorteilhaft kann das pyrotechnische Blatt zur Verwendung in Zündelementen und Erwärmungsladungen um ein zentrales starres Formteil, beispielsweise eine feste Stange oder eine Röhre mit einer festen, perforierten oder gesiebten Wand, gewickelt werden. Das Blatt kann gegebenenfalls um eine Ladung aus pyrotechnischem Material wie einer Natriumazid-Zusammensetzung gewickelt werden, oder sie kann eine derartige Ladung enthalten. Das Blatt kann als Einfach- oder Vielfach-Umhüllungsanwendung gewickelt werden, beispielsweise als spiralförmig oder helikal gewickelter Film.
Das gewickelte Blatt kann vorteilhafterweise an einer oder mehreren Positionen aufgeschlitzt sein, um Entlüftungsdurchgänge bereitzustellen, und gegebenenfalls in ein starres, perforiertes, röhrenförmiges Gehäuse gegeben werden. Die Verwendung des Ersteren oder des Gehäuses verhindert den Zusammenbruch des pyrotechnischen Blatts unter dem Anfangszündungsimpuls aus einer Zündeinrichtung wie einer Zündkapsel, wodurch sichergestellt wird, daß das pyrotechnische Material dem Zünder in einer geeigneten Art zum Erhalt einer effizienten Zündung präsentiert wird.
Die Erfindung wird weiterhin beispielhaft durch die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen veranschaulicht, wobei
Fig. 1 diagrammartig eine bruchstückhafte Draufsicht einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein diagrammartiger Querschnitt eines Abschnitts der Linie 2-2 in Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein diagrammartiger Querschnitt überlappender Abschnitte der in Fig. läuf der Linie 2-2 gezeigten Bruchstükke ist;
Fig. 4 diagrammartig das Bruchstück 4 von Fig. 1 im größeren Maßstab zeigt;
Fig. 5 ein diagrammartiger Querschnitt der Linie 5-5 in Fig. 4 ist;
Fig. 6 diagrammartig eine bruchstückhafte Draufsicht einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ein diagrammartiger Querschnitt eines Abschnitts der Linie 7-7 in Fig. 6 ist;
Fig. 8 ein diagrammartiger Querschnitt überlappender Abschnitte der in Fig. 6 auf der Linie 8-8 gezeigten Bruchstükke ist;
Fig. 9 diagrammartig das Bruchstück 9 von Fig. 6 im größeren Maßstab zeigt;
Fig. 10 ein diagrammartiger Querschnitt der Linie 10-10 in Fig. 9 ist;
Fig. 11A eine mikrophotographische Aufnahme eines Abschnitts aus in Fig. 1 gezeigtem pyrotechnischem Blattmaterial ist;
Fig. 11B eine mikrophotographische Aufnahme des umrahmten Bruchstücks von Fig. 11A in einer höheren Vergrößerung ist;
Fig. 12A eine mikrophotographische Aufnahme eines Abschnitts aus in Fig. 6 gezeigtem pyrotechnischem Blattmaterial ist;
Fig. 12B eine mikrophotographische Aufnahme des umrahmten Bruchstücks von Fig. 12A in einer höheren Vergrößerung ist;
Fig. 13A eine mikrophotographische Aufnahme eines weiteren Abschnitts aus in Fig. 6 gezeigtem pyrotechnischem Blattmaterial ist;
Fig. 13B eine mikrophotographische Aufnahme des umrahmten Bruchstücks von Fig. 13A in einer höheren Vergrößerung ist.
Das in den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Material besteht aus einem grundsätzlich flachen Blatt (20), umfassend eine Schicht aus einem oxidierenden Polymerfum (21);, der auf jeder Seite mit einer Schicht aus oxidierbarem Material beschichtet ist, einer Schicht (22) auf der oberen Oberfläche und einer Schicht (23) auf der unteren Oberfläche, wie im Detail in Fig. 5 gezeigt. Das Blatt (20) hat reguläre, im gleichen Abstand angeordnete Reihen hohler Vertiefungen (24) mit quadratischer Grundfläche mit einem darin gebildeten rechtekkigen Querschnitt, wobei die Spitze jeder Vertiefung etwas weniger breit als die Grundfläche ist, wie in Fig. 2 gezeigt. Die Konfiguration der Vertiefung stellt sicher, daß bei Übereinanderlegen eines Abschnitts des Blatts (20) mit einem anderen identischen Abschnitt des Blatts, wie in Fig. 3 gezeigt, wenn beispielsweise zwei Blätter durch Ubereinanderlegen miteinander in Berührung kommen oder ein einzelnes Blatt spiralförmig unter Berührung der einzelnen Blattwindungen gewickelt ist, ein freier Raum (25) zwischen benachbarten Oberflächen des Blatts erhalten bleibt. Wenn das pyrotechnische Blatt gezündet wird, können Flammen und Verbrennungsprodukte durch diesen Raum vor der Verbrennungsfront wandern, um das Blatt an stromabwärtigen Stellen zu zünden, wodurch eine sehr schnelle, im wesentlichen gleichzeitige Zündung eines großen Bereichs des Blatts bewirkt wird.
Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt hat die obere Schicht aus oxidierbaren Material enge Risse entlang der oberen Peripherie (26) und der äußeren Seitenecken (27) der Vertiefungen (24), wobei die Risse flammendurchlässige Öffnungen (28) bereitstellen, durch welche Abschnitte (29) der Grenzfläche zwischen dem oxidierenden Polymerfilm (21) und der Schicht (22) aus dem oxidierbaren Material freigelegt sind. Die Öffnungen (28) in den Seitenecken (27) sind in Oberflächen angeordnet, welche in einer Richtung mit einer Komponente normal zu Basisebene des Blatts (20) liegen, so daß sich entlang der oberen Oberfläche des Blatts (20) auf diese Öffnungen zubewegende Flammen mit dem freigelegten Grenzflächenabschnitten unter hohen Einfallswinkeln zusammenstoßen und daher ausgesprochen effizient bei der Zündung des pyrotechnischen Materials an den freigelegten Grenzflächenabschnitten sind.
Die in den Figuren 6 und 7 gezeigte zweite Ausführungsform umfaßt ein mit hohlen, regulär angeordneten Vertiefungen (31) in Form hohler Pyramiden mit quadratischer Grundfläche beprägtes pyrotechnisches Blatt. Das Blatt (30) umfaßt wie die erste Ausführungsform (Fig. 1) eine Schicht aus einem oxidierenden Polymerfilm (32), der auf seiner oberen Seite mit einer Schicht aus oxidierbarem Material (33) und auf seiner unteren Oberfläche mit einer weiteren Schicht (34) aus oxidierbarem Material beschichtet ist. Diese Konfiguration stellt sicher, daß zwei übereinander liegende Abschnitte des Blatts (30), wie in Fig. 8 gezeigt, einen Abstand voneinander haben, um einen freien Raum (35) zwischen den Blattabschnitten zur Ermöglichung des Durchtritts von Flammen und Verbrennungsprodukten bereitzustellen, wie vorstehend für das pyrotechnische Blatt von Fig. 1 beschrieben.
Wie in den Figuren 9 und 10 gezeigt, enthält die obere Schicht (33) aus oxidierbaren Material enge Risse an den schrägen Ecken (36) und der Spitze der pyramidalen Vertiefungen (31), welche flammendurchlässige Öffnungen (37) bereitstellen, durch welche Abschnitte der Grenzfläche (38) zwischen der oxidierenden Polymerfilmschicht (32) und der Schicht (33) aus dem oxidierbaren Material freigelegt sind. Die Öffnungen (37) in den schrägen Ecken (36) der Vertiefun- gen (31) sind in Oberflächen angeordnet, welche in einer Richtung mit einer Komponente normal zu Basisebene des Polymerblatts (30) liegen, und daher stoßen sich entlang der oberen Oberfläche des Blatts (30) auf die Öffnungen (37) zubewegende Flammen und Verbrennungsprodukte mit den fre£gelegten Grenzflächenabschnitten unter hohen Einfallswinkeln zusammen und sind folglich effektiver bei der Zündung des pyrotechnischen Materials an den freigelegten Grenzflächenabschnitten.
Bei der Herstellung des in den Figuren 1 und 6 veranschau lichten pyrotechnischen Blatts (20, 30) wird ein flaches pyrotechnisches Blatt, welches eine Schicht aus einem verformbaren oxiüierenden Polymerfilm umfaßt, der bereits auf jeder Seite mit einer Schicht aus oxidierbarem Material beschichtet ist, dauerhaft mit Vertiefungen versehen, indem das Blatt zwischen einer passend gemusterten Metallprägewalze und einer gegenüberliegenden Walze mit - einer Gummifläche durchgeführt wird, wobei der Polymerfilm dauerhaft verformt und die obere Schicht aus oxidierbarem Material mindestens an den Ecken der auf dem pyrotechnischen Blatt gebildeten Vorsprünge über ihren Bruchpunkt hinaus gestreckt wird.
Die Herstellung des pyrotechnischen Blattmaterials gemäß der Erfindung wird weiterhin in den folgenden spezifischen Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Ein 25 µm dickes Blatt aus PTFE wurde auf jeder Seite mit einer 8,5 µm dicken dampfabgeschiedenen Schicht aus Magnesium (etwa stöchiometrische Teile) beschichtet. Auf das beschichtete Blatt wurden wie in Fig. 1 gezeigt reguläre Reihen von Vertiefungen geprägt, wobei jede Vertiefung eine Grundfläche von etwa 0,75 mm² und eine Deckfläche von 0,5 mm² aufwies und 0,25 mm hoch war, indem das Blatt zwischen einer gemusterten Metallwalze und einer glatten Gummiwalze hindurchgeführt wurde. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Vertiefungen betrug in jeder Richtung 3 mm.
In den Figuren 11A und 11B gezeigte mikrophotographische Aufnahmen von Abschnitten des geprägten pyrotechnischen Blatts zeigen, daß die obere Schicht aus oxidierbarem Material (Magnesium) um die Peripherie der Spitze der Vertiefungen unter Freilegung des oxidierenden Polymerfilms gebrochen war, wobei die Breite der Öffnung bis zu 10 µm betrug.
Das Blatt wurde zu einer 20,5 cm langen helikal gewundenen Ladungsansammlung gewalzt, die aus 15 Umdrehungen des um ein zentrales röhrenförmiges Phenolharzformteil mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Wanddicke von 6 mm gewundenen Blatts bestand. Drei sich innerhalb von 10 mm von jedem Ende der Ladung erstreckende Längsschnitte wurden durch den spiralförmigen Abschnitt des pyrotechnischen Blatts geschnitten. Die angesammelte Ladung wurde in einen Verbrennungstestbehälter (ballistische Bombe) gegeben und mit einer Zündkapsel gezündet.
65 Millisekunden nach der Zündung betrug der Druck im Behälter 17,5 mPa, verglichen mit 11 MPa, die mit einer ähnlichen Ladung des ursprünglichen ungemusterten Blatts erhalten wurden, wodurch eine wesentliche Steigerung bei der Verbrennungsrate des pyrotechnischen Blatts angezeigt wurde.

Beispiel 2

In ein flaches pyrotechnisches Blatt, gleich dem in Beispiel 1 verwendetem Magnesium-beschichteten Blatt, wurden hohle pyramidale Vertiefungen gepragt, welche 0,25 mm hoch waren, eine Grundfläche von 3 mm² hatten, und deren Mittelpunkte longitudinal bei 4 mm und transversal bei 3 mm angeordnet waren, indem das Blatt mit einer Metallwalze, die mit pyramidalen Abbildungen gemustert war, gegen eine Gummirückunterlage gewalzt wurde. Bei dem Prägevorgang wurde das pyrotechnische Blatt gestreckt, der Polymerfilm (32) wurde dauerhaft verformt, und offene Risse bildeten sich in der oberen Magnesiumschicht (33) entlang der äußeren Ecken (36) und der Spitze der pyramidalen Vertiefungen aus.
Die in den Figuren 12A und 12B gezeigten mikrophotographischen Aufnahmen zeigen die Öffnungen in den Rissen in Nachbarschaft zur Spitze einer pyramidalen Vertiefung, und die Figuren 13A und 13B zeigen die Öffnungen in einem Riß an der Zwischenlage auf einer schrägen Ecke. In jedem Fall waren die Öffnungen bis zu 6 um breit.
Als die helikal gewundene Ladung des pyrotechnischen Blatts in einem Verbrennungstestbehälter wie in Beispiel 1 beschrieben getestet wurde, betrug der Druck in dem Testbehälter nach 65 Millisekunden 17,5 MPa.

Claims

1. Pyrotechnisches Blattmaterial (20, 30), umfassend eine Sübstratschicht aus einem oxidierendem Material (21, 32) mit einer Schicht aus einem oxidierbarem Material (22, 23, 33, 15 34) auf mindestens einem Abschnitt von mindestens einer ihrer Oberflächen, wobei das Verhältnis des oxidierenden Materials zum oxidierbaren Material an dem Abschnitt derart ist, daß das oxidierende und das oxidierbare Material vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exotherm zusammen zu reagieren, wobei 20 auf dem Abschnitt des Blattmaterials integrierte Vorsprünge (24, 31) gebildet sind, wobei die als Platzhalterbestandteile fungierenden Vorsprünge zur Festlegung eines Strömungspfads über die Oberfläche des Blatts angeordnet sind, um den Übergang von Flammen und Verbrennungsprodukten über die Oberfläche zu erleichtern, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einem Abschnitt der Oberfläche der Vorsprünge mindestens eine der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material diskontinuierlich ist, so daß Abschnitte der Grenzfläche (29, 38) zwischen dem oxidierenden Material und dem oxidierbaren Material durch flammendurchlässige Öffnungen (28, 37) in dem diskontinuierlichen Abschnitt freigelegt sind.

2. Pyrotechnisches Blattmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der diskontinuierliche Schichtabschnitt kleine Risse oder Poren (28, 37) enthält.

3. Pyrotechnisches Blattmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (24, 31) durch dauerhafte Verformung des pyrotechnischen Blatts gebildet sind.

4. Pyrotechnisches Blattmaterial nach einem der Ansprüchel bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abschnitt der Oberfläche der Vorsprünge (?4, 31) mit diskontinuierlichen Schichtabschnitten, welche die flammendurchlässigen Öffnungen (28, 37) enthalten, sich in eine Richtung mit einer Komponente normal zur Basisebene des pyrotechnischen Blattmaterials (20, 30) ausdehnt.

5. Pyrotechnisches Blattmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schichten aus oxidierendem Material (21, 32) oder oxidierbarern Material (22, 23, 33, 34) ein dauerhaft verformbares Material umfaßt, für welches zum Brechen ein größere Spannung als für das Material der anderen Schicht erforderlich ist.

6. Pyrotechnisches Blattmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend ein Sübstrat aus einem oxidierender Polymerfilm (21, 32), beispielsweise einem Film, der chemisch gebundene Atome enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Habgenen, Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff und Phosphor besteht, und vorzugsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), Polychlortrifluorethylen, Polyhexafluorpropylen, Copolymere von Trifluorethylen und Hexafluorpropylen, Copolymere von Trifluorethylen und Tetrafluorethylen, Copolymere von Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, Copolymere von Hexafluorpropylen und Vin ylidenfluorid, Copolymere von Tetrafluorethylen und teilweise fluoriniertem Propylen, Copolymere von Chlortrifluorethylen und Vinylidenfluorid, Homopolymere von teilweise fluoriniertem Propylen, Copolymere von teilweise fluoriniertem Propylen und Vinylidenfluorid, Trichlorethylen-Homopolymere, Copolyme re von Trichlorethylen und Vinylidenfluorid, Gemische von zwei oder mehreren derartigen Polymeren oder Gemische von einem oder mehreren derartigen Polymeren mit PTFE umfassend; und, auf mindestens einem Abschnitt von mindestens einer Oberfläche des Substrats, eine Schicht aus oxidierbarem Material (22, 23, 33, 34), beispielsweise eine Schicht aus einem Metall, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Lithium, Natrium, Magnesium, Berylhum, Calcium, Strontium, Barium, Aluminium, Titan, Zirkonium und Legierungen davon besteht, wobei die oxidierbare Schicht mindestens einen diskontinuierlichen Abschnitt besitzt und der Polymerfiln und das oxidierbare Material vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exotherm zusammen zu reagieren.

7. Pyrotechnisches Blattmaterial nach Anspruch 6, umfassend auf ein Fluorpolymersubstrat aufgetragenes Magnesium oder eine Legierung davon.

8. Pyrotechnisches Blattmaterial nach einem der Ansprüche 6 oder 7, umfassend einen 3 bis 50 µm dicken Film aus Halogenpolymer mit einer auf jeder Seite dampfabgeschiedenen 2 bis 40 um dicken Schicht aus Magnesium.

9. Verfahren zur Herstellung eines pyrotechnischen Blattmaterials (20, 30), wobei integrierte Vorsprünge (24, 31) auf mindestens einem Oberflächenabschnitt des Blattmaterials gebildet sind, welches eine mit mindestens einer Schicht aus oxidierbarem Material [22, 23, 33, 34) überlagerte Substratschicht aus oxidierendem Material (21, 32) umfaßt, wobei das Verhältnis des oxidierenden Materials zum oxidierbaren Material derart ist, daß das oxidierende und das oxidierbare Material an dem Oberflächenabschnitt vereinigt in der Lage sind, bei Zündung exotherm zusammen zu reagieren, dadurch gekennzeichnet, daß flammendurchlässige Öffnungen (28, 37) in mindestens einer der Schichten aus oxidierendem und oxidierbarem Material über mindestens einem Oberflächenabschnitt der Vorsprünge gebildet sind, wobei durch die Öffnungen Abschnitte der Schichtgrenzfläche (29, 38) freigelegt sind, so daß die freigelegten Grenzflächenabschnitte durch ein Wandern der Flammen entlang dem Oberflächenabschnitt des die Öffnungen enthaltenden Blattmaterials gezündet werden können.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Schichten aus oxidierendem oder oxidierbarem Material ein verformbares Material umfaßt, für welches zum Brechen ein größere Spannung als für das Material der anderen Schicht erforderlich ist, und die flammendurchlässigen Öffnungen durch Strecken des pyrotechnischen Blatts an den Vorsprüngen unter dauerhafter Verformung der Materialschicht (21, 32) mit der größeren Bruchspannung und Bruch dermaterialschicht (22, 23, 33, 34) mit der geringeren Bruchspannung bereitgestellt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Abschnitte des pyrotechnischen Blatts in eine Richtung mit einer Komponente senkrecht zur Basisebene des pyrotechnischen Blattmaterials gestreckt werden, um Vorsprünge (24, 31) auf dem Blatt bereitzustellen und gleichzeitig mindestens eine der Schichten aus oxidierendem oder oxidierbarem Material (22, 23, 33, 34) zu brechen, um flammendurchlässige Öffnungen (28, 37) bereitzustellen, durch die Abschnitte der Grenzfläche (29, 38) der oxidierenden und oxidierbaren Materialien freigelegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei flammendurchlässige Öffnungen (28, 37) auf Oberflächenabschnitten von Vorsprüngen bereitgestellt werden, die sich in eine Richtung mit einer Komponente normal zur Basisebene des pyrotechnischen Blattmaterials (20, 30) ausdehnen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Vorsprünge (24, 31) mittels einem oder mehreren Stanz- oder Prägeelementen, beispielsweise gemusterten Prägeelementen oder gemusterten Walzen, gebildet werden.

14. Pyrotechnische Ladung, umfassend ein pyrotechnisches Blattmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, welches in übereinander liegenden Schichten angeordnet ist, so daß die Vorsprünge (24, 31) einen Raum zwischen den Schichten aufrechterhalten, um die Fortbewegung von Flammen und-Verbrennungsprodukten zwischen den Schichten zu gestatten.