EP3986575A1 - Composition pyrotechnique génératrice de gaz - Google Patents

Composition pyrotechnique génératrice de gaz

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EP3986575A1
EP3986575A1 EP20747021.2A EP20747021A EP3986575A1 EP 3986575 A1 EP3986575 A1 EP 3986575A1 EP 20747021 A EP20747021 A EP 20747021A EP 3986575 A1 EP3986575 A1 EP 3986575A1
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EP20747021.2A
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Frédéric MARLIN
Aurélien DOILLON
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ArianeGroup SAS
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    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A62C—FIRE-FIGHTING
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
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    • C06B31/02—Compositions containing an inorganic nitrogen-oxygen salt the salt being an alkali metal or an alkaline earth metal nitrate
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    • B60R21/2644—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags characterised by the inflation fluid source or means to control inflation fluid flow using instantaneous generation of gas, e.g. pyrotechnic using only solid reacting substances, e.g. pellets, powder

Definitions

  • the invention relates to a pyrotechnic composition which generates a gas having a low level of condensable species, and having a limited combustion temperature.
  • the invention also relates to devices incorporating such a composition.
  • shock absorbers for protecting vehicle occupants, or even as a solution for pressurizing an extinguishing agent present in a tank in order to trigger its distribution to a fire zone.
  • the invention relates to a pyrotechnic gas-generating composition
  • a pyrotechnic gas-generating composition comprising at least:
  • an oxidizing agent chosen from alkali metal nitrates, alkaline earth metal nitrates or mixtures thereof, said oxidizing agent being present in a mass content of between 30% and 75%, and
  • an endothermic agent chosen from alkali metal oxalates, alkaline earth metal oxalates, transition metal oxalates or mixtures thereof, said endothermic agent being present in a mass content of between 10% and 50%.
  • the pyrotechnic composition according to the invention has, during its combustion, a satisfactory gas yield and the maintenance of a high gas pressure over time due to a reduced generation of condensable species and a limited combustion temperature.
  • the constituents of this pyrotechnic composition have a limited quantity of hydrogen, which makes it possible to reduce the formation of water which constitutes a condensable species, and a high quantity of nitrogen and oxygen which makes it possible to maintain a satisfactory gas yield.
  • the 5-AT which forms the reducing agent has a high nitrogen content and a low hydrogen content, thus making it possible to reduce the amount of condensable species generated compared to the use of other agents such as nitrate. guanidine for example.
  • the endothermic agent for its part, makes it possible to reduce the combustion temperature of the pyrotechnic composition in order to limit the effects of pressure loss linked to a drop in temperature.
  • the oxidizing agent is chosen from strontium nitrate, sodium nitrate or their mixtures.
  • the oxidizing agent can be strontium nitrate.
  • Strontium nitrate advantageously makes it possible to avoid any risk of forming caustic species such as NaO or NaOH which can eventually corrode the device in which the pyrotechnic composition is used.
  • the endothermic agent is chosen from sodium oxalate, strontium oxalate, copper oxalate or their mixtures.
  • the endothermic agent can be sodium oxalate.
  • Sodium oxalate has a particularly high endothermic power and therefore makes it possible to particularly lower the combustion temperature of the pyrotechnic composition.
  • said composition further comprises an agglomerating agent present in a mass content of between 1% and 6%.
  • agglomerating agent also designated by the expression “slaggant agent” in the literature, helps to agglomerate the residues generated during combustion. and to retain the latter. This makes it possible in particular to avoid any risk of the diffusion of combustion residues disturbing the process and to simplify the solution by making the use of a filter superfluous.
  • the agglomerating agent is distinct from each of the reducing agent, the oxidizing agent and the endothermic agent.
  • the agglomerating agent can be chosen from alumina, an inorganic titanate or their mixtures.
  • the pyrotechnic composition is such that:
  • the reducing agent is present in a mass content of between 10% and 25%,
  • the oxidizing agent is present in a mass content of between 35% and 55%, and
  • the endothermic agent is present in a mass content of between 30% and 50%.
  • the pyrotechnic composition can be in various forms, for example in the form of a set of grains or pellets, or of a monolithic block.
  • the invention also relates to a gas generator comprising a pyrotechnic gas-generating composition as described above, and an initiator capable of initiating the combustion of said composition.
  • the invention also relates to an inflation device comprising a gas generator as described above and an object to be inflated defining an interior volume in communication with an outlet of the gas generator.
  • the object to be inflated may be a cushioning cushion intended for protection
  • the object to be inflated can alternatively be an emergency inflatable object, such as an inflatable slide for the evacuation of passengers from an aircraft.
  • the invention also relates to a fire extinguisher comprising a gas generator as described above and a body containing an extinguishing agent, the gas generator being able to pressurize the extinguishing agent so as to cause its distribution. outside the body.
  • the fire extinguisher may include a piston configured to move under the effect of the gas generated following the combustion of the pyrotechnic composition and thus to pressurize the extinguishing agent in order to trigger its distribution.
  • the gas generated can bubble in the extinguishing agent and thus trigger its
  • the inventors evaluated the thermodynamic characteristics of various pyrotechnic compositions using the Orismlie computer code.
  • the formulations of the pyrotechnic compositions evaluated and the associated results are provided in the table below.
  • composition according to Example 1 corresponds to a composition outside the invention.
  • compositions of Examples 2 to 5 correspond to compositions according to
  • compositions according to the invention exhibit a lower level of condensable H 2 0 as well as a lower combustion temperature compared to that of Example 1 while retaining a satisfactory gas yield.
  • the expression "between ... and " should be understood as including the limits.

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Abstract

La présente invention concerne une composition pyrotechnique génératrice de gaz présentant un rendement gazeux élevé tout en ayant une génération réduite d'espèces condensables et une température de combustion limitée.

Description

Description
Titre de l'invention : Composition pyrotechnique génératrice de gaz
Domaine Technique
L'invention concerne une composition pyrotechnique générant un gaz ayant un faible taux d'espèces condensables, et présentant une température de combustion limitée. L'invention vise également des dispositifs intégrant une telle composition
pyrotechnique.
Technique antérieure
La génération de gaz à partir de la combustion de compositions pyrotechniques trouve des applications variées, notamment dans le gonflage de coussins
amortissants (« airbags ») pour la protection d'occupants de véhicules, ou encore en tant que solution pour pressuriser un agent d'extinction présent dans un réservoir afin de déclencher sa distribution vers une zone de feu.
Il est néanmoins souhaitable d'améliorer les compositions pyrotechniques
génératrices de gaz existantes en stabilisant davantage dans le temps la pression de la phase gazeuse produite tout en conservant un rendement gazeux satisfaisant.
Exposé de l'invention
L'invention concerne une composition pyrotechnique génératrice de gaz, comprenant au moins :
- un agent réducteur 5-aminotétrazole présent en une teneur massique comprise entre 10% et 30%,
- un agent oxydant choisi parmi les nitrates de métal alcalin, les nitrates de métal alcalino-terreux ou leurs mélanges, ledit agent oxydant étant présent en une teneur massique comprise entre 30% et 75%, et
- un agent endotherme choisi parmi les oxalates de métal alcalin, les oxalates de métal alcalino-terreux, les oxalates de métal de transition ou leurs mélanges, ledit agent endotherme étant présent en une teneur massique comprise entre 10% et 50%.
Dans la suite, le 5-aminotétrazole sera noté 5-AT. La composition pyrotechnique selon l'invention présente lors de sa combustion un rendement gazeux satisfaisant et le maintien d'une pression de gaz élevée dans le temps du fait d'une génération réduite d'espèces condensables et d'une température de combustion limitée. Les constituants de cette composition pyrotechnique présentent une quantité d'hydrogène limitée, ce qui permet de réduire la formation d'eau laquelle constitue une espèce condensable, et une quantité d'azote et d'oxygène élevée ce qui permet de conserver un rendement gazeux satisfaisant. En particulier, le 5-AT qui forme l'agent réducteur présente une forte teneur en azote et une faible teneur en hydrogène permettant ainsi de réduire la quantité d'espèces condensables générées par rapport à l'emploi d'autres agents comme le nitrate de guanidine par exemple. L'agent endotherme permet quant à lui de diminuer la température de combustion de la composition pyrotechnique afin de limiter les effets de perte de pression liés à une baisse de température.
Dans un exemple de réalisation, l'agent oxydant est choisi parmi le nitrate de strontium, le nitrate de sodium ou leurs mélanges.
En particulier, l'agent oxydant peut être le nitrate de strontium.
Le nitrate de strontium permet avantageusement d'éviter tout risque de former des espèces caustiques comme NaO ou NaOH qui peuvent à terme corroder le dispositif dans lequel la composition pyrotechnique est utilisée.
Dans un exemple de réalisation, l'agent endotherme est choisi parmi l'oxalate de sodium, l'oxalate de strontium, l'oxalate de cuivre ou leurs mélanges.
Le choix de ces agents endothermes permet de réduire davantage encore la température de combustion de la composition pyrotechnique et donc de favoriser davantage encore le maintien d'une pression de gaz élevée dans le temps.
En particulier, l'agent endotherme peut être l'oxalate de sodium.
L'oxalate de sodium présente un pouvoir endothermique particulièrement élevé et permet donc d'abaisser particulièrement la température de combustion de la composition pyrotechnique.
Dans un exemple de réalisation, ladite composition comprend en outre un agent agglomérant présent en une teneur massique comprise entre 1% et 6%.
L'emploi d'un agent agglomérant, aussi désigné par l'expression « agent slaggant » dans la littérature, contribue à agglomérer les résidus générés durant la combustion et à retenir ces derniers. Cela permet en particulier d'éviter tout risque que la diffusion de résidus de combustion ne perturbe le processus et de simplifier la solution en rendant l'emploi d'un filtre superflu.
L'agent agglomérant est distinct de chacun de l'agent réducteur, de l'agent oxydant et de l'agent endotherme. L'agent agglomérant peut être choisi parmi l'alumine, un titanate inorganique ou leurs mélanges.
Dans un exemple de réalisation, la composition pyrotechnique est telle que :
- l'agent réducteur est présent en une teneur massique comprise entre 10% et 25%,
- l'agent oxydant est présent en une teneur massique comprise entre 35% et 55%, et
- l'agent endotherme est présent en une teneur massique comprise entre 30% et 50%.
La présence des différents constituants dans ces teneurs permet avantageusement d'améliorer davantage encore le compromis entre obtention d'un rendement gazeux élevé et maintien de la pression du gaz généré dans le temps.
La composition pyrotechnique peut se présenter sous diverses formes, par exemple sous la forme d'un ensemble de grains ou de pastilles, ou d'un bloc monolithique. L'invention vise également un générateur de gaz comprenant une composition pyrotechnique génératrice de gaz telle que décrite plus haut, et un initiateur apte à initier la combustion de ladite composition.
L'invention vise également un dispositif de gonflage comprenant un générateur de gaz tel que décrit plus haut et un objet à gonfler définissant un volume intérieur en communication avec une sortie du générateur de gaz.
L'objet à gonfler peut être un coussin amortissant destiné à la protection
d'occupants de véhicules. L'objet à gonfler peut en variante être un objet gonflable de secours, comme un toboggan gonflable pour l'évacuation des passagers d'un aéronef.
L'invention vise également un extincteur d'incendie comprenant un générateur de gaz tel que décrit plus haut et un corps renfermant un agent d'extinction, le générateur de gaz étant apte à pressuriser l'agent d'extinction de sorte à provoquer sa distribution à l'extérieur du corps. L'extincteur d'incendie peut comporter un piston configuré pour se déplacer sous l'effet du gaz généré suite à la combustion de la composition pyrotechnique et pour pressuriser ainsi l'agent d'extinction afin de déclencher sa distribution. En variante, le gaz généré peut barboter dans l'agent d'extinction et déclencher ainsi sa
pressurisation et sa distribution.
Description des modes de réalisation
Les inventeurs ont évalué les caractéristiques thermodynamiques de diverses compositions pyrotechniques à l'aide du code de calcul Ophélie. Les formulations des compositions pyrotechniques évaluées et les résultats associés sont fournis dans le tableau ci-dessous.
[Table 1]
La composition selon l'exemple 1 correspond à une composition hors invention. Les compositions des exemples 2 à 5 correspondent à des compositions selon
l'invention. Les compositions selon l'invention présentent un plus faible taux de H20 condensable ainsi qu'une plus faible température de combustion par rapport à celle de l'exemple 1 tout en conservant un rendement gazeux satisfaisant. L'expression « compris(e) entre ... et ... » doit se comprendre comme incluant les bornes.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Composition pyrotechnique génératrice de gaz, comprenant au moins :
- un agent réducteur 5-aminotétrazole présent en une teneur massique comprise entre 10% et 30%,
- un agent oxydant choisi parmi les nitrates de métal alcalin, les nitrates de métal alcalino-terreux ou leurs mélanges, ledit agent oxydant étant présent en une teneur massique comprise entre 30% et 75%, et
- un agent endotherme choisi parmi l'oxalate de sodium, l'oxalate de strontium, l'oxalate de cuivre ou leurs mélanges, ledit agent endotherme étant présent en une teneur massique comprise entre 10% et 50%.
[Revendication 2] Composition selon la revendication 1, dans laquelle l'agent oxydant est choisi parmi le nitrate de strontium, le nitrate de sodium ou leurs mélanges.
[Revendication 3] Composition selon la revendication 2, dans laquelle l'agent oxydant est le nitrate de strontium.
[Revendication 4] Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l'agent endotherme est l'oxalate de sodium.
[Revendication 5] Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ladite composition comprenant en outre un agent agglomérant présent en une teneur massique comprise entre 1% et 6%.
[Revendication 6] Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle :
- l'agent réducteur est présent en une teneur massique comprise entre 10% et 25%,
- l'agent oxydant est présent en une teneur massique comprise entre 35% et 55%, et
- l'agent endotherme est présent en une teneur massique comprise entre 30% et 50%.
[Revendication 7] Générateur de gaz comprenant une composition pyrotechnique génératrice de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et un initiateur apte à initier la combustion de ladite composition.
[Revendication 8] Dispositif de gonflage comprenant un générateur de gaz selon la revendication 7 et un objet à gonfler définissant un volume intérieur en
communication avec une sortie du générateur de gaz.
[Revendication 9] Extincteur d'incendie comprenant un générateur de gaz selon la revendication 7 et un corps renfermant un agent d'extinction, le générateur de gaz étant apte à pressuriser l'agent d'extinction de sorte à provoquer sa distribution à l'extérieur du corps.
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