DE69609793T2

DE69609793T2 - Heterogene gaserzeugende Treibladungen

Info

Publication number: DE69609793T2
Application number: DE69609793T
Authority: DE
Inventors: Michael W. Barnes; Matthew A. Cox; Christopher Hock; Michael P. Jordan; Robert D. Taylor; Alan J. Ward
Original assignee: Autoliv ASP Inc
Current assignee: Autoliv ASP Inc
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: EP0767155A1; JPH09118582A; DE69609793D1; EP0767155B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft gaserzeugende Zusammensetzungen zum Aufblasen von Kraftfahrzeugairbags und anderen Einrichtungern, in denen eine rasche Erzeugung großer Gasvolumina erforderlich ist. Spezieller befaßt sich die Erfindung mit einer gaserzeugenden Beschickung, die ein heterogenes Gemisch freier Typen von gaserzeugenden Zusammensetzungen ist. Die gaserzeugenden Zusammensetzungen des heterogenen Gemisches ergänzen einander und erzeugen Verbrennungsprodukte, die sowohl einen geringen Gehalt an unerwünschten Gasen als auch einen geringen Gehalt an Feinstoffen besitzen.
Die meisten Kraftfahrzeugairbagrückhaltesysteme, die derzeit in Verwendung sind, benutzen gaserzeugende Zusammensetzungen, in welchen Natriumazid der Hauptbrennstoff ist. Wegen Nachteilen mit Natriumazid, insbesondere der Instabilität in Gegenwart metallischer Verunreinigungen und Toxizität, welche ein Entsorgungsproblem für unaktivierte Gaserzeuger darstellt, besteht der Wunsch, Nichtazidgaserzeugersysteme zu entwickeln, und eine Anzahl von Nichtazidformulierungen wurde bereits vorgeschlagen. Bis heute haben jedoch Nichtazidgaserzeuger keine wesentliche gewerbliche Bedeutung erlangt.
Alternativen zu Aziden, die beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 5 035 757 vorgeschlagen wurden, enthalten Azolverbindungen einschließlich Tetrazol- und Triazolverbindungen. Tetrazolverbindungen schließen 5-Aminotetrazol (AT), Tetrazol, Bitetrazol und Metallsalze dieser Verbindungen ein. Triazolverbindungen schließen 1,2,4-Triazol-5-on, 3- Nitro-1,2,4-triazol-5-on und Metallsalze dieser Verbindungen ein. Obwohl alle obigen Azolverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung brauchbare Brennstoffe sind, ist von diesen AT gewerblich das wichtigste.
Gaserzeugungssysteme enthalten zusätzlich zu der Brennstoffkomponente ein Oxidationsmittel. Für die Verwendung in Verbindung mit Azolbrennstoffen vorgeschlagene Oxidationsmittel schließen Alkali- und Erdalkalinitratsalze, -chloratsalze und -perchloratsalze ein.
Mehrere gaserzeugende Verfahren benutzen Wasser. Wasserverarbeitung vermindert die Gefahren einer Verarbeitung von gaserzeugenden Materialien. Es ist daher erwünscht, daß gaserzeugende Zusammensetzungen so formuliert werden, daß sie die Verarbeitung in Wasser erleichtern. Ein Beispiel von Verarbeitung in Wasser, das z. B. in der US-Patentschrift Nr. 5 015 309 beschrieben ist, schließt die Stufen ein, in denen man
1. einen Schlamm der Erzeugerbestandteile mit Wasser bildet,
2. den Schlamm unter Bildung kugeliger Perlen eines Durchmessers von 100 bis 300 um sprühtrocknet und
3. die Perlen unter Schwerkraftfluß in eine Hochgeschwindigkeitsrotationspresse einführt.
Um die Tablettenpresse günstig zu beschicken, braucht man gutausgebildete kugelige Perlen. Ohne Perlen treten in dem Beschickungssystem gewöhnlich Verstopfungen oder Überbrückungen auf. Ohne Perlen ist es schwierig, ein gleichmäßiges Befüllen der Tablettenpresse mit hoher Geschwindigkeit zu erreichen. Diese Perlen bilden sich in der Sprühtrocknungsstufe nicht ohne daß wenigstens ein Teil der gaserzeugenden Stoffe wasserlöslich ist. Typische Schlämme enthalten bis zu 35% Wasser, und es ist bevorzugt, daß wenigstens 15% der festen Bestandteile in dem Schlamm löslich sein müssen.
Eine andere übliche Produktionstechnik (z. B. US-Patentschrift Nr. 5 084 218) schließt die folgenden Stufen ein:
1. Bildung eines Schlammes der gaserzeugenden Bestandteile mit Wasser,
2. Extrudieren des Schlammes unter Bildung spaghettiähnlicher Stränge,
3. Zerschneiden und Kugeligmachen der Stränge zu Perlen und
4. Tablettieren der Perlen, wie oben beschrieben.
Die Stufe des Zerschneidens und Kugeligmachens unter Bildung von Perlen ist nicht erfolgreich, es sei denn, daß ein Teil der gaserzeugenden Stoffe wasserlöslich ist.
Ein Problem, das mit gaserzeugenden Zusammensetzungen verbunden ist, welche Tetrazole oder Triazole als Brennstoff benutzen, ist die Produktion unerwünschter Gase, wie CO, NOx, NH&sub3; und HCN. Die US-Patentschrift Nr. 5 467 715 von Robert Taylor et al. beschreibt eine gaserzeugende Zusammensetzung, welche als Brennstoff zusätzlich zu einem Tetrazol oder Triazol einen wasserlöslichen Brennstoff, wie Guanidinnitrat, und als das Oxidationsmittel ein Übergangsmetalloxid plus, vorzugsweise, ein zusätzliches Oxidationsmittel, wie Strontiumnitrat, verwendet. Diese Zusammensetzung ist wäßrig verarbeitbar und minimiert auch die Gehalte an unerwünschten Verbrennungsgasen. Dennoch wird die Automobilindustrie zunehmend empfindlich gegenüber unerwünschten Verbrennungsgasen und verlangt zunehmend strengere Standards. Somit besteht ein fortgesetzter Bedarf, gaserzeugende Formulierungen zu bekommen, die weiter verminderte Gehalte an unerwünschten Gasen produzieren.
Wie in der US-Patentschrift Nr. 5 431 103 beschrieben, sind die gaserzeugenden Zusammensetzungen, die in der obengenannten US-Patentschrift Nr. 5 467 715 beschrieben sind, selbstentzündlich, selbstzündend, wie beispielsweise im Falle eines Fahrzeugfeuers, bei einer Temperatur wesentlich unter Temperaturen, bei denen Zündergehäuse, besonders Aluminiumzündergehäuse, geschwächt werden.
Die am 15. Januar 1974 Timmerman erteilte Patentschrift Nr. 3 785 149 beschreibt gaserzeugende Zusammensetzungen, die Verbrennungsgase produzieren, welche im wesentlichen vollständig aus Kohlendioxid und Wasser bestehen. Die gaserzeugenden Zusammensetzungen der US-Patentschrift Nr. 3 785 149 verwenden als den Brennstoff eine organische Verbindung, die nur die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, wobei die organische Verbindung Carbonsäuregruppen oder Carbonsäuresalzgruppen enthält und daher einen hohen Sauerstoffgehalt besitzt. Das Oxidationsmittel ist ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumchlorat oder -perchlorat. Ein Problem mit dieser Brennstofftype besteht darin, daß sie hohe Gehalte an Brennstoffen erzeugt, welche als Rauch im Inneren eines Fahrzeugs auftreten, wenn sich der Airbag entfaltet. Obwohl ein solcher "Rauch" nicht besonders schädlich sein kann, kann er doch einen Insassen eines Fahrzeugs oder einen Retter unrichtig glauben machen, daß das Fahrzeug brennt. Ein anderes Problem ist die schlechte Verträglichkeit mit Aufblaseinrichtungen, die aus Aluminium bestehen oder Aluminiumteile enthalten. Die hohen Verbrennungstemperaturen dieser gaserzeugenden Zusammensetzungen neigen dazu, Aluminiumteile zu zerstören, um zum Beispiel Löcher in das Gehäuse der Aufblaseinrichtung oder die Filterpackung zu brennen.
Somit ist ersichtlich, daß verschiedene gaserzeugende Zusammensetzungen unterschiedliche Typen unerwünschter Ausflüsse, entweder gas- oder teilchenförmig, erzeugen können. Oftmals ist es schwierig, einen oder mehrere spezielle unerwünschte Ausflüsse unter einen vorbestimmten Standardwert zu bringen.
Hier sollte man sich ins Gedächtnis rufen, daß es nicht erforderlich ist, jeden unerwünschten Ausfluß in gaserzeugenden Zusammensetzungen auf null zu vermindern. Der Insasse eines Fahrzeugs wird gaserzeugendem Ausfluß sehr kurz ausgesetzt, und es ist lediglich erforderlich zu gewährleisten, daß der Insasse nicht einer wesentlichen Schädigungsgefahr durch gaserzeugenden Ausfluß während jener sehr kurzen Berührung ausgesetzt wird. Auch die Gesamtmenge an unerwünschtem Ausfluß von gaserzeugenden Stoffen hat extrem geringe Wirkung auf die allgemeine Umgebung.
Das Formulieren einer gaserzeugenden Zusammensetzung für irgendeine spezielle Anwendung erfordert einen Abgleich einer Anzahl pyrotechnischer Parameter, wie der Brenngeschwindigkeit, der Verbrennungstemperatur, des Gasvolumens je Gewicht der gaserzeugenden Zusammensetzung und so weiter. Außerdem muß die Produktion unerwünschter sowohl gasförmiger als auch teilchenförmiger Ausflüsse berücksichtigt werden.
Da pyrotechnische Eigenschaften und Ausflußcharakteristiken für eine große Vielzahl von gaserzeugenden Zusammensetzungen bekannt sind, mag es logisch erscheinen, die Bestandteile mehrerer bekannter Zusammensetzungen miteinander zu vermischen und dabei die verschiedenen pyrotechnischen Eigenschaften und Ausflußcharakteristiken unterschiedlicher Zusammensetzungen so auszugleichen. Beispielsweise in Zusammensetzungen, die die Elemente C, H, O, N und ein oder mehrere Metalle enthalten, ist es typischerweise schwierig, die Gehalte von NOx und NH&sub3; zu steuern (CO kann auch ein Problem sein, kann aber durch Rezepturen gesteuert werden, die bei genügend niedrigen Temperaturen verbrennen, wo CO- Produktion minimiert wird). Andererseits sind in Zusammensetzungen, die die Elemente C, H, O und ein oder mehrere Metalle enthalten, die CO-Gehalte oftmals problematisch. Es scheint daher logisch, die Komponenten einer gaserzeugenden Zusammensetzung, in welcher NOX- und NH&sub3;-Gehalte problematisch sind, und eine gaserzeugende Zusammensetzung, worin CO- Gehalte problematisch sind, zu vermischen, um eine gaserzeugende Zusammensetzung zu liefern, in welcher sich die Gehalte aller erwünschten Gase auf genügend niedrigen Werten befinden.
Dieser Weg funktioniert jedoch nicht, wenn nach üblichen Methoden Zusammensetzungen erzeugt werden, in welchen die Komponenten der gaserzeugenden Zusammensetzungen allgemein homogen vermischt werden. Wenn die Komponenten zweier oder mehrerer wesentlich verschiedener gaserzeugender Zusammensetzungen miteinander vermischt werden, neigen die pyrotechnischen und Ausflußcharakteristiken dazu, nicht ein ausgewogener Mittelwert der beiden Zusammensetzungen zu sein. Stattdessen neigen die pyrotechnischen und Ausflußprofile solcher gemischter Zusammensetzungen dazu, unvorhersehbar zu sein. Der Grund hierfür ist, daß bei der Verbrennung unvermeidbar chemische Reaktionen zwischen den gemäß den einzelnen bekannten Zusammensetzungen ausgewählten Komponenten auftreten. Auch wenn Komponenten zweier unterschiedlicher gaserzeugender Zusammensetzungen homogen miteinander vermischt werden, kann es chemische Wechselwirkungen während der Zeitdauer vor der Entfaltung geben. Selbst die Möglichkeit solcher Lagerungswechselwirkungen kann einen Airbaghersteller dazu veranlassen, eine gemischte Zusammensetzung zurückzuweisen, welche hinsichtlich der Lagerbeständigkeit nicht ausreichend getestet wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bekommt man eine zum Aufblasen von Kraftfahrzeugairbags geeignete gaserzeugende Treibladung, die ein heterogenes Gemisch von 80 bis 95 Gew.-% einer ersten getrennt vermischten gaserzeugenden Zusammensetzung (1) und 5 bis 20 Gew.-% einer zweiten getrennt vermischten gaserzeugenden Zusammensetzung (2), bezogen auf das Gesamtgewicht von (1) + (2), umfaßt, wobei
die erste gaserzeugende Zusammensetzung (1) 20 bis 40 Gew.-% Brennstoff (A) und 60 bis 80 Gew.-% Oxidationsmittel (B) umfaßt,
50 bis 80 Gew.-% des Brennstoffes (A) eine Triazol- oder Tetrazolverbindung (A¹) und 15 bis 50 Gew.-% des Brennstoffes ein wasserlöslicher Brennstoff (A²) sind,
wenigstens 20 Gew.-% des Oxidationsmittels (B), bis zu 100%, ein Übergangsmetalloxid (B¹) sind, wobei der Rest dieses Oxidationsmittels aus einer Gruppe (B²) ausgewählt ist, die aus Alkali- und/oder Erdalkalimetallnitraten, -chloraten oder -perchloraten besteht, und
die zweite gaserzeugende Zusammensetzung (2) 30 bis 65 Gew.-% eines Brennstoffes (C), welcher eine organische Verbindung ist, die Carbonsäure- oder -salzgruppen hat und nur die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, wobei der Sauerstoffgehalt zwischen 35 und 65 Gew.-% der organischen Verbindung liegt, und etwa 35 bis 70 Gew.-% eines Oxidationsmittels (D) umfaßt, welches unter Alkalimetallchloraten, Alkalimetallperchloraten und Gemischen hiervon ausgewählt ist. Die pyrotechnischen und Gasausflußprofile der heterogenen gaserzeugenden Zusammensetzung nach der Erfindung ergeben ein ausgewogenes Mittel der gaserzeugenden Zusammensetzungen. Durch Erzeugung eines heterogenen statt eines homogenen Gemisches werden chemische wechselweise Reaktionen sowohl vor der Entfaltung als auch während der gaserzeugenden Verbrennung vermieden. Die gaserzeugende Treibladung ergibt geringe Gehalte an unerwünschten Gasen und teilchenförmigen Stoffen bei der Verbrennung. Vorzugsweise bestehen wenigstens 50 Gew.-% des Oxidationsmittels (B) aus einem Übergangsmetalloxid (B¹). Die Verwendung von Übergangsmetalloxiden als eine Hauptoxidationsmittelkomponente führt zu niedrigeren Verbrennungstemperaturen, welche geringere Erzeugung von toxischen Oxiden ergeben.
Wenn hier nichts anderes angegeben ist, sind alle Prozentsätze Gewichtsprozentsätze. Der Gewichtsprozentsatz einer jeden gaserzeugenden Zusammensetzung und ihrer Komponenten wird in bezug auf die aktiven Bestandteile, d. h. die Gesamtheit von Brennstoff und Oxidationsmittelverbindungen, berechnet. Die Gewichtsprozentsätze anderer Bestandteile, wie Kühlmittel, Füllstoffe, Preßhilfen usw., werden in bezug auf die gesamten aktiven Bestandteile jeder gaserzeugenden Zusammensetzung berechnet, wobei die Gesamtheit von Oxidationsmittel plus Brennstoff 100% ist.
Während die Hauptbrennstoffkomponente (A¹) der ersten gaserzeugenden Zusammensetzung (1) aus irgendeiner der Tetrazol- und Triazolverbindungen, die oben aufgelistet sind, und Gemischen hiervon ausgewählt werden kann, ist vom Standpunkt der Verfügbarkeit und Kosten 5-Aminotetrazol (AT) derzeit die Azolverbindung der Wahl. Der Zweck des Brennstoffes ist es, Kohlendioxid-, Wasser- und Stickstoffgase zu erzeugen, wenn mit einem geeigneten Oxidationsmittel oder einer geeigneten Oxidationsmittelkombination verbrannt wird. Die so erzeugten Gase werden verwendet, um einen Kraftfahrzeuggassack oder eine andere derartige Einrichtung aufzublasen. Beispielsweise wird AT verbrannt, um Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff nach der folgenden Gleichung zu erzeugen:
2CH&sub3;N&sub5; + 7/2 O&sub2; → 2 CO&sub2; + 3 H&sub2;O + 5 N&sub2;
Um eine Verarbeitung in Verbindung mit Wasser zu erleichtern, ist ein kleinerer Anteil des ersten Brennstoffes (1), d. h. zwischen 15 und 50 Gew.-% des Brennstoffes, ein wasserlöslicher Brennstoff (A²). Während wasserlösliche Oxidationsmittel, wie Strontiumnitrat, auch die Verarbeitung in Wasser erleichtern, neigt eine Überbewertung solcher wasserlöslichen Oxidationsmittel zu unerwünscht hohen Verbrennungstemperaturen. Speziell erwünschte Eigenschaften wasserlöslicher Brennstoffe sind:
Die Verbindung sollte in Wasser leicht löslich sein, d. h. wenigstens 30 g/100 ml Wasser bei 25ºC. Die Verbindung sollte nur unter H, C, O und N ausgewählte Elemente enthalten; beim Vermischen mit einem Oxidationsmittel, um stöchiometrisch Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser zu ergeben, sollte die Gasausbeute größer als etwa 1,8 mol Gas je 100 g der Formulierung sein, und beim Vermischen mit einem Oxidationsmittel, um Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff stöchiometrisch zu ergeben, sollte die theoretische Verbrennungstemperatur bei 6,895 MPa (1000 psi) niedrig, vorzugsweise geringer als 1800 K sein.
Verbindungen, die am idealsten zu den obigen Kriterien passen, sind Nitratsalze von Aminen oder substituierten Aminen. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, die Gruppe, die aus Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat, Diaminoguanidinnitrat, Semicarbazidnitrat, Triaminoguanidinnitrat, Ethylendiamindinitrat, Hexamethylentetramindinitrat und Gemischen solcher Verbindungen besteht. Guanidinnitrat ist derzeit der bevorzugte wasserlösliche Brennstoff.
Allgemein wird irgendein Übergangsmetalloxid als ein Oxidationsmittel (B¹) dienen. Besonders geeignete Übergangsmetalloxide schließen Eisen-III-oxid und Kupfer-II-oxid ein. Das bevorzugte Übergangsmetalloxid ist Kupfer-II-oxid, welches bei Verbrennung des Gaserzeugers Kupfermetall als eine Schlackenkomponente erzeugt. Der Zweck des Oxidationsmittels ist es, den zum Oxidieren des Brennstoffes nötigen Sauerstoff zu liefern, beispielsweise oxidiert CuO AT gemäß der folgenden Gleichung:
4 CH&sub3;N&sub5; + 14 CuO → 14 Cu + 4 CO&sub2; + 6 H&sub2;O + 10 N&sub2;
Das Übergangsmetalloxid (B¹) kann das einzige Oxidationsmittel in dem ersten Brennstoff ausmachen oder in Verbindung mit anderen Oxidationsmitteln (B²) einschließlich Alkali- und Erdalkalimetallnitraten, -chloraten und -perchloraten sowie Gemischen solcher Oxidationsmittel verwendet werden. Von diesen werden die Nitrate (Alkali- und/oder Erdalkalimetallsalze) bevorzugt, und Strontiumnitrat ist derzeit am meisten bevorzugt. Nitratoxidationsmittel steigern den Gasausstoß etwas. Alkalinitrate sind als zündungsfördernde Additive besonders brauchbar.
Die erste gaserzeugende Zusammensetzung (1) kann gegebenenfalls bis zu 3 Gew.-%, typischerweise zwischen 1 und 2 Gew.-% Katalysator enthalten. Bornitride und Eisenferricyanid sind solche Verbrennungskatalysatoren. Bestimmte Übergangsmetalloxide, wie Kupferchromat, Chromoxid und Manganoxid, wirken zusätzlich zu der Oxidationsmittelfunktion als Katalysatoren für die Verbrennung.
Um die Reaktionstemperatur weiter zu vermindern, können auch gegebenenfalls Kühlmittel in die erste gaserzeugende Zusammensetzung in einer Menge bis zu 10 Gew.-%, typischerweise zwischen 1 und 5 Gew.-%, eingearbeitet werden. Geeignete Kühlmittel sind beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid, Kieselsäure, Metallcarbonatsalz, Übergangsmetalle und Gemische hiervon. Die Kühlmittel können in feinteiliger Form vorliegen, obwohl, wenn verfügbar, die Faserform bevorzugt ist, z. B. Graphit-, Aluminiumoxid- und Aluminiumoxid/- Kieselsäure-Fasern.
Geeignete Brennstoffe (C) für die zweite gaserzeugende Zusammensetzung (2) sind beispielsweise, aber nicht ausschließlich, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Weinsäure, Schleimsäure, Zitronensäure, Salze und Gemische hiervon. Ein derzeit bevorzugter Brennstoff ist Weinsäure. Brennstoffverbindungen, die Carbonsäuren enthalten, sind mit Übergangsmetalloxiden reaktiv. So können die Komponenten der ersten und zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung nicht miteinander vermischt werden. Demnach müssen die gaserzeugenden Treibsätze der vorliegenden Erfindung heterogen sein.
Das Oxidationsmittel (D) für die zweite gaserzeugende Zusammensetzung (2) ist ein Alkalimetallchlorat oder -perchlorat, besonders Natriumchlorat, Kaliumchlorat, Natriumperchlorat und Kaliumperchlorat.
Wie bei der ersten gaserzeugenden Zusammensetzung können andere Bestandteile, die im Stand der Technik bekannt sind, wie Schlackenbildner, Verfahrenshilfen und/oder Brenngeschwindigkeitskatalysatoren, gebenenfalls oder erwünschtermaßen in der zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung vorliegen.
Die ersten und zweiten gaserzeugenden Zusammensetzungen sind wechselseitig vorteilhaft, wenn sie in einem gaserzeugenden Treibsatz vorgesehen werden. Die zweite gaserzeugende Zusammensetzung vermindert unerwünschte Gase, die durch die erste gaserzeugende Zusammensetzung gebildet werden. Die erste gaserzeugende Zusammensetzung minimiert Feinstoffe, die durch die zweite gaserzeugende Zusammensetzung erzeugt werden.
Eine heterogene Treibladung kann auf verschiedene Weise bereitet werden. Pulver der beiden Zusammensetzungen können getrennt zu Tabletten oder Plättchen gepreßt und als zwei getrennte Tabletten oder Plättchen in die Aufblaseinrichtung eingeführt werden. Eine "zweiköpfige" Tablette kann aus den beiden gaserzeugenden Zusammensetzungen hergestellt werden, indem man Pulver einer der Zusammensetzungen teilverdichtet, Pulver der zweiten Zusammensetzung zugibt und schließlich für eine Beschickung zu der Aufblaseinrichtung als Tabletten oder Plättchen endverdichtet. Die derzeit bevorzugte Methode ist die, Pulver der beiden Zusammensetzungen trocken zu vermischen und das trockenvermengte Gemisch zu Tabletten oder Plättchen zu pressen. Bei der Herstellung von Tabletten oder Plättchen nach irgendeiner der obigen Methoden, besonders der Trockengemischmethode, ist es bevorzugt, daß die Pulver der gaserzeugenden Zusammensetzungen Teichengrößen zwischen 25 und 250 um haben.
Es ist allgemein erwünscht, die gaserzeugende Zusammensetzung zu pelletisieren. In diesem Fall können bis zu etwa 1 Gew.-%, typischerweise 0,2 bis 0,5 Gew.-% einer Preßhilfe oder eines Bindemittels verwendet werden. Wenn die beiden Gaserzeuger getrennt pelletisiert oder tablettiert werden, werden Bindemittel oder Preßhilfen jeder gaserzeugenden Zusammensetzung zugesetzt. Wenn Pulver der beiden Gaserzeugerzusammensetzungen zusammen pelletisiert oder tablettiert werden, wird das Bindemittel oder die Preßhilfe einem Gemisch von Pulvern der beiden gaserzeugenden Zusammensetzungen zugesetzt. Die Bindemittel oder Preßhilfen können unter Materialien ausgewählt werden, die für diesen Zweck als üblich bekannt sind, wie Molybdändisulfid, Polycarbonat, Graphit, Viton®, Nitrocellulose, Polysaccharide, Polyvinylpyrrolidon, Natriumsilicat, Calciumstearat, Magnesiumstearat, Zinkstearat, Talkum, Glimmermineralien, Bentonit, Montmorillonit und andere dem Fachmann bekannte Stoffe. Eine bevorzugte Preßhilfe/ein bekanntes Bindemittel ist Molybdändisulfid. Wenn Molybdändisulfid verwendet wird, ist es bevorzugt, daß ein Alkalimetallnitrat als ein Anteil des Oxidationsmittels enthalten ist. Alkalimetallnitrat in Gegenwart von Molybdändisulfid führt zur Bildung von Alkalimetallsulfat statt zu toxischen Schwefelverbindungen. Wenn Molybdändisulfid verwendet wird, wird demnach Alkalimetallnitrat als ein Teil des Oxidationsmittels in einer ausreichenden Menge verwendet, um im wesentlichen die gesamte Schwefelkomponente des Molybdändisulfids in Alkalimetallsulfat umzuwandeln. Diese Menge ist wenigstens das stöchiometrische Äquivalent des Molybdändisulfids, aber typischerweise das Mehrfache des stöchiometrischen Äquivalents. Auf Gewichtsbasis wird Alkalimetallnitrat typischerweise in einer Menge des Drei- bis Fünffachen des verwendeten Gewichtes von Molybdändisulfid eingesetzt.
Die Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten anhand spezieller Beispiele beschrieben.

Vergleichsbeispiele 1 und 2 - Beispiele 3 und 4

Eine erste gaserzeugende Zusammensetzung wird folgendermaßen zusammengestellt: 69,55 Gew.-% Kupfer-II-oxid, 19,45 Gew.-% 5-Aminotetrazol, 6 Gew.-% Guanidinnitrat und 5 Gew.-% Strontiumnitrat. Eine zweite gaserzeugende Zusammensetzung wird aus 59,08 Gew.-% Kaliumperchlorat und 40,92 Gew.-% Weinsäure zusammengestellt. Jede dieser Zusammensetzungen wurde hergestellt, indem ein Gefäß mit ausreichend Wasser, um einen 30 gew.%igen Schlamm zu ergeben, beschickt wurde, die festen Bestandteile zugegeben wurden und mit einem Mischer mit hoher Scherkraft vermengt wurde. Jeder Schlamm wurde in einen Trog gegossen und in einem Ofen bei 85 bis 105ºC getrocknet, bis das Material trocken genug war, um durch ein Sieb von 3,36 mm (6 Maschen) gepreßt zu werden. Dann wurde das Trocknen vervollständigt.
Die Materialien wurden jeweils mit einer Drehtablettenpresse mit hoher Geschwindigkeit tablettiert, wobei Tabletten mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25 in) und einer Dicke von 1,8 mm (0,07 in) gebildet wurden.
Das Vergleichsbeispiel 1 war die erste gaserzeugende Zusammensetzung allein. Das Vergleichsbeispiel 2 ist die zweite gaserzeugende Zusammensetzung allein. Beispiel 3 war ein Gemisch von 88 Gew.-% Tabletten der ersten gaserzeugenden Zusammensetzung und 12 Gew.-% der zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung. Beispiel 4 war Tabletten eines Trockengemisches der ersten und zweiten gaserzeugenden Zusammensetzungen in den gleichen Gewichtsprozentsätzen wie Beispiel 3.
Aufblaseinrichtungstests unter Verwendung einer Beladung von 55 g, die in einen Behälter von 2,83 m³ (100 ft³) gesaugt wurde, sind in der nachfolgenden Tabelle gezeigt. Die Gasmengen sind in Volumenteilen je Million (ppm) angegeben, die Feinstoffe sind in Gramm ausgedrückt.
* Aufblaseinrichtungsverträglichkeit
** In dem Vergleichsbeispiel 2 werden nur 25 g Gaserzeuger verwendet, da höhere Beladungen zu übermäßig hohen Drücken führen. Feinteilgehalte werden in bezug auf eine 55 g-Ladung berechnet.
Es ist ersichtlich, daß ein Gemisch der ersten und zweiten gaserzeugenden Zusammensetzungen in den Beispielen 3 und 4 wesentlich weniger unerwünschtes Gas erzeugt als die erste gaserzeugende Zusammensetzung (Vergleichsbeispiel 1) allein und weniger Feinstoffe erzeugt als die zweite gaserzeugende Zusammensetzung (Vergleichsbeispiel 2) allein.
Obwohl die Erfindung beispielhalber unter Bezugnahme auf Gemische bestimmter spezieller gaserzeugender Zusammensetzungen dargestellt wurde, läßt sie sich allgemein auf heterogenes Mischen einer ersten und wenigstens einer zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung anwenden. Nach heterogenem Mischen neigen die pyrotechnischen und Ausflußeigenschaften einschließlich des Gas- und Feinstoffausflusses dazu, ein ausgewogenes Mittel der heterogen vermischten gaserzeugenden Zusammensetzungen zu sein. Obwohl die Erfin dung unter Bezugnahme auf heterogene Gemische zweier gaserzeugender Zusammensetzungen beispielhalber dargestellt wurde, sollte ein heterogenes Mischen auch auf Gemische von drei oder mehr gaserzeugenden Zusammensetzungen anwendbar sein.
Die Erfindung liefert relativ vorhersehbare pyrotechnische und Ausflußprofile bei Verwendung von zwei oder mehr gaserzeugenden Zusammensetzungen. Wenn Airbaganwendungen spezieller werden, z. B. auf der Fahrerseite, Mitfahrerseite, Seitenairbags und für spezielle Fahrzeuge, besteht die Notwendigkeit, in der Lage zu sein, die pyrotechnischen und Gasausflußprofile kundenbezogen anzupassen. Die Erfindung ergibt die Möglichkeit, die pyrotechnischen und Ausflußeigenschaften mit wesentlicher Voraussagbarkeit und Zuverlässigkeit kundenbezogen anzupassen.

Claims

1. Zum Aufblasen von Kraftfahrzeugairbags geeignete gaserzeugende Treibladung, die ein heterogenes Gemisch von 80 bis 95 Gew.-% einer ersten getrennt vermischten gaserzeugenden Zusammensetzung (1) und 5 bis 20 Gew.-% einer zweiten getrennt vermischten gaserzeugenden Zusammensetzung (2), bezogen auf das Gesamtgewicht von (1) + (2), umfaßt, wobei

die erste gaserzeugende Zusammensetzung (1) 20 bis 40 Gew.-% Brennstoff

(A) und 60 bis 80 Gew.-% Oxidationsmittel (B) umfaßt, 50 bis 80 Gew.-% des Brennstoffes (A) eine Triazol- oder Tetrazolverbindung

(A¹) sind und 15 bis 50 Gew.-% des Brennstoffes ein wasserlöslicher Brennstoff (A²) sind,

wenigstens 20 Gew.-% des Oxidationsmittels (B), bis zu 100%, ein Übergangsmetalloxid (B¹) sind, wobei der Rest dieses Oxidationsmittels aus einer Gruppe (B²) ausgewählt ist, die aus Alkali- und/oder Erdalkalimetallnitraten, -chloraten oder - perchloraten besteht, und

die zweite gaserzeugende Zusammensetzung (2) 30 bis 65 Gew.-% eines Brennstoffes (C) umfaßt, welcher eine organische Verbindung ist, die Carbonsäure- oder Salzgruppen hat und nur die Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, wobei der Sauerstoffgehalt zwischen 35 und 65 Gew.-% dieser organischen Verbindung liegt, sowie 35 bis 70 Gew.-% eines Oxidationsmittels (D) umfaßt, welches unter Alkalimetallchloraten, Alkalimetallperchloraten und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

2. Gaserzeugende Treibladung nach Anspruch 1, in der das Übergangsmetalloxid CuO ist.

3. Gaserzeugende Treibladung nach Anspruch 1 oder 2, in der der wasserlösliche Brennstoff (A²) unter Guanidinnitrat, Aminoguanidinnitrat, Diaminoguanidinnitrat, Semicarbazidnitrat, Triaminoguanidinnitrat, Ethylendiamindinitrat, Hexamethylentetramindinitrat und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

4. Gaserzeugende Treibladung nach Anspruch 3, in der der wasserlösliche Brennstoff (A²) Guanidinnitrat ist.

5. Gaserzeugende Treibladung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, in der die ersten und zweiten gaserzeugenden Zusammensetzungen zu getrennten Tabletten oder Plättchen pelletisiert sind.

6. Gaserzeugende Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der die erste und zweite gaserzeugende Zusammensetzung aus einem Trockengemisch dieser gaserzeugenden Zusammensetzungen gemeinsam pelletisiert sind.

7. Gaserzeugende Treibladung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, in der der Brennstoff (C) der zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung (2) unter Weinsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Schleimsäure, Zitronensäure und Salzen und Gemischen hiervon ausgewählt ist.

8. Gaserzeugende Treibladung nach Anspruch 7, worin der Brennstoff (C) der zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung (2) Weinsäure ist.

9. Gaserzeugende Treibladung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, in der das Oxidationsmittel (D) der zweiten gaserzeugenden Zusammensetzung (2) Kaliumperchlorat ist.