FR3064569A1

FR3064569A1 - Dispositif generateur de gaz pour le gonflage d’un coussin gonflable de securite comprenant une charge secondaire pulverulente permettant de reduire les risques d’explosion.

Info

Publication number: FR3064569A1
Application number: FR1752845A
Authority: FR
Inventors: Paul Philippe Cord
Original assignee: Seva Technologies SAS
Current assignee: Seva Technologies SAS
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2018-10-05
Anticipated expiration: 2037-04-03
Also published as: FR3064569B1; EP3606894A1; WO2018185426A1; CN110891924A

Abstract

L'invention concerne un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique et une deuxième chambre contenant une deuxième composition, les première et deuxième chambres communiquant entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 5 MPa de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 3 MPa de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d'une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l'extérieur par au moins un évent d'échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure, caractérisé en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d'au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d'ammonium, du nitrate d'ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant un dérivé carbone-hydrogène -oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de l'oxamide, de l'urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100 µm et une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,1.

Description

(57) L'invention concerne un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d'un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique et une deuxième chambre contenant une deuxième composition, les première et deuxième chambres communiquant entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d'un mélange d'au moins une charge oxydante et d'au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 5 MPa de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 3 MPa de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d'une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l'extérieur par au moins un évent d'échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure, caractérisé en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d'au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d'ammonium, du nitrate d'ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant un dérivé carbone-hydrogène -oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de l'oxamide, de l'urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100

Dispositif générateur de gaz pour le gonflage d’un coussin gonflable de sécurité comprenant une charge secondaire pulvérulente permettant de réduire les risques d’explosion

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION [001] L’invention concerne un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d’un élément de sécurité du type coussin gonflable de sécurité du type airbag, pour la protection d’un occupant de véhicule automobile.

[002] L'invention concerne plus particulièrement un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d’un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre contenant une deuxième composition dite charge secondaire, les première et deuxième chambres communiquant directement ou indirectement entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d’un mélange d'au moins une charge oxydante et d’au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d’une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l’extérieur par au moins un orifice d’échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure.

ETAT DE LA TECHNIQUE [003] On connaît de la demande de brevet EP2271601 un générateur de gaz pour un dispositif de sécurité pour véhicule automobile comprenant une chambre de réaction contenant une charge énergétique constituée d’un mélange d'au moins une charge oxydante et d’au moins une charge réductrice, une chambre de diffusion apte à recevoir des gaz générés par la réaction de la charge énergétique via au moins une ouverture de décharge communiquant avec l'extérieur, et une chambre de combustion contenant une charge pyrotechnique apte à générer de la chaleur pour déclencher et entretenir la combustion de charge énergétique. La demande susvisée prévoit d’utiliser comme charge énergétique une composition constituée d’un mélange de nitrate d’ammonium et de nitrate de guanidine. Or de telles compositions sont utilisées classiquement sous forme de pastilles ce qui les rend potentiellement explosives dans les générateurs de gaz à airbag du fait que, par effets mécaniques, thermiques ou physico-chimiques tel que l’humidité, celles-ci se délitent.

[004] L’invention vise à remédier à ce problème en proposant un système générateur de gaz s’affranchissant des inconvénients des systèmes générateur de gaz de l’art antérieur, notamment en limitant voire supprimant les risques d’explosion, tout en assurant des performances reproductibles et constantes dans le temps.

[005] L’invention a également pour but de proposer un système générateur de gaz évitant la formation de poussières nocives au cours de la production des gaz de combustion.

[006] L’invention a également pour but de proposer un système générateur de gaz recyclable.

OBJET DE L’INVENTION [007] A cet effet, et selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif générateur de gaz pour le gonflage d’un coussin gonflable de sécurité du type airbag constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre contenant une deuxième composition dite charge secondaire, les première et deuxième chambres communiquant directement ou indirectement entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d’un mélange d'au moins une charge oxydante et d’au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique supérieure à 5 MPa, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement de ladite deuxième composition supérieure à 3 MPa, les premier et deuxième étuis étant reliés situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d’une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l’extérieur par au moins un orifice d’échappement des gaz formé dans ladite enveloppe extérieure, le dispositif générateur de gaz étant remarquable en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d’au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d’ammonium, du nitrate d’ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant un dérivé carbone-hydrogène-oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de l’oxamide, de l’urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100 μνα et une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,1.

[008] On entend par densité apparente le volume occupé par une masse de mélange sans opération de compression.

[009] Avantageusement, le mélange pulvérulent est formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 60 μνα, et de préférence de 30 μνα.

[0010] Avantageusement, le mélange est un eutectique.

[0011] Avantageusement, le mélange pulvérulent est formé de constituants co-broyés. Le mélange pulvérulent se caractérise alors par un aspect homogène. Un autre mode de réalisation consiste à vaporiser sous forme de prills une solution aqueuse des constituants. Ces prills peuvent être mis en œuvre broyés ou non.

[0012] Avantageusement, la deuxième composition est ajustée pour que les gaz issus de la réaction de la première et de la deuxième composition présente en sortie du dispositif générateur une balance oxygène supérieure à -5%, avantageusement comprise entre -5% et +1%, et de préférence comprise entre -3% et +1%.

[0013] Avantageusement, la deuxième chambre, qui est avantageusement la principale génératrice de gaz du générateur, présente une pression de fonctionnement inférieure à 5 MPa (50 bars).

[0014] Avantageusement, le volume de gaz généré par la seconde chambre couvre une gamme de 0,25 à plus de 4 moles.

[0015] Selon un premier mode de réalisation, la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate d’ammonium.

[0016] Selon un autre mode de réalisation, la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate basique de cuivre.

[0017] Avantageusement, le premier étui comporte au moins un initiateur activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et d’une charge relais.

[0018] Avantageusement, la charge primaire est un propergol dont la pression de fonctionnement est inférieure à 25 MPa et dont la durée de combustion est comprise dans une plage allant de 0,015 à 2,5 secondes.

[0019] Avantageusement, la grille comporte un ou plusieurs orifices définissant une surface de transparence supérieure à celle des orifices d’échappement des gaz.

[0020] Avantageusement, la première chambre communique avec la deuxième chambre via une tuyère définie pour assurer un écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire.

[0021] Avantageusement, la tuyère et la grille sont disposées à une distance l’une de l’autre inférieure à 40 millimètres.

[0022] Avantageusement, ledit premier étui comporte du côté de son extrémité frontale externe l’initiateur activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et du côté de son extrémité frontale interne une tuyère centrale, le second étui, fermé du côté de son extrémité frontale externe, présentant du côté de son extrémité frontale interne la grille, ladite enveloppe extérieure reliant les deux étuis avec un positionnement où leurs extrémités frontales internes respectives sont en regard l’une de l’autre et séparés par un volume intercalaire caractérisant le volume communiquant avec l’extérieur par au moins un orifice.

[0023] Selon une variante de réalisation, la première chambre communique directement avec la deuxième chambre, la grille étant positionnée à l’extrémité opposée de la première chambre, le volume communiquant avec l’extérieur étant situé en aval de la deuxième chambre.

[0024] L’avantage d’un tel dispositif générateur est de présenter des performances reproductibles et stables, la charge secondaire restant stable en terme de constitution : elle reste en effet sous la forme pulvérulente et sa densité n’évolue pas. Par ailleurs il n’apparaît pas de ségrégation des composants.

Comme il sera dit plus loin, la charge primaire est un propergol, constitué d’un liant et d’une charge qui, contrairement aux pastilles, en cas de séparation des composants, ne peut former un mélange explosif

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [0025] D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 représente un dispositif générateur de gaz selon un premier exemple de réalisation de l’invention ;

- la figure 2 représente une vue schématique de la forme d’un bloc de charge primaire utilisé avec le dispositif générateur de gaz ;

- la figure 3 représente un dispositif générateur de gaz selon un autre exemple de réalisation de l’invention

- la figure 4 représente un dispositif générateur de gaz selon un autre exemple de réalisation de l’invention.

[0026] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires des différents modes de réalisation sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES [0027] En relation avec la figure 1, il est décrit un dispositif générateur de gaz selon un premier exemple de réalisation de l’invention.

[0028] Le dispositif générateur de gaz représenté est un dispositif générateur pour gonfler un sac passager de 110 litres. Il est constitué par une première chambre 1 contenant une première composition pyrotechnique dite charge primaire et une deuxième chambre 2 contenant une deuxième composition dite charge secondaire, éventuellement conditionnée dans une cartouche. Cette charge secondaire est apte à être pilotée par la première composition.

[0029] La première chambre 1 est formée dans un premier étui IA résistant à la pression de fonctionnement de ladite première composition pyrotechnique. De même, la deuxième chambre est formée dans un deuxième étui 2A résistant à la pression de fonctionnement de ladite deuxième composition. Les premiers et deuxièmes étuis ΙΑ, 2A sont reliés entre eux par une enveloppe extérieure 10A.

[0030] Le premier étui IA comporte, du côté de son extrémité frontale externe 11, un initiateur 15 activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et, du côté de son extrémité frontale interne 12, une tuyère centrale. La tuyère permet de piloter la combustion de la charge primaire dans le dispositif générateur de gaz. Elle est définie pour assurer un écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire, par l’ajustement du rapport de la surface du col de tuyère à la surface du propergol (serrage). Il est spécifique à chaque charge primaire. Avantageusement, la tuyère est munie d’un divergent pour diriger le jet au centre de la chambre secondaire.

[0031] Le deuxième étui 2A est fermé du côté de son extrémité frontale externe 13 tandis qu’il présente, du côté de son extrémité frontale interne 14, une grille métallique 16.

[0032] Les première et deuxième chambres communiquant entre elles via un volume intercalaire lequel définit une troisième chambre, communiquant avec l’extérieur par des orifices formés dans l’enveloppe extérieure.

[0033] Avantageusement, la charge primaire placée dans la première chambre est un propergol solide, la deuxième composition placée dans la deuxième chambre étant constituée d’un mélange d'au moins une charge oxydante et d’au moins une charge réductrice. De manière générale, selon les besoins opérationnels d’un système airbag de protection des personnes, le générateur de gaz de gaz pour le gonflage du coussin de sécurité doit pouvoir présenter une durée de fonctionnement de quelques millisecondes à plusieurs secondes. De ce fait, et préférentiellement, la charge primaire est un propergol double base ou composite ou bien une poudre balistique de type Lova.

[0034] Le propergol doit se présenter sous la forme de blocs non inhibés (impératif pour le vieillissement). Afin de limiter les effets de parois de la chambre primaire, d’augmenter la densité de chargement et d’augmenter la surface de réaction, le bloc de propergol comporte des branches radiales. Selon une configurée préférée, le bloc de propergol présente une forme annulaire pourvue d’ailettes comme illustré sur la figure 2.

[0035] Il peut être prévu également d’utiliser des propergols à double base tel que le propergol SD 1152 (nitrocellulose / nitroglycérine) de préférence sans sels alcalins anti lueur,

EnergielOOO cal/g ; Vc 30mm/s, effet plateau à 20MPA, Rendement gazeux 1,0/g, 0 résidus ou le propergol SD1133 (Energie 800cal/g, Vc lOmm/s sous 5,5 MPa, Rendement gazeux 1,0/g, 0 résidus).

[0036] Dans les deux cas, il sera nécessaire de prévoir la partie du dispositif générateur contenant la charge primaire non étanche afin de laisser échapper les gaz formés lors du vieillissement du générateur.

[0037] Il peut être prévu également d’utiliser des propergols composites à liant Silicone. Avantageusement, le propergol composite à liant silicone mis en œuvre est composé de 41% de perchlorate d’ammonium, 36% de nitrate de potassium, 22 % de liant silicone, 2% d’additifs (rendement gazeux 0,7 1/g, résidus : 0,3g/g). Vc 30mm/s sous 35 MPa.

[0038] Il peut être prévu également d’utiliser des propergols composites à liant polybutadiène. Avantageusement, le propergol composite à liant polybutadiène mis en œuvre est composé de 88% Perchlorate d’Ammonium, de 14% de polybutadiène. (rendement gazeux 1 1/g, 0 résidus mais HCL à fixer). Vc l,7mm/s sous 10 MPa.

[0039] S’agissant des poudres balistiques de type Lova, il peut être prévu une composition de 84% d’hexogène, 14% de Nilpol, 2% d’additifs (vitesse de combustion : 20-25mm/ms ; dimensions des brins de Lova ; hauteur 3,5-4,8 mm ; diamètre extérieur 3,5 mm ; diamètre intérieur 1,8 mm ; rendement gazeux 1 1/g, 0 résidus).

[0040] Il est préféré d’utiliser des propergols monolithes. L’avantage du choix de propergols monolithe dont la combustion est pilotée par une tuyère est de réduire les risques de dysfonctionnement de la charge primaire. En cas de séparation des composants, la matrice conserve son intégrité, il n’y a pas de risque de dysfonctionnement de la charge primaire. Par ailleurs, les performances s’en trouve également améliorées : le débit est en effet ajustable par la forme et peut donc s’approcher d’un débit constant ; il est également possible de choisir un propergol dont le coefficient de température est nul (effet plateau) ou inférieur à 0,3 ; il est également possible de choisir un propergol dont les pressions de fonctionnement sont comprises entre 100 et 200 bars à toute température ; la durée de combustion de la chambre primaire est également ajustable de quelques ms à plusieurs secondes. De plus ils couvrent une large gamme de durée de combustion, fonctionnent sous des pressions modérée (<20 MPa en général), et présentent une faible sensibilité à la température.

[0041]

Les charges primaires sont des matériaux énergétiques « froids », c’est à dire difficile à initier. Il est prévu un allumeur chargé avec 0,04g de Zirconium/Perchlorate de Potassium et 0,090g de Bore/Nitrate de Potassium. Il est par ailleurs nécessaire d’ajouter une charge relais d’environ 0,5g d’une composition Bore/Nitrate de Potassium ou d’une composition de 36% de Nitrate de Guanidine, de 62% d’oxyde de Cuivre 62% et de 2% d’additif.

[0042] Les charges secondaires sont préparées de manière à ce que d’une part le mélange obtenu soit homogène avec une densité de 0,9 ±0,2, coulable pour le chargement et non susceptible démixtion, et que d’autre part les gaz issus de la combustion des charges primaires et secondaires et sortant du générateur, présentent une balance oxygène comprise entre -5% et + 1%.

[0043] On entend par « balance Oxygène » la quantité en masse d’oxygène fourni ou consommé par 100g de composé. La balance Oxygène est nulle lorsque tout l’oxygène de l’oxydant est consommé par le réducteur.

[0044] Pour ce faire, les charges secondaires sont préparées par co-broyage des composants au moyen avantageusement d’un broyeur à boulets. L’avantage de la technique de co-broyage est de permettre d’agglomérer les deux composants dans une forme unique. Les mélanges obtenus sont homogènes, sans « particules fines », car le cobroyage tel que pratiqué agglomère les particules des composants sans les fractionner, ainsi la granulométrie est resserrée. Avantageusement, il est recherché une charge secondaire constituée de particules (grains) ayant une granulométrie constante. Par composition à granulométrie constante, on entend une composition comprenant au moins 95% des particules une section identique à ± 10%. Avantageusement, il est recherché des particules présentant une section de l’ordre de 30 pm à ±10% [0045] Ci-après sont donnés des exemples de préparation de charges secondaires par cobroyage. Dans ces exemples, les compositions nominales des charges secondaires sont ajustées en fonction de la charges primaire pour d’une part obtenir la balance oxygène de la charge explosible spécifiée (entre -5 et ±1%) et d’autre part fixer des espèces indésirables tels l’acide chlorhydrique dans le cas des propergols composites, les oxydes d’Azote. D’autres additifs tels des fluidifiants peuvent être ajoutés. Par ailleurs, toutes les opérations sont réalisées sous hygrométrie contrôlée 25% ±5%. L’ensemble des appareillages en contact avec la composition pulvérulente sont préalablement séchés à 70° C pendant 12h ±2h.

[0046] Exemple 1 (Riegel) [0047] La charge secondaire est composée de 57% de Nitrate d’Ammonium et de 43 % de Nitrate de Guanidine.

[0048] La charge explosible étant équilibrée, la composition évolue en fonction de la nature et masse du composé primaire et de la balance oxygène choisie (par exemple, NA : 84%, GuNi : 16%).

[0049] Les composants sont préparés comme suit :

[0050] Le Nitrate d’Ammonium, de qualité NAEO (Loumisseur la Grande Paroisse), est obtenu par pulvérisation dans une tour de « priling » d’une solution concentrée à 90% de Nitrate d’Ammonium. Ce produit se présente en grains denses de 1mm de diamètre, de forte tenue mécanique. Etant poreux, il est peu affecté par les changements cristallographiques. Sa densité est de 0,7g/cm3 environ. Il sera broyé seul (vitesse delOO tours/mn pendant 15mn) pour obtenir une granulométrie de l’ordre de 30pm.

[0051] Le nitrate de guanidine (fournisseur Degusa) de granulométrie 300 pm est broyé 30 minutes pour amener sa granulométrie de l’ordre de 30pm.

[0052] Une fois le nitrate d’ammonium et le nitrate de guanidine broyés, les deux composés sont introduits avec des boulets dans le jarre du broyeur pour y subir l’opération de co-broyage. (Jarre 5 litres H/D=l, 4Kg de boulets de diamètre 10 à 30mm pour 4 à 500g de mélange à traiter). La jarre est mise en rotation horizontale une minute à 100 tours/mn. Ce temps a été déterminé pour que les gains s’agglomèrent, le temps très court de l’opération ne permet pas une modification sensible de la granulométrie des composants. Le mélange obtenu présente une densité de 0,76g/cm3 (22g Riegel dans 29 cm3). Le Riegel et ses dérivés sont classés 1.3b: « matières qui brûlent assez lentement avec des effets minimes de souffle et de projection ».

[0053] Il s’agit bien entendu d’un exemple de fabrication du Riegel, d’autres techniques pouvant être mises en œuvre comme par exemple la méthode consistant à mettre le mélange en solution, à procéder à l’évaporation de la solution selon la méthode de fabrication des prills ou de granulation, puis, éventuellement, à broyer le mélange pour obtenir une répartition granulométrique de la charge secondaire autour de 30 pm.

[0054] Le caractère innovant réside dans le mode d’élaboration des matériaux et leur mise en œuvre : Ils sont pulvérulents et répartis de façon homogène dans la cartouche. Ces caractéristiques ne sont pas modifiées par le vieillissement opérationnel. La densité du Riegel est de 7,5, celle de ses constituants à l’état solide 1,44 et 1,70 ; et à l’état pulvérulent elles sont variables mais généralement inférieure à 7. Le procédé stabilise la forme du mélange.

[0055] Exemple 2 (Le Vega) [0056] La charge secondaire est composée de 40 % Nitroguanidine et de 60% de nitrate d’ammonium.

[0057] Comme dans l’exemple 1, le Nitrate d’Ammonium, de qualité NAEO (Lournisseur la Grande Paroisse), est obtenu par pulvérisation dans une tour de « priling » d’une solution concentrée à 90% de Nitrate d’Ammonium. Ce produit se présente en grains denses de 1mm de diamètre, de forte tenue mécanique. Etant poreux, il est peu affecté par les changements cristallographiques. Sa densité est de 0,7g/cm3 environ. Il sera broyé seul (vitesse delOO tours/mn pendant 15mn) pour obtenir une granulométrie de l’ordre de 30pm.

[0058] La nitroguanidine, de granulométrie 125 pm est broyé 30 minutes pour amener sa granulométrie de l’ordre de 30pm.

[0059] Comme dans l’exemple 1, une fois le nitrate d’ammonium et la nitroguanidine broyés, les deux composés sont introduits avec des boulets dans la jarre du broyeur pour y subir l’opération de co-broyage. La jarre est mise en rotation horizontale une minute à 100 tours/mn.

[0060] Il s’agit bien entendu d’un exemple de fabrication du Véga, d’autres techniques pouvant être mises en œuvre comme par exemple la méthode consistant à mettre le mélange en solution, procéder à l’évaporation de la solution selon la méthode de fabrication des prills ou de granulation, puis broyer le mélange pour obtenir une répartition granulométrique de la charge secondaire autour de 30 pm.

[0061] Exemple 3 (Le Mercure) [0062] La charge secondaire est composée de 48,5% de Nitrate basique de Cuivre et 51,5% de Nitrate de Guanidine.

[0063] Comme dans les exemples précédemment, les deux composés sont introduits avec des boulets dans la jarre du broyeur pour y subir l’opération de co-broyage. La jarre est mise en rotation horizontale une minute à 100 tours/mn.

[0064] Lorsque des additifs du type aérosil ou acide borique sont prévus dans la composition dans une quantité inférieure à 2%, ces derniers sont ajoutés et mélangé au deux composés ayant subis préalablement l’étape de co-broyage. L’opération de mélange s’effectue dans le broyeur sans cependant l’ajout des boulets.

[0065] Lorsqu’un oxydant par exemple du Nitrate de Potassium ou de Sodium est ajouté au nitrate d’ammonium, il fait l’objet d’un éventuel broyage préalable, puis d’un co-broyage avec le nitrate d’ammonium avant d’être co-broyé avec le réducteur. De même pour des additifs au réducteur.

[0066] Il est bien entendu évident que la préparation des charges secondaires ne se limite pas à la technique du co-broyage et qu’il peut être prévu d’autres techniques de mélanges sans sortir du cadre de l’invention. Il peut s’agir par exemple de mélanges gravitaires, de broyage dans un mortier, de broyage à l’aide de broyeurs à boulets, le but étant d’obtenir une granulométrie de l’ordre de 30 μνα.

[0067] Quelle que soit la composition de la charge secondaire, cette dernière subie une étape d’homogénéisation gravimétrique dans la cartouche au moyen d’une opération de tassage. L’opération de tassage est réalisée avantageusement par compression, en faisant tomber une petite masse sur un piston en contact avec la poudre. Il peut être prévu également une opération de tassage par vibration ou par chocs verticaux. Dans ce dernier cas, la cartouche est solidaire verticalement d’un vérin qui la soulève et la laisse retomber. Afin d’obtenir une homogénéisation satisfaisante, il est procédé à environ 200 chocs en 2 minutes.

[0068] L’opération de chargement de la charge secondaire dans la cartouche concernée est effectuée sous une HR<25% ( [0069] La densité de la poudre chargée dans la chambre secondaire est avantageusement de

9±2g/cm³. Elle est fonction de la nature des composants, de leur mode d’élaboration et de celui du mélange. En fonction de la formulation et du procédé sélectionnés, la densité est reproductible. Elle est validée au chargement, la masse du mélange et le volume de la cartouche étant fixés.

[0070] Une fois le chargement effectué, il est procédé à la fermeture par soudage de cartouche/chambre secondaire puis à une mesure d’étanchéité par ressuage (> 1.10⁷ mbar.l/s soit 1.10 ⁹ Pa.m³/s).

[0071] L’operculage de la grille est spécifique à chaque configuration. Il est obtenu soit par un opercule soit par des amorces de ruptures sur la chambre secondaire. Un relais d’allumage peut être collé sur l’opercule afin d’en favoriser l’ouverture. La composition Zirconium Oxyde de Cuivre est préférée.

[0072] Le caractère innovant réside dans le mode d’élaboration des matériaux et leur mise en œuvre : Ils sont pulvérulents et répartis de façon homogène dans la cartouche. Ces caractéristiques ne sont pas modifiées par le vieillissement opérationnel. Le procédé stabilise la forme du mélange.

[0073] La combustion n’étant non pas autonome mais pilotée par la charge primaire, la réaction est réalisée sous faible pression afin d’assurer un dispositif générateur de gaz sécurisé.

[0074] L’avantage de telles compositions de charges secondaires est de stabiliser les performances du dispositif générateur de gaz du fait que l’état pulvérulent de la charge secondaire n’évolue pas dans le temps. Par ailleurs, les formulations indiquées permettent d’ajuster la composition des gaz formés par la charge explosible (primaire/secondaire). Enfin le volume de gaz généré peut aller d’une fraction de mole à 4 moles et au-delà.

[0075] Avantageusement, le rapport en masse charge primaire/charge explosible est compris entre 12 et 28 % et de préférence entre 15 et 25%, les gaz sortant du générateur devant présenter une balance oxygène comprise entre -5% et +1%. On entend par balance Oxygène la quantité en masse d’Oxygène fourni ou consommé par 100g de composé. La balance Oxygène est nulle quand tout l’oxygène de l’oxydant est consommé par le réducteur.

[0076] Les caractéristiques du dispositif générateur de gaz 10 ainsi que la composition des charges primaire et secondaire contenues dans celui-ci sont répertoriées dans les tableaux

Tableau 1 et 2 ci-dessous.

Tableau 1

Chargement primaire (1)	Lova masse 3,20g
Initiateur (15)	Patvag,
Charge relais	0,55g BNP + 0,1g fusible thermique
Diamètre tuyère (12)	1,7mm
X distance tuyère -grille	16mm
Chargement secondaire (2)	Riegel 20,8g
Transparence de la grille (16)	47% (258mm²)
Surface d’échappement	160mm²

[0077] Résultats : Chambre (1) 55 MPA ; Chambre (2) 14±2 MPa, dans un tank de 601 sous Azote, le générateur délivre une Pmax est de 0,34±0,2 MPa, durée 31±2 ms.

[0078] Dues au choix de la LOVA, les pressions dans la première chambre (55 MPa) et dans la chambre 2 (14 MPa) sont relativement élevées. Les délais de fonctionnement d’environ 30 ms restent pertinents pour les applications en sécurité automobile.

[0079] Dans le cas d’un dispositif générateur de gaz pour gonfler un sac de 16 litres pour la protection des genoux, les caractéristiques d’un tel dispositif ainsi que la composition des charges primaire et secondaire contenues dans celui-ci sont répertoriées dans les deux tableaux ci-dessous.

Tableau 2

Chargement primaire (1)	Lova masse 1,22g
Initiateur (15)	Indet
Charge relais	0,15g BNP.
Diamètre tuyère (12)	1,5mm
X distance tuyère -grille	5,5 mm
Chargement secondaire (2)	Riegel 5,5g
Transparence de la grille	40% (134mm²)
Surface d’échappement	- - 2 55 mm

[0080] Résultats : Chambre (1) 53 MPA ; Chambre (2) 16 ±2 MPa, dans un tank de 601 sous Azote, le générateur délivre une Pmax est de 0,26 ±0,2 MPa, durée 31 ±2 ms.

Là encore le choix de la Lova donne des pressions de 16MPa dans la chambre secondaire.

[0081] Concernant la forme et les caractéristiques de la cartouche, il a été défini avantageusement un rapport longueur sur diamètre compris entre 0,5 et 2,2. pour permettre une combustion régulière et complète de la charge secondaire. Il a également été défini pour la grille ou la rondelle que celle-ci devait présenter une surface vide 1,5 fois la surface des échappements, soit 210 mm² à 315 mm² pour une surface pleine de 542 mm², les orifices d’échappement de la troisième chambre ayant pour une surface d’échappement de 140 à 210 mm .

[0082] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif 5 générateur de gaz chargé de 1,6g Lova et de 16g Riegel avec des rapports L/D compris entre

0,88 et 2.

Tableau 3

Chargement primaire (1)	Lova masse 1,6 Og
Initiateur (15)	Patvag,
Charge relais	0,15g BNP
Diamètre tuyère (12)	1,6mm
X distance tuyère -grille	4 mm
Chargement secondaire (2)	Riegel 16g
Transparence de la grille	47% (258 mm²)
Surface d’échappement	160 mm²

Tableau 4

L/D	Troisième chambre	Deuxième chambre	Première chambre
	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	TFP (ms)*	Tps à Pmax (ms)
0,88	57	19	0,27	4	17
L5	63	20	0,27	4	18
2	65	20	0,25	4	16

*TFP, Time To First Pressure, délai pour que la pression tank soit 0,015Pmax [0083] D’autres exemples de dispositif générateur sont donnés ci-dessous (figures 3 et 4).

Influence de la granulométrie, avec un dispositif de générateur de gaz chargé en propergol

SD 1152 et Vega [0084] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif générateur de gaz chargé de 3,70g en propergol SD 1152 et de 20g de Vega dont la granulométrie du Nitrate d’Ammonium est strictement supérieure à 100 μνα et strictement inférieure à 500 μνα (absence de particules fines) (le NiGu étant tamisé à 125μνα, le mélange est gravitaire). Ainsi les pressions dans la chambre 2 sont inférieures à 5MPa.

[0085]

Tableau 5

Chargement primaire	Double base 1152 masse 3,70g
Initiateur	Davey Bicford
Charge relais	0,30g BNP.
Diamètre tuyère	3,5mm
X distance tuyère -grille	33mm
Chargement secondaire	Vega 20,0g
Transparence de la grille	47%
Surface d’échappement	174 mm²

Tableau 6

	chambre 1	chambre 2	Tank 601 Azote
	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	TFP (ms)	Tps à Pmax (ms)
-40	24,5	17	0,40	7,4	28
+20	24,0	15	0,40	5,5	23
+85	31,5	17	0,43	5,2	24

[0086] L’absence de particules fines stabilise la combustion de la charge 2. Dans la même configuration, nous avons montré la proportionnalité entre la pression dans le tank et la masse de charge 2 dans la gamme 18-22g.

[0087] Le tableau qui suit permet d’illustrer l’influence de l’inversion des chambres 2 et 3 10 (configuration « down stream illustrée sur la figure 4).

Tableau 7

Chargement primaire	Double base 1152 masse 2,10g
INITIATEUR	Patvag
Charge relais	0,50g Zr/CuO.
Diamètre tuyère	2,4mm
X distance tuyère -grille	0mm
Chargement secondaire	Vega 12 g
Transparence de la grille	47%
Surface d’échappement	143 mm²

[0088] Résultats : Chambre (1) 33 MPA ; Chambre (2) 9 MPa, dans un tank de 601 sous

Azote, le générateur délivre une Pmax est de 0,21 MPa, durée 30 ms.

Exemple d’un dispositif générateur de gaz chargé en propergols composites avec liant Silicone

SL: 42% AP ; 35% KNO3 ; 21% Liant Silicone) et Vega [0089] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif 20 générateur de gaz chargé de 3,30g en propergol composite et de 3,35g de SD1152 ainsi que les pressions dans les chambres du dispositif et les délais de fonctionnement obtenus.

Tableau 8

Chargement primaire	Double base 1152 masse 3,7g, SI masse : 3,35g
Initiateur	Patvag
Charge relais	0,3g BNP.
Diamètre tuyère	3,5mm
X distance tuyère -grille	33 mm
Chargement secondaire	Vega 20,0g
Transparence de la grille	47%
Surface d’échappement	174 mm²

Tableau 9

Propergol	Première chambre	Deuxième chambre	Tank 60 1 sous Azote
	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	Pmax (MPa)	TFP (ms)*	Tps à Pmax (ms)
SI	34	14	0,42	4,2	30
1152	28	13	0,40	5,2	25

[0090] De manière générale, les dispositifs générateur de gaz avec les trois types de propergols testés (LOVA, SD1152 et SD1152+SI) présentent des performances équivalentes.

Exemple d’un dispositif générateur de gaz chargé avec la composition Mercure

Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif générateur de gaz ainsi chargé ainsi que les pressions dans les chambres du dispositif et les délais de fonctionnement obtenus.

[0091] Tableau 10

Chargement primaire	Double base 1152 masse 4g
Initiateur	Patvag
Charge relais	0,3g BNP.
Diamètre tuyère	3,5 mm
X distance tuyère -grille	33 mm
Chargement secondaire	Mercure 25g
Transparence de la grille	47%
Surface d’échappement	174 mm²

[0092] Tableau 11

	Première chambre	Deuxième chambre	Tank 60 1 sous Azote
	Pmax MPa	Pmax MPa	Pmax MPa	TFP (ms)	Tps à Pmax ms
+20	23	14	0,34	5,3	25

[0093] Exemple d’un dispositif générateur de gaz chargé en propergol SD 1152 et avec une charge secondaire augmentée [0094] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif 5 générateur de gaz ainsi chargé ainsi que les pressions dans les chambres du dispositif et les délais de fonctionnement obtenus.

Tableau 12

Chargement primaire	Double base 1152 masse 8g
Initiateur	DB
Charge relais	0,3g BNP.
Diamètre tuyère	5,1mm
X distance tuyère -grille	33 mm
Chargement secondaire	Mélange 16 NA + 4g GuNi*)
Transparence de la grille	50%
Surface d’échappement	291 mm²

Tableau 13

Tpture de test	Première chambre	Deuxième chambre	Tank 60 1 sous Azote
	Pmax MPa	Pmax MPa	Pmax MPa	TFP (ms)	Tps à Pmax ms
-40	19	4,8	0,43	5,8	48,4
+20	20,3	5,6	0,45	5,5	43,1
+85	25,3	6,6	0,51	3,2	38,1

Exemple d’un dispositif générateur de gaz chargé en propergol double base 1133 et avec un mélange de charge secondaire 14NA + 2,6g NiGu [0095] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif générateur de gaz longue durée ainsi chargé ainsi que les pressions dans les chambres du dispositif et les délais de fonctionnement obtenus. Le mélange de la charge secondaire (14g NA soit 84% et 2,6 NiGu soit 16%) a été préparé par mise en solution des composants et évaporation par la méthode de fabrication des prills. On obtient des billes de l±0,5 mm de diamètre qui ont été utilisées en l’état.

Tableau 14

Chargement primaire	Double base 1133 masse 6,45g
Initiateur	DB
Charge relais	0,40g BNP.
X distance tuyère -grille	30 mm
Diamètre tuyère	2,6mm
Chargement secondaire	Mélange 14g NA + 2,6 g NiGu
Surface d’échappement	64 mm²
Transparence de la grille	50%

Tableau 15

	Première chambre	Deuxième chambre	Tank 60 1 sous Azote
	Pmoy MPa	Pmoy MPa	Pmax MPa	TFP ms	Tps à Pmax ms
+20	5,5	24	0,33	NS	295

Exemple d’un dispositif générateur de gaz très longue durée chargé en Butalite et Riegel [0096] Les deux tableaux ci-dessous détaillent les caractéristiques d’un dispositif générateur de gaz ainsi chargé ainsi que les pressions dans les chambres du dispositif et les délais de fonctionnement obtenus. Le mélange Riegel a été préparé par mise en solution des composants et évaporation par la méthode de fabrication des prills. On obtient des billes de 1 ±0,5 mm de diamètre qui sont utilisés en l’état. La valeur de pression choisie pour la Butalite est comprise dans la plage de 6-10 MPa, avec une vitesse de combustion de 1,7mm.

Tableau 16

Chargement primaire	Butalite C 1559-2 masse 16g
Initiateur	Patvag
Charge relais	0,5g ZrCuo.
Diamètre tuyère	1,13 mm
X distance tuyère -grille	7,9
Chargement secondaire	Mélange Riegel b 89g
Surface d’échappement	30 mm²
Transparence de la grille	30%

Tableau 17

	Chl	Ch2
	Pmax MPa	Pmax MPa	TFP ms	Durée de combustion
+20	10-8	5-3	NS	2 500 ms

[0097] L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que 5 l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif générateur de gaz pour le gonflage d’un coussin gonflable de sécurité constitué par une première chambre contenant une première composition pyrotechnique et une deuxième chambre contenant une deuxième composition, les première et deuxième chambres communiquant entre elles, la première composition étant un propergol solide apte à piloter la deuxième composition constituée d’un mélange d'au moins une charge oxydante et d’au moins une charge réductrice, la première chambre étant formée dans un premier étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 5 MPa de ladite première composition pyrotechnique, la deuxième chambre étant formée dans un deuxième étui résistant à la pression de fonctionnement supérieure à 3 MPa de ladite deuxième composition, les premier et deuxième étuis étant situés dans une enveloppe extérieure, le deuxième étui présentant au niveau d’une extrémité une grille métallique délimitant un volume communiquant avec l’extérieur par au moins une ouverture d’échappement des gaz formés dans ladite enveloppe extérieure, caractérisé en ce que ladite deuxième composition est un mélange pulvérulent d’au moins deux constituants, le premier constituant étant du perchlorate d’ammonium, du nitrate d’ammonium, du nitrate de potassium ou du nitrate basique de cuivre, le second constituant étant un dérivé carbone-hydrogène-oxygène-azote réducteur issus de dérivés aminés ou nitratés de la Guanidine, de l’oxamide, de l’urée, du triazole, tétrazole, le mélange pulvérulent étant formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 100 μ m et une densité apparente comprise entre 0,7 et 1,1.
2. Dispositif générateur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange pulvérulent est formé de particules ayant une granulométrie comprise entre 20 et 60 μνα, et de préférence de 30 μ m.
3. Dispositif générateur de gaz selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le mélange est un eutectique.
4. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange pulvérulent est formé de constituants co-broyés.
5. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est ajustée pour que les gaz issus de la réaction de la première et de la deuxième compositions présente en sortie du dispositif générateur une balance oxygène supérieure à -5%, avantageusement comprise entre -5% et +1%, et de préférence comprise entre -3% et +1%.
6. Dispositif générateur de gaz selon Tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième chambre présente une pression de fonctionnement inférieure à 5 MPa (50 bars).
7. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de gaz généré par la deuxième chambre couvre une gamme de 0,25 à plus de 4 moles.
8. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate d’ammonium.
9. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième composition est constituée de nitrate de guanidine et de nitrate basique de cuivre.
10. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier étui comporte au moins un initiateur activable par une commande externe muni d'une charge renforçatrice et d’une charge relais.
11. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge primaire est un propergol dont la pression de fonctionnement est inférieure à 25 MPa et dont la durée de combustion est comprise dans une plage allant de 0,015 à 2,5 secondes
12. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille comporte un ou plusieurs orifices définissant une surface de transparence supérieure à celle des évents d’échappement des gaz.
13. Dispositif générateur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première chambre communique avec la deuxième chambre via une tuyère définie pour assurer un écoulement sonique des gaz de la chambre primaire vers la chambre secondaire.
14. Dispositif générateur de gaz selon la revendication précédente, caractérisé en ce la tuyère et la grille sont disposées à une distance l’une de l’autre inférieure à 40 millimètres.

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