FR2759694A1 - Compositions generatrices de gaz contenant du mica - Google Patents
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Abstract
Des compositions génératrices de gaz sont formées à partir d'un combustible, d'un ou plusieurs oxydants et de mica. Les compositions génératrices de gaz donnent des produits de combustion solides et des gaz de gonflement ayant une teneur réduite en gaz indésirables tels que NOx et CO.
Description
- 1 -
COMPOSITIONS GÉNÉRATRICES DE GAZ CONTENANT DU MICA
La présente invention concerne généralement de nouvelles compositions génératrices de gaz utilisées pour gonfler des dispositifs de retenue des occupants dans des véhicules à moteur. Plus spécifiquement, cette invention se rapporte à des générateurs de gaz qui contiennent jusqu'à 25% en poids de mica, qui produisent des produits de combustion ayant des taux
acceptables de substances indésirables.
Des dispositifs gonflables de retenue des occupants pour véhicules à moteur sont en développement depuis de nombreuses années dans le monde entier. Des compositions génératrices de gaz pour gonfler les dispositifs de retenue des occupants sont aussi en développement depuis de nombreuses années et de nombreux brevets ont été délivrés à ce sujet. Comme les gaz de gonflement produits par les générateurs de gaz doivent satisfaire à des critères de toxicité stricts, la plupart des générateurs de gaz actuellement utilisés, sinon tous, sont à base d'azides de métal alcalin ou alcalino-terreux. L'azide de sodium est actuellement le combustible préféré pour des compositions génératrices de gaz car il réagit avec des agents oxydants pour former un gaz relativement non toxique principalement
constitué par de l'azote.
Un problème majeur associé avec les générateurs de gaz à base d'azide est l'extrême toxicité de l'azide lui-même. La toxicité des générateurs à base d'azide rend leur utilisation difficile de ce fait et relativement coûteuse. En plus, le risque potentiel et les problèmes d'élimination des dispositifs de gonflement non déclenchés contenant des générateurs à base
d'azide doivent être pris en compte.
En revanche, les générateurs de gaz sans azide (c'est-à-dire, le 5-
aminotétrazole) fournissent des avantages significatifs par rapport aux générateurs de gaz à base d'azide pour ce qui est des risques pendant la fabrication et l'élimination. Malheureusement, les générateurs de gaz sans azide connus jusqu'ici produisent des taux de substances indésirables trop élevés lors de la combustion. Les gaz indésirables les plus difficiles à contrôler sont les divers oxydes d'azote (NOx) et le monoxyde de carbone (CO). Un problème supplémentaire associé avec les générateurs de gaz sans azide est la température de combustion significativement plus élevée par
rapport aux générateurs à base d'azide.
- 2 - Des générateurs de gaz qui contiennent des compositions métalliques produisent lors de la combustion des particules solides ou ce qui est généralement dénommé "scorie" ou "mâchefer" qui doivent être filtrées du gaz de combustion avant le gonflement du coussin d'air. La capacité d'un générateur de gaz à former une scorie aisée à filtrer est un grand avantage lorsque les gaz sont utilisés à des fins de gonflement, spécialement lorsque les gaz doivent être filtrés pour gonfler un coussin d'air d'automobile. La réduction du taux de gaz indésirables lors de la combustion de générateurs de gaz sans azide et de la formation de particules de combustion solides (scories) nécessite une combinaison spéciale de matières. Par exemple, le réglage du rapport oxydant/combustible réduit soit les NOx soit CO. Plus spécifiquement, l'augmentation du rapport de l'oxydant au combustible minimise la teneur en CO lors de la combustion car
l'oxygène supplémentaire oxyde le CO en dioxyde de carbone.
Malheureusement, cette approche conduit à des quantités accrues de NOX. Les taux relativement élevés de NOx et de CO produits par la combustion de générateurs de gaz sans azide et la difficulté présentée quant à la formation de produits de combustion solides aisés à filtrer sont dus, en partie, aux températures de combustion relativement élevées présentées par les générateurs de gaz sans azide. Par exemple, la température de combustion d'une composition azide de sodium/oxyde de fer peut aller d'environ 1 200 C à environ 1 900 C, alors que les générateurs de gaz sans
azide présentent des températures de combustion aussi élevées que 2 800 C.
L'utilisation de combustibles à énergie plus basse pour réduire la température de combustion est inefficace car les combustibles d'énergie plus basse ne fournissent pas une vitesse de génération de gaz, ou un taux de combustion, suffisamment élevée, pour une utilisation dans des systèmes de retenue pour véhicule. Un taux de combustion approprié du générateur de gaz est requis pour assurer que le système de coussin d'air fonctionne
aisément et convenablement.
Les problèmes susmentionnés sont palliés par la présente invention, qui décrit des générateurs de gaz qui contiennent de 5 à 25% en poids de mica. Les générateurs de gaz de cette invention donnent des produits de combustion aisés à filtrer et produisent en outre des gaz de gonflement à un taux de combustion élevé souhaité tout en réduisant la production de gaz non souhaités. Plus spécifiquement, cette invention se rapporte à des - 3 - générateurs de gaz sans azide qui contiennent jusqu'à environ 25% en poids
de mica.
Un avantage principal des nouvelles compositions génératrices de gaz de cette invention est que des taux réduits de gaz indésirables sont produits et que les produits de combustion solides sont aisément filtrés du gaz produit. Le générateur de gaz de cette invention peut utiliser des combustibles avec et/ou sans azide et utilise de préférence des azoles ou des sels de tétrazole en tant que combustible. Une caractéristique unique de cette invention est l'utilisation nouvelle et non évidente de mica. Par ailleurs, la composition génératrice de gaz de cette invention produit le
haut rendement de gaz qui est requis des gonfleurs modernes.
Les compositions génératrices de gaz contenant du mica de cette invention sont aisées à préparer, évitent la production de taux substantiels de gaz indésirables et permettent de filtrer efficacement les
matières solides formées pendant la combustion du générateur de gaz.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
US 5460668 de Lyon décrit des compositions génératrices de gaz sans azide, qui contiennent un additif absorbant la chaleur choisi parmi le Pyrex@, le Vycor , les aluminosilicates alcalino-terreux, les aluminosilicates, les borosilicates d'oxyde de baryum et d'alumine, la silice fondue et les alumino borosilicates de baryum. Les poudres de verre suggérées par ce brevet ramollissent aux températures de combustion, à la différence du mica utilisé dans la présente invention, qui un matériau
cristallin qui se décompose à environ 500 C.
US 5467715 décrit une composition génératrice de gaz, comprenant entre environ 20 et environ 40% en poids de combustible. Le combustible comprend un composé de tétrazole et/ou de triazole et un combustible hydrosoluble. Ce brevet suggère aussi qu'il est souhaitable de mettre sous forme de pastilles les compositions génératrices de gaz avec jusqu'à environ 5% en poids, typiquement 0,2 à 5% en poids d'un adjuvant de fabrication ou d'un liant employé dans la formation des pastilles. Parmi les adjuvants de fabrication suggérés figurent les minéraux micacés. Ce brevet ne suggère pas l'utilisation du mica à des taux de 5 à 25% en poids par rapport au générateur de gaz pour réduire les gaz indésirables et
améliorer la formation de scories.
US 5035757 décrit un mélange générateur de gaz utile pour gonfler un coussin d'air d'automobile, ledit mélange pyrotechnique comprenant: (1) un -4- combustible choisi dans le groupe des composés d'azole; (2) un oxydant contenant de l'oxygène; (3) une matière formant des scories à haute température, choisie dans le groupe constitué par les oxydes, hydroxydes, carbonates et oxalates de métal alcalino-terreux; et (4) un matière formant des scories à basse température, choisie dans le groupe constitué par le dioxyde de silicium, l'oxyde borique, les silicates de métal alcalin et les argiles et talcs naturels. Ce brevet ne suggère pas l'utilisation du mica, qui réduit la production de matières particulaires et de gaz nocifs à des
niveaux qui répondent aux critères de performance futurs.
US 5139588 décrit une composition génératrice de gaz, comprenant: (1) un combustible sans azide; (2) un oxydant contenant de l'oxygène; (3) un
sel de métal alcalin d'un acide inorganique ou organique, tel que le 5-
aminotétrazole; et (4) une matière formant des scories à basse température, choisie parmi les argiles, les talcs et la silice. Ce brevet ne suggère pas l'utilisation de mica dans des compositions génératrices de gaz sans azide pour réduire la production de gaz indésirables et améliorer les capacités
de formation de scorie du générateur de gaz.
US 5518054 décrit une composition génératrice de gaz qui comprend un combustible et un oxydant et un adjuvant de fabrication. Ce brevet décrit l'utilisation d'entre 0,05 et environ 2% en poids d'un adjuvant de fabrication comprenant un mélange de mica et d'un sel d'un acide gras. Ce brevet ne suggère pas l'utilisation de mica à des taux de 5 à 25% en poids
dans des générateurs de gaz.
US 3834955 se rapporte à des compositions explosives et suggère l'utilisation d'agents anti-agglomération tels que les argiles finement divisées, les talcs ou le mica dans de telles compositions. Ce brevet ne se rapporte pas à des générateurs de gaz pour des systèmes de sécurité automobiles, mais plutôt à des compositions explosives résistantes à l'eau, sous forme particulaire, qui sont utilisées dans des opérations de
déflagration.
US 5388859 décrit un gonfleur pour coussin d'air avec des membranes isolantes qui s'étendent à travers une chambre de diffusion entre des ouvertures de décharge et des ouvertures de sortie de gaz. La membrane isolante est soudée au logement pour bloquer la conduction d'humidité depuis l'environnement entourant le gonfleur jusqu'à l'intérieur du gonfleur. Lorsque le gonfleur est actionné, la pression des gaz s'écoulant au travers des ouvertures de décharge rompt la membrane isolante. Ce brevet -5- ne suggère pas l'utilisation d'une feuille de rupture ou d'éclatement en acier inoxydable pour sceller hermétiquement les ouvertures de sortie de gaz et réduire la quantité de matières particulaires et de gaz indésirables
sortant du gonfleur.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est une vue latérale d'un mode de réalisation d'un
gonfleur pour coussin d'air de la présente invention.
La figure 2 est une coupe transversale du dispositif générateur de
gaz de la figure 1 prise le long de la ligne 2-2.
La figure 3 est une vue d'extrémité du dispositif générateur de gaz
de la figure 1.
La figure 4 est une vue éclatée d'un gonfleur réutilisable utilisé
dans les essais décrits ici.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
L'industrie automobile est à la recherche constante de générateurs de gaz qui produisent une scorie aisée à filtrer, des taux de matière particulaire bas et des taux de gaz indésirables réduits. L'industrie a aussi besoin de générateurs de gaz qui n'utilisent pas de générateurs à base d'azide pour éviter les problèmes associés avec la toxicité des azides. La présente invention, tout en étant utile dans les générateurs à
base d'azide, concerne plus spécifiquement les générateurs sans azide.
Ainsi, l'utilisation de 5 à 25% en poids de mica dans des générateurs de gaz répond aux besoins de l'industrie et favorise l'utilisation de
combustibles sans azide.
Les formulations génératrices de gaz de cette invention peuvent être formulées avec tout combustible connu. La plupart des gonfleurs pour coussin d'air actuels utilisent un azide, en particulier l'azide de sodium, en tant que combustible. Néanmoins, il est souhaitable d'éviter l'utilisation des combustibles azides, et un certain nombre d'autres
combustibles ont été proposés, notamment un tétrazole (à savoir, le 5-
aminotétrazole), un bitétrazole, les sels minéraux des tétrazoles, la 1, 2,4-triazole-5-one, les nitrates (à savoir, le nitrate de guanidine et le nitrate d'aminoguanidine) et similaires. Le combustible représente typiquement entre environ 15 et environ 70% en poids de la composition génératrice de gaz, alors que l'oxydant représente typiquement entre
environ 20 et environ 80% en poids de la composition génératrice de gaz.
- 6 - Des adjuvants de fabrication tels que le dioxyde de silicium peuvent aussi être utilisés dans la présente invention. Les spécialistes de la technique savent que, en fonction des oxydants et combustibles particuliers utilisés, certains adjuvants de fabrication ont des propriétés bénéfiques par rapport à d'autres. Des adjuvants de fabrication représentatifs utiles dans la présente invention sont la silice TS-530 fabriquée par Cabot
Corporation de Tuscola, Illinois, États-Unis.
Des oxydants utiles dans la composition de la présente invention
incluent les nitrates alcalino-terreux tels que le nitrate de strontium.
Les nitrates, chlorates et perchlorates de métal alcalin et de métal alcalino-terreux sont aussi des oxydants utiles. Le nitrate d'ammonium est aussi un oxydant utile. L'oxydant préféré de la présente invention est un
mélange de nitrate de strontium et de nitrate de potassium.
Le mica est un nom pour un groupe de minéraux de silicate d'aluminium hydratés cristallins complexes constitués par des flocons de clivage extrêmement fins et caractérisés par un clivage basal presque parfait, et un haut degré de flexibilité, d'élasticité et de ténacité. Les divers
micas, bien que de structure semblable, varient en composition chimique.
Les propriétés du mica dérivent de la périodicité de l'alternance d'une liaison chimique faible avec une liaison forte. Sont représentatifs des minéraux du groupe du mica la muscovite, la phlogopite, la biotite, la lépidolite et d'autres tels que la phlogopite fluorée. En général, le rapport silicium à aluminium est d'environ 3:1. Tout mica naturel est utile dans la composition génératrice de gaz de la présente invention. Néanmoins, les micas contenant des atomes d'halogène tels que la lépidolite et la phlogopite fluorée ne sont pas préférés. La présence d'atomes d'halogène dans certains des minéraux du groupe du mica peut conduire à la production de gaz de combustion contenant des ions halogènes indésirables. Le mica utile dans la composition de la présente invention est typiquement un mica broyé ayant une taille de particule allant de 2 à 100 pm. Ce mica broyé est aussi souvent dénommé mica en flocons. Dans la présente invention, un mica
avec une taille de particule dans la gamme de 2 à 25 pm est préféré.
Le mica broyé est utilisé en tant qu'allongeur pour peinture qui facilite la suspension, réduit le fendillement et le farinage, prévient le retrait du film, augmente la résistance à la pénétration d'eau et aux agents atmosphériques, et illumine le ton des pigments colorés. Dans l'industrie du caoutchouc, le mica broyé est utilisé en tant que charge minérale et lubrifiant pour moule dans la fabrication de produits de -7- caoutchouc moulés tels que les pneus. Les utilisations dans l'industrie des matières plastiques sont semblables, le mica broyé agissant aussi en tant
qu'agent renforçant.
La composition génératrice de gaz selon cette invention peut éventuellement contenir jusqu'à environ 3% en poids, typiquement entre environ 1 et environ 2% en poids, d'un catalyseur. Les hydrures de bore et le ferricyanure de fer sont représentatifs de tels catalyseurs de combustion. L'invention est maintenant décrite plus en détail au moyen d'exemples
spécifiques.
En ce qui concerne d'abord la figure 1, celle-ci présente une vue latérale schématique d'un gonfleur représentatif pour coussin d'air de véhicule 10. Une plaque de montage 1l est utilisée pour attacher le gonfleur à un volant, un panneau de bord ou un autre endroit approprié dans le véhicule. Le gonfleur pour coussin d'air 10 contient une composition 16 qui génère du gaz lorsqu'elle est brûlée, et les gaz générés sortent du gonfleur par les ouvertures 12 dans le logement du gonfleur 13. Le gonfleur est activé par un signal émis par un détecteur d'impact lorsqu'un détecteur d'impact (non représenté) détecte un impact d'amplitude suffisante pour
nécessiter l'activation du gonfleur 10.
En ce qui concerne la figure 2, celle-ci montre un gonfleur 10 en coupe transversale prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1. Selon un mode de réalisation de cette invention, un détecteur d'impact 14 (non représenté) ferme un circuit électrique ou déclenche un signal déclencheur qui actionne un initiateur tel qu'un détonateur 24 qui enflamme une composition amplificatrice 15, qui à son tour enflamme la composition génératrice de gaz 16 selon la présente invention. L'ensemble d'inflammation 22 comprenant le détonateur 24 et deux électrodes est attaché au logement du gonfleur par tout moyen utile et est de préférence attaché par une soudure. Un mode de réalisation préféré de cette invention utilise un logement de gonfleur qui est soudé au laser. Tel qu'utilisé ici, le terme "détonateur" est compris comme étant un dispositif électrique ayant deux électrodes isolées l'une de l'autre et reliées par un fil de pont. Le fil de pont est de préférence inclus dans une ou plusieurs couches d'une composition pyrotechnique conçue pour donner un éclair thermique
d'une intensité suffisante pour enflammer la composition amplificatrice 15.
Il est entendu que divers initiateurs électriques, électroniques, -8mécaniques et électromécaniques connus dans la technique, comme un initiateur en forme de tige, peuvent être utilisés dans la présente invention. Bien que toute composition amplificatrice 15 appropriée puisse être employée, les exemples décrits ici ont employé BKNO3 en tant que composition amplificatrice. Le générateur de gaz 16 est enflammé par la chaleur générée par la composition amplificatrice 15 et la réaction chimique résultante génère un gaz qui passe au travers d'un filtre annulaire en tricot de fil métallique 26 puis au travers d'un tube annulaire perforé 17. Le filtre en tricot de fil métallique 26 et le tube perforé 17 sont de préférence faits en acier inoxydable, mais on peut employer un acier à faible teneur en carbone. Un coussin en tricot de fil métallique 18 est utilisé pour protéger les pastilles générateurs de gaz. Une bague d'appui 19 maintient le coussin en
fil métallique 18 et le filtre en fil métallique 26 en place.
Les gaz de combustion, après être passés à travers le filtre en tricot de fil métallique 26 et le tube perforé 17, entre dans une chambre annulaire 25. Les ouvertures 12 dans le logement 13 sont scellées avec une feuille d'éclatement en acier inoxydable 20. Lorsque la pression dans la chambre 25 dépasse une valeur donnée, la feuille 20 se rompt et les gaz s'échappent du gonfleur 10 au travers des ouvertures 12 et gonflent alors
un coussin d'air (non représenté).
Une substance s'auto-enflammant 21 est en contact proche avec la composition amplificatrice 15. La substance s'auto-enflammant 21 est une composition qui va s'enflammer spontanément à une température choisie au préalable et enflammer ainsi la composition amplificatrice 15 qui va ensuite enflammer le générateur de gaz 16. Les générateurs de gaz qui sont utilisés dans la pratique de cette invention peuvent réagir d'une manière beaucoup plus violente si la température ambiante est élevée, par exemple, au-dessus d'environ 175 C (347 F), de sorte qu'il est souhaitable d'enflammer le générateur de gaz avant qu'une réaction aussi violente ait pu se produire. Un dispositif retenant la substance s'auto-enflammant 23 fixe la substance s'auto-enflammant 21 contre la paroi intérieure du logement en métal 13 pour assurer qu'un transfert thermique approprié se produit pour l'inflammation de la substance s'auto-enflammant 21 à la
température souhaitée.
En ce qui concerne la figure 4, celle-ci représente en vue éclatée un gonfleur réutilisable 29 employé dans l'essai de divers générateurs de 9- gaz décrits dans cette demande. Afin de pouvoir les réutiliser à des fins d'essai, les premier et second éléments du logement ont été attachés l'un à l'autre par filetage plutôt qu'assemblés par des soudures comme le montrent les figures 1 et 2. Le gonfleur 29 comprend un premier élément de logement 27 et un second élément de logement 28, les deux ayant des configurations circulaires. La paroi intérieure du premier élément de logement 27 a un filetage interne 30 qui est fixé au filetage externe 31 de la paroi extérieure du second élément de logement 28. De préférence, les filetages employés sont des filetages de type trapézoïdal. Un initiateur (non représenté) est disposé dans l'intérieur 33 de la tige centrale et fonctionne d'une manière semblable à celle du détonateur 24 de la figure 2 pour enflammer le générateur de gaz 16. Une feuille de métal 20, 32 garnit les surfaces annulaires de la chambre de réaction. Un filtre en métal annulaire 26 et un tube annulaire perforé 17 sont disposés dans la chambre de réaction de la même manière que celle décrite avec référence à
la figure 2.
EXEMPLE I
PRÉPARATION D'UN GÉNÉRATEUR DE GAZ
Un lot d'un kg de chacune de six compositions génératrices de gaz a été formulé selon le tableau I ci-après. Les compositions ont été préparées en mélangeant initialement tous les constituants, sauf le 5- aminotétrazole (5-AT), dans un broyeur vibratoire de type discontinu (Sweco) pendant minutes. Le mica utilisé était du Micro Mica 3000 (muscovite) obtenu
auprès de Charles B. Chrystal Co., Inc. de New York, New York, ÉtatsUnis.
C'était un mica finement divisé ayant une masse volumique apparente
d'environ 1 689 kg/m3 (12,4 livres/pied cube) et une densité d'environ 2, 8.
- 10 -
TABLEAU I
VALEURS EN % EN POIDS
Échantil l on 5-AT KNO3 Sr(N03)2 SiO2 CaCO3 Bentonite Mica n calcique *
_ 1 32 8 44 1 - - 15
2 32 8 44 - - - 16
3 32 8 44 1 - 15 -
4 32 8 44 16 - - -
32 8 44 1 15 - -
6 36,9 11,9 51,2 0,5 - - -
* = mica muscovite ** = Les échantillons 1, 3, 5 et 6 utilisaient de la silice de fumée en tant qu'agent de partitionnement, l'échantillon 4 utilisait 1% de silice de fumée et 15% de silice microcristalline en tant qu'agent formateur de scorie. Le 5-AT a ensuite été ajouté au broyeur et le mélange a été broyé pendant 120 minutes de plus. Le mélange a ensuite été placé dans un mélangeur de type charrue et environ 15% en poids d'eau ont été ajoutés pour former des matières agglomérées qu'on a ensuite fait passer au travers
d'un granulateur avec un tamis à ouvertures de 8 mesh.
Les granules ont été placés sur un plateau et séchés à 120 C dans un four antidéflagrant pendant environ 3 heures. La teneur en eau après le séchage était entre 0,5 et 1% en poids. On a ensuite fait passer les granules séchés au travers du granulateur en utilisant un tamis à ouvertures de 20 mesh. Les échantillons ont ensuite été mis sous forme de pastilles avec une presse rotative pour pastilles. Les pastilles avaient un diamètre d'environ 5 mm, une hauteur de 1,2 mm, pesaient environ 51 à
53 mg chacun et avaient une densité telle que présentée au tableau II.
- 1 -
TABLEAU II
DENSITÉ DES PASTILLES
Échantillon n Densité g/cm3
1 2,16
2 2,18
3 2,16
4 2,13
2,17
6 2,14
En tant qu'exemple spécifique, l'échantillon n 1 a été préparé en combinant 2640 g de Sr(N03)2 (44% en poids), 480 g de (KN03) (8% en poids), 900 g de Micro Mica 3000 de Charles B. Chrystal Co., Inc. de New York, N.Y., États-Unis (15% en poids) et 60 g de silice TS-530 de Cabot Corporation de Tuscola, Illinois, États-Unis (1,0% en poids) dans un broyeur vibratoire de type discontinu contenant des milieux céramiques (Sweco), et le mélange a été broyé pendant 120 minutes. 1920 g de 5-AT (32% en poids) ont ensuite été ajoutés au broyeur et broyés pendant 120 minutes de plus. A la fin de l'opération de broyage, la taille moyenne de particule du mélange était de 5 à 10 pm. L'addition de 1% de silice a facilité l'opération de broyage car des mélanges sans la silice ou d'autres agents de partitionnement tendent à former des masses ou à s'agglomérer dans le broyeur. Néanmoins, il a été découvert plus tard que l'utilisation d'un broyeur vibratoire de type continu (broyeur 20U Palla Mil1) de AAB Raymond Combustion Engineering, Inc. éliminait le besoin de SiO2 en tant qu'agent
de partitionnement.
La matière broyée a ensuite été placée dans un mélangeur de type charrue (Simpson) et combinée avec 887,5 g d'eau et mélangée pendant environ 3 à 5 minutes pour produire une matière agglomérée qui a été déchargée dans un granulateur ayant un tamis à ouvertures de 8 mesh. La
matière granulée a ensuite été séchée à environ 0,5 à 1,0% en poids d'eau.
La matière séchée a ensuite été traitée dans un granulateur ayant un tamis
à ouvertures de 20 mesh.
La composition séchée et granulée a ensuite été mise sous forme de pastilles dans une presse rotative pour pastilles. Les pastilles ou
- 12 -
comprimés plats avaient un diamètre de 5 mm et une hauteur d'environ 1,2 mm. Les pastilles formées à partir de chaque échantillon ont ensuite
été chargées dans six gonfleurs en acier du type présenté à la figure 4.
Environ 43 g des pastilles 16 ont été chargés dans chacun des logements en acier. Les logements contenaient aussi un filtre à scories en tricot de fil d'acier inoxydable 26 et un coussin 18 pour les pastilles, un tube perforé en acier inoxydable 17 et une feuille d'éclatement en acier inoxydable ayant une épaisseur d'environ 0,025 mm. La feuille ou bande d'éclatement , 32 comprend une feuille mince d'acier inoxydable avec un adhésif sur un côté. L'adhésif était un adhésif sensible à la pression connu sous le
nom de 3M 9460PC VHB, fabriqué par 3M Co. du Minnesota, États-Unis.
D'autres adhésifs connus pour résister à des températures jusqu'à environ 250 C, tels que les adhésifs durcissant à l'état fondu, sont utiles. Le côté adhésif de la feuille d'éclatement est placé contre la surface intérieure du logement du gonfleur de façon à sceller hermétiquement toutes les ouvertures 12. Les ouvertures 12 ou ouvertures d'échappement pour les gaz générés par le générateur avaient un diamètre d'environ 3,5 mm. Le nombre d'ouvertures 12 était de douze. Les spécialistes de la technique savent que le nombre d'ouvertures requises et leur diamètre sont liés et que diverses combinaisons de nombre et de diamètre d'ouvertures peuvent être utilisées avec réussite. Le logement du gonfleur d'essai avait un volume total d'environ 88 cm3, alors que la région du logement située à l'intérieur du filtre et contenant les pastilles de matière génératrice de gaz avait un volume d'environ 46 cm3. Le gonfleur incorporait aussi environ 1,0 g de BKNO3 en tant qu'élément amplificateur et était associé avec l'initiateur.
EXEMPLE II
ESSAI DE GÉNÉRATEURS DE GAZ
MATIÈRES PARTICULAIRES
Les gonfleurs assemblés contenant les divers générateurs de gaz ont été évalués dans un réservoir d'essai de 60 litres muni d'un appareil pour enregistrer la pression et le profile chronologique de la combustion et analyser les gaz sortant du gonfleur. La quantité de matière particulaireou de scorie produite par le générateur en combustion a aussi été
déterminée. Les gonfleurs ont été installés dans le réservoir et enflammés.
Immédiatement après l'inflammation du gonfleur, des échantillons de gaz ont
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été prélevés du réservoir pour être analysés par FTIR (spectroscopie
infrarouge à transformée de Fourier).
Après avoir déchargé les gaz du réservoir dans l'atmosphère, l'intérieur du réservoir de 60 litres a été soigneusement lavé et rincé avec de l'eau désionisée pour mesurer la production de matière particulaire. La matière particulaire produite par les générateurs de gaz
comprend un mélange de produits de réaction hydrosolubles et insolubles.
Le mélange aqueux des produits de réaction solubles et la poussière insoluble ont ensuite été analysés pour déterminer la production totale de
matières particulaires.
Les gonfleurs ont aussi été évalués dans une chambre d'essai de 3 m3 (100 pieds cube). Cet essai est conçu pour simuler le volume intérieur d'une automobile standard. L'analyse des gaz et l'analyse des matières particulaires sont aussi possibles en utilisant cet essai. Le matériel d'essai était constitué par une chambre en acier de 3 m3 contenant un simulateur de volant. Une pompe à vide, un débitmètre à bulles, des filtres et un analyseur de gaz FT/IR (spectrophotomètre) étaient attachés à la chambre. Le gonfleur a été attaché à l'ensemble de volant simulé dans la chambre, la chambre a été scellée et le générateur de gaz enflammé. Des échantillons de gaz ont été analysés en utilisant un spectromètre de FTIR au temps zéro et à intervalles de 1, 5, 10, 15 et 20 minutes après l'inflammation. La production de matières particulaires aériennes peut aussi être mesurée en utilisant la chambre d'essai de 3 m3 en filtrant l'air de la chambre au travers d'un filtre fin après l'inflammation et en
calculant le poids gagné par le filtre.
Le tableau III présente les données recueillies pour six (6) essais (A à F) pour les échantillons 1 et 2 et pour trois (3) essais (A à C) pour les échantillons 3, 4 et 5 dans le réservoir de 60 litres. Le tableau III présente la matière particulaire insoluble en mg, la matière particulaire soluble en mg, la matière particulaire totale en mg et le pH de la solution
de lavage.
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TABLEAU III
PRODUCTION DE MATIÈRES PARTICULAIRES (RÉSERVOIR DE 60 LITRES)
Échant- Matière Matière Matière pH de la Matière
ilion n parti- parti- parti- solution parti-
culaire culaire culaire de lavage culaire insoluble soluble totale totale en mg en mg en mg moyenne mg
_5 |1-A 496 640 1136 9,70
1-B 966 568 1533 10,15
1-C 605 594 1199 9,75
1-D 429 450 879 9,96 1221
1-E 754 546 1300 10,06
| 1-F _ 654 626 1280 9,96
2-A 914 452 1366 10,19
2-B 612 428 1040 10,20
2-C 801 412 1213 10,30
2-D 547 360 907 10,26 1039
2-E 644 442 1086 10,06
2-F 332 292 624 9,96
3-A 903 554 1457 10,23
3-B 1286 500 1786 10,29 1617
3-C 963 646 1609 10,06
4-A 1585 790 2375 10,96
4-B 1631 756 2387 10,80 2270
4-C 1361 688 2049 10,59
-A 5333 1934 7267 11,86
-B 1042 1532 2574 11,78 4
5-C 3082 1348 4430 11,63
6-A ND ND 4659 11,06
6-B ND ND 5600 11,08 5319
6-C ND ND 5052 11,10
6-D ND ND 5413 11,20
6-E ND ND 5871 11,29
Ces résultats indiquent que le mica, avec ou sans silice en tant qu'adjuvant de fabrication, conduit à un effluent beaucoup plus propre que celui des échantillons 3, 4, 5 et 6. Les résultats pour les échantillons 1 et 2 ne sont pas significativement différents les uns des autres, néanmoins ils sont significativement différents des résultats produits par les échantillons 3, 4, 5 et 6. Ces données confirment les avantages d'un
générateur de gaz qui contient du mica.
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PRODUITS DE RÉACTION GAZEUX
L'industrie automobile développe encore des normes pour les produits de réaction gazeux des générateurs de gaz. Il est intéressant de noter que les objectifs établis pour une sortie de gonfleur de coussin d'air varient entre les États-Unis et les constructeurs automobiles d'Europe. Le tableau IV présente les taux souhaitables établis pour les gaz et matières
particulaires produits par les compositions génératrices.
TABLEAU IV
TAUX DES PRODUITS DE RÉACTION
Produit de réaction* Etats-Unis - moins de Europe - moins de
Matières particulaires 41,7 -
aerliennes Monoxyde de carbone 188 200 Dioxyde de carbone 2000 16667
Benzène 83,8 -
Formaldéhyde 3,3 3,3 Oxyde nitrique 16,7 16,7 Dioxyde d'azote 3,3 3,3 Ammoniac 50 50 Acide chlorhydrique 8,3 8,3 Acide cyanhydrique 8,3 8,3 Dioxyde de soufre 16,7 16,7 Acide sulfurique 16,7 16,7 Chlore 1,7 1,7 Phosgène 0,3 0,3 * toutes les valeurs en ppm sauf les matières particulaires aériennes, en mg/m3 Les taux de monoxyde de carbone (CO), d'oxyde nitrique (NO) et de dioxyde d'azote (NO2) des gaz produits dans le réservoir de 3 m3 pour les échantillons n 1 à n 5 sont présentés au tableau V. Des échantillons de gaz ont été analysés en utilisant une FTIR à intervalles avant le déploiement (données de base), 1, 5, 10, 15 et 20 minutes après le déploiement. Les échantillons ont été transférés directement à la cellule de gaz de FTIR depuis la chambre de 3 m3 par l'intermédiaire d'environ 2 mètres de tube en polymère fluoré ayant un diamètre extérieur d'environ 6 mm.
- 16 -
TABLEAU V
ANALYSE DES GAZ
(MOYENNE DE 3 ESSAIS AUX TEMPS D'ÉCHANTILLONNAGE
DE 1, 5, 10, 15 ET 20 MINUTES)
Echantillon n CO NO NO2
1 172 12 2,4
2 163 12 2,1
3 202 19 3,8
4 224 17 3,4
5 239 16 3,3
6 286 11 2,6
Les échantillons n 1 et n 2, qui contenaient 16% en poids de mica et 15% en poids de mica, respectivement, ont présenté des taux réduits de production de CO, NO et NO2 par rapport aux générateurs qui ne contenaient pas de mica. L'industrie automobile requiert que les générateurs de gaz produisent des taux restreints de divers produits de réaction comme le montre le tableau IV. Les générateurs de gaz de la présente invention
peuvent satisfaire à ces critères.
EXEMPLE III
Dans cette expérience, divers combustibles et taux de mica ont été évalués dans les générateurs de gaz de la présente invention. Les échantillons ont été préparés d'une manière semblable à celle de l'exemple I sauf que la taille des lots était de 500 g, les constituants ont été broyés séparément, mélangés à sec et pressés en brins pour l'essai. Les formulations pour les échantillons n' 7 à n 11 sont présentées au tableau VI.
TABLEAU VI
VALEURS EN % EN POIDS
Échantillon n Combustible KNO3 Sr(N03)2 SiO2 Mica+
7 5-AT-28% 7 39 1 25
8 5-AT-36% 9 49 1 5
9 NTO*-32% 8 44 1 15
K-AT**-32% 8 44 1 15
1il NaN3***-32% 8 44 1 15
- 17 -
* NTO - Nitrotriazolone (3-nitro-1,2,4-triazol-5-one) ** K-AT = sel potassique de 5-aminotétrazole *** NaN3 = azide de sodium + mica muscovite Au lieu de mettre les générateurs de gaz sous forme de pastilles comme dans l'exemple I, les compositions génératrices ont été façonnées en brins rectangulaires d'environ 10,16 cm de longueur et environ 0,63 cm de côté. Les côtés de chaque brin ont été revêtus avec un adhésif à base
d'époxy. Les brans ont été placés dans un autoclave à brûleur à support.
L'autoclave était équipé d'un transducteur de pression, de dispositifs acoustiques et d'enregistreurs de combustion mécaniques à fil. Les brins
ont été enflammés et la pression a été enregistrée en fonction du temps.
Le temps de combustion a été calculé par les dispositifs acoustiques et mécaniques. Le taux de combustion a été déterminé en divisant la longueur de chaque brin par son temps de combustion. Le taux de combustion est
présenté pour chaque échantillon dans le tableau VII.
TABLEAU VII
TAUX DE COMBUSTION DES ÉCHANTILLONS 7 À 11 À 7585 kPa (1100 psi) Echantillon n Taux de combustion (cm/sec)
7 0,95
8 2,44
9 0,94
2,51
il11 3,25 Bien que des taux de combustion supérieurs à 1,27 cm/sec. soient souhaitables, pour les échantillons n 7 et n 9 ils ont pu être améliorés
en réglant le rapport combustible/oxydant.
L'industrie automobile peut requérir dans le futur que les générateurs de gaz produisent des taux restreints de divers produits de réaction tels que présentés au tableau IV. Les générateurs de gaz de la
présente invention peuvent actuellement satisfaire à ces critères.
EXEMPLE IV
FEUILLE D'ÉCLATEMENT
Dans cette expérience, divers matériaux pour la feuille d'éclatement ont été évalués dans des gonfleurs en utilisant des générateurs de gaz sans
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azide. Les feuilles d'éclatement sont utilisées pour sceller les ouvertures de sortie des gaz du logement de gonfleur pour prévenir l'absorption d'eau atmosphérique par les pastilles de générateur. Les feuilles se rompent lors de l'inflammation du générateur pour permettre aux gaz de s'échapper du logement du gonfleur. Des essais précédents de gonfleurs en utilisant une feuille d'éclatement en aluminium avec des générateurs sans azide ont
démontré que la feuille d'aluminium fondait et brûlait.
* La feuille d'éclatement en aluminium, en fondant, contribue aussi à la quantité de matières particulaires produite par le gonfleur. On a préparé une série de 16 gonfleurs qui étaient identiques, mis à part l'utilisation d'une feuille d'éclatement en acier inoxydable (8 gonfleurs), qui ont été désignés configuration n 1, d'une feuille d'éclatement en aluminium (8 gonfleurs), qui ont été désignés configuration n 3. Le générateur utilisé était l'échantillon n 1 et le logement réutilisable présenté à la figure 3 a été utilisé. La feuille d'aluminium était épaisse de 0,127 mm et la feuille d'acier inoxydable était épaisse de 0,025 mm afin de fournir des pressions d'éclatement identiques, ce qui est le principal objectif de la feuille d'éclatement. La production de matière particulaire mesurée dans le réservoir de 60 litres a montré une réduction significative
lorsque la feuille d'éclatement était en acier inoxydable.
Des films vidéo de l'inflammation des gonfleurs ont montré une réduction significative des particules incandescentes sortant des gonfleurs lorsqu'on employait une feuille d'éclatement en acier inoxydable. En outre, l'inspection des gonfleurs après l'inflammation a montré que la majorité de la feuille d'acier inoxydable était restée à l'intérieur du logement et était revêtue avec une accumulation importante de scorie. En revanche, la feuille d'éclatement en aluminium était pratiquement partie de l'intérieur
du logement.
Trois gonfleurs de chaque configuration ont été déclenchés dans le réservoir de 60 litres pour mesurer les matières particulaires totales, dont trois ont été déclenchés dans le réservoir de 3 m3 pour analyser la toxicité et les matières particulaires aériennes et dont deux ont été déclenchés à l'air libre pour faire un enregistrement vidéo. Les résultats
sont présentés aux tableaux VIII et IX.
- 19 -
TABLEAU VIII
ESSAIS DANS UN RÉSERVOIR DE 60 LITRES
Configuration Total pH Total moyen
1A 1277 10
lB 567 10 812
1C 591 10
2A 1361 8
2B 1235 8 1506
2C 1921 8
TABLEAU IX
ESSAIS DANS UN RÉSERVOIR DE 3 m3 Configuration CO NO NO2
1-A 240 19 3,2
1-B 235 20 3,4
1-C 237 19 3,8
2-A 230 18 3,5
2-B 244 20 3,5
2-C 227 18 3,4
Il ne serait pas approprié de comparer les résultats d'essai présentés au tableau IX aux résultats d'essai présentés au tableau V. Après avoir effectué les essais rapportés au tableau V, mais avant d'effectuer les essais rapportés au tableau IX, plusieurs modifications ont été apportées à l'appareil d'essai à réservoir de 3 m3. La reconfiguration de l'appareil d'essai comprenait des opérations telles que le déplacement des éléments de commande, l'installation de certains nouveaux composants de tuyauterie et le déplacement de certains constituants de l'appareil d'essai. En outre, l'étoffe des coussins d'air employés dans l'essai
rapporté aux tableaux V et IX était différente.
- 20 -
Claims (9)
1. Composition génératrice de gaz, comprenant: (a) un combustible; (b) un oxydant; et
(c) du mica en tant qu'agent formateur de scorie.
2. Composition génératice de gaz selon la revendication 1, comprenant: (a) 15 à 70 % en poids d'un combustible; (b) 20 à 80 % en poids d'un oxydant; et
(c) 5 à 25 % en poids de mica.
3. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 et 2, comprenant:
(a) 20 à 40 % en poids d'un combustible choisi parmi les tétrazoles, les triazoles et les mélanges de ceux-ci; (b) 20 à 80 % en poids d'un oxydant choisi parmi les oxydes de métal de transition; les nitrates, chlorates et perchlorates de métal alcalin et alcalino-terreux; le nitrate d'ammonium; et des mélanges de ceux-ci; et
(c) 5 à 25 % en poids de mica.
4. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des
revendications 1 et 2, dans laquelle le combustible est choisi parmi les
azides de métal alcalin, les azides de métal alcalino-terreux, les aminotétrazoles et les sels de métal de ceux-ci, les tétrazoles et les sels de métal de ceux-ci, les bitétrazoles et les sels de métal de ceuxci, les triazoles et les sels de métal de ceux-ci, les nitrates, et des mélanges
de ceux-ci.
5. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans laquelle l'oxydant est choisi parmi les
oxydes de métal de transition; les nitrates, chlorates et perchlorates de
métal alcalin; les nitrates, chlorates et perchlorates de métal alcalino-
terreux; le nitrate d'ammonium; et des mélanges de ceux-ci.
6. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des
revendications précédentes, dans laquelle ledit combustible comprend du 5-
aminotétrazole et ledit oxydant comprend du nitrate de potassium et du
nitrate de strontium.
7. Composition génératrice de gaz selon la revendication 6, dans laquelle ledit combustible représente 30 à 35 % en poids dudit générateur, ledit nitrate de potassium représente 5 à 10 % en poids dudit générateur
- 21 -
et ledit nitrate de strontium représente 40 à 50 % en poids dudit
générateur.
8. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit mica représente 10 à 20 %
en poids dudit générateur.
9. Composition génératrice de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit mica représente environ
% en poids dudit générateur.
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