ITMI972716A1 - Composizioni generatrici di gas contenenti mica - Google Patents

Description

"COMPOSIZIONI GENERATRICI DI GAS CONTENENTI MICA "

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda in generale nuove composizioni generatrici di gas utilizzate per gonfiare dispositivi di sicurezza a trattenuta degli occupanti in veicoli a motore. In modo più specifico la presente invenzione riguarda generatori di gas che contengono fino a 25% in peso dì mica, che producono prodotti di combustione aventi livelli accettabili di sostanze indesiderabili.

I dispositivi gonfiabili di sicurezza a trattenuta degli occupanti di veicoli a motore sono in sviluppo in scala mondiale da molti anni. Le composizioni generatrici di gas per gonfiare i dispositivi di sicurezza a trattenuta degli occupanti sono ancora in sviluppo da molti anni e numerosi brevetti sono stati concessi in relazione ad esse. Poiché i gas di gonfiaggio prodotti dai generatori di gas devono soddisfare severi requisiti di tossicità, la massima parte se non tutti i generatori di gas attualmente in uso, sono basati su azidi di metallo alcalino o alcalino terroso. Sodio azide è presentemente il combustibile preferito per le composizioni generatrici di gas in quanto essa reagisce con agenti ossidanti per formare un gas relativamente non tossico consistente principalmente di azoto.

Un problema maggiore associato con il generatore di gas a base di azide è l'estrema tossicità dell'azide stessa. La tossicità dei generatori a base azide rende il loro uso inerentemente difficile e relativamente costoso. Aggiuntivamente deve essere considerato il pericolo potenziale ed i problemi di smaltimento dei dispositivi di gonfiaggio non azionati contenenti generatori a base azide.

Invece i generatori di gas non a base di azide (cioè 5-amminotetrazolo) provvedono vantaggi significativi rispetto ai generatori di gas a base azide in relazione ai pericoli durante la produzione e lo smaltimento. Sfortunatamente i generatori di gas non a base azide fino ad ora noti producono livelli inaccettabilmente elevati di sostanze indesiderabili in seguito alla combustione. I gas indesiderabili i più difficili da controllare sono i vari ossidi di azoto (NOx) ed il monossido di carbonio (CO). Un problema addizionale associato con i generatori di gas non a base azide è la temperatura di combustione significativamente superiore rispetto ai generatori a base azide.

I generatori di gas che contengono composizioni metalliche, producono in seguito alla combustione particelle solide o ciò che è chiamato generalmente "scoria" o "clinker" che devono essere filtrati dal gas di combustione prima del gonfiaggio dell'airbag. La capacità di un generatore di gas di formare una scoria facilmente filtrabile è di grande vantaggio quando i gas sono utilizzati a scopo di gonfiaggio, specialmente quando i gas devono essere filtrati per il gonfiaggio di un airbag deH'automobile.

La riduzione del livello di gas indesiderabili in seguito a combustione di generatori di gas non azide e alla formazione di particelle solide di combustione (scoria) richiede una combinazione particolare di materiali. Per esempio la manipolazione del rapporto ossidante/combustibile riduce l'uno o l'altro di NOx o CO. In modo più specifico, l'aumento del rapporto tra ossidante e combustibile rende minimo il contenuto di CO in seguito a combustione poiché l'ossigeno extra ossida il CO ad anidride carbonica. Sfortunatamente questo approccio risulta in quantità aumentate di NOx. I livelli relativamente elevati di NOx e CO prodotti alla combustione dei generatori di gas non azide e la difficoltà presentata nella formazione di prodotti solidi di combustione facilmente filtrabili sono dovuti, in parte, alle temperature di combustione relativamente elevate presentate dai generatori di gas non azide. Per esempio la temperatura di combustione di una composizione sodio azide/ossido di ferro può variare ad circa 1 ,200°C a circa 1.900°C, mentre i generatori di gas non azide presentano temperature di combustione tanto elevate quanto 2.800°C. L'uso di combustibili ad energia inferiore per ridurre la temperatura di combustione è inefficace poiché i combustibili ad energia inferiore non provvedono un'entità sufficientemente elevata di generazione del gas, o velocità di combustione, per l'uso nei sistemi di sicurezza a trattenuta nei veicoli. E' richiesta una velocità adeguata di combustione del generatore di gas per fare in modo che il sistema di airbag operi in modo facile ed adatto.

I problemi sopra menzionati sono risolti tramite la presente invenzione che descrive generatori di gas che contengono 5-25% in peso di mica. I generatori di gas della presente invenzione producono prodotti di combustione facilmente filtrabili ed inoltre producono gas di gonfiaggio alla velocità desiderata di combustione, mentre riducono la produzione di gas indesiderati. In modo più specifico la presente invenzione riguarda generatori di gas non a base azide che contengono fino a circa 25% in peso di mica.

Un vantaggio primario delle nuove composizioni generatrici di gas della presente invenzione è che sono prodotti livelli ridotti di gas indesiderabili ed i prodotti solidi della combustione sono facilmente filtrati dal gas prodotto. Il generatore di gas della presente invenzione può utilizzare combustibili azide e/o non azide e preferibilmente utilizza azoli o sali di tetrazolo quale combustibile. Una caratteristica unica della presente invenzione è il nuovo e non ovvio uso di mica. Inoltre, la composizione generatrice di gas della presente invenzione produce una resa elevata di gas che è richiesta nei moderni dispositivi di gonfiaggio.

Le composizioni generatrici di gas contenenti mica della presente invenzione sono facilmente preparate, evitano la generazione di livelli sostanziali di gas indesiderabili e consentono una efficiente filtrazione dei materiali solidi generati durante la .combustione del generatore di gas.

Sfondo tecnologico

US 5.460.668 di Lyon insegna composizioni non azide generatrici di gas che contengono un additivo che assorbe il calore scelto da Pyrex<®>, Vycor<®>, allumino silicati di metallo alcalino, alluminosilicati, baria allumina borosilicati, silice fusa, ed allumino borosilicati di bario. Le polveri vetrose suggerite da questo brevetto rammolliscono alle temperature di combustione, in contrasto con la mica utilizzata nella presente invenzione che è un materiale cristallino che si decompone a circa 500°C.

US 5.467.715 insegna una composizione generatrice di gas comprendente tra crea 20 e circa 40% in peso di combustibile. Il combustibile comprende un composto di tetrazolo e/o triaziolo ed un combustibile solubile in acqua. Questo brevetto suggerisce inoltre che è desiderabile pellettizzare le composizioni generatrici di gas con fino a circa 5% in peso, tipicamente da 0,2 a 5% in peso, di un coadiuvante di processo o legante utilizzato nella formazione dei pellet. Tra i coadiuvanti di processo suggeriti esistono minerali di mica. Questo brevetto non suggerisce l'uso di mica a livelli da 5 a 25% in peso sul generatore di gas per ridurre i gas indesiderabili e migliorare la formazione di scoria.

US 5.035.757 descrive una miscela generatrice di gas utile per gonfiare un crash bag per automobili, detta miscela pirotecnica comprendendo: (1) un combustibile scelto nel gruppo dei composti azolo; (2) un ossidante contenente ossigeno; (3) un materiale formante scoria ad alta temperatura scelto dal gruppo consistente di ossidi, idrossidi, carbonati ed ossalati di metallo alcalino tenroso; e (4) un materiale formante scoria a bassa temperatura scelto nel gruppo consistente di biossido di silicio, ossido borico, silicati di metallo alcalino ed argille e talchi presenti in natura. Questo brevetto fallisce nel suggerire l’uso di mica che riduce la produzione di particolati e gas nocivi a livelli che soddisfano gli standard prestazionali futuri.

US 5.139.588 descrive una composizione generatrice di gas comprendente: (1 ) un combustibile non azide; (2) un ossidante contenente ossigeno; (3) un sale di metallo alcalino di un acido inorganico o organico come 5-amminotetrazolo; e (4) un materiale formante scoria a bassa temperatura scelto tra argille, talchi e silice. Questo brevetto fallisce nel suggerire l'uso di mica in una composizione generatrice di gas non azide per ridurre la produzione di gas indesiderabili e migliorare la capacità di formazione della scoria del generatore di gas.

US 5.518.054 riguarda una composizione generatrice di gas che comprende un combustibile ed un ossidante ed un coadiuvante di processo. Questo brevetto descrive l'uso di una quantità da 0,05 a circa 2% in peso di un coadiuvante di processo comprendente una miscela di mica ed un sale di acido grasso. Questo brevettò non suggerisce l'uso di mica a livelli da 5 a 25% in peso nei generatori di gas.

US 3.834.955 riguarda composizioni esplosive e suggerisce l’uso di agenti anti-agglomerazione come argille, talchi o miche finemente suddivise in tali composizioni. Questo brevetto non riguarda i generatori di gas per sistemi di sicurezza nelle automobili, ma piuttosto composizioni esplosive resistenti all'acqua in forma di particelle che sono utilizzate nelle operazioni di brillamento.

US 5.388.859 descrive un dispositivo di gonfiaggio di un airbag con membrane di isolamento che si estendono attraverso una camera di diffusore tra le aperture di scarico e le aperture di uscita del gas. La membrana di isolamento è saldata al corpo per bloccare l'introduzione di umidità dall'ambiente intorno al dispositivo di gonfiaggio all'interno del dispositivo di gonfiaggio. Quando il dispositivo di gonfiaggio è azionato, la pressione dei gas che affluiscono attraverso le aperture di scarico rompe la membrana di isolamento. Questo brevetto non suggerisce l'uso di un foglio di rottura o di scoppio in acciaio inossidabile per sigillare ermeticamente le aperture di uscita del gas e ridurre la quantità di particolati e gas indesiderabili che escono dal dispositivo di gonfiaggio.

Breve descrizione delle tavole di disegno La figura 1 è una vista laterale di una attuazione di un dispositivo di gonfiaggio per airbag della presente invenzione.

La figura 2 è una sezione trasversale del dispositivo generatore di gas della figura 1 presa lungo la linea 2-2.

La figura 3 è una vista terminale del dispositivo generatore di gas della figura 1.

La figura 4 è una vista esplosa di un dispositivo di gonfiaggio riutilizzabile utilizzato nelle prove qui descritte.

Descrizione dettagliata dell'invenzione

L'industria automobilistica è costantemente alla ricerca di generatori di gas che producono una scoria facilmente filtrabile, bassi livelli di particolato e livelli ridotti di gas indesiderabili. L’industria necessita inoltre di generatori di gas che non utilizzano generatori a base azide per evitare i problemi associati con la tossicità dell'azide. La presente invenzione, sebbene utile in generatori a base azide, è diretta in modo più specifico, a generatori non basati su azide. Così l'uso di 5-25% in peso di mica in generatori di gas risolverà le necessità dell'industria e favorirà l'uso di combustibili non azide.

Le formulazioni generatrici di gas della presente invenzione possono essere formulate con qualsiasi combustibile noto. La massima parte dei dispositivi di gonfiaggio per airbag utilizzano attualmente una azide, particolarmente sodio azide quale combustibile. Tuttavia esiste un desiderio di evitare l'uso di combustibili di azide ed è stato proposto un certo numero di altri combustibili, inclusi tetrazolo (cioè 5-amminotetrazolo), bitetrazolo, sali minerali di tetrazoli, l,2,4-triazolo-5-one, nitrati (cioè nitrato di guanidina e nitrato di amminoguanidina) e simili. Il combustibile forma tipicamente tra circa 15 e circa 70% in peso della composizione generatrice di gas, mentre l'ossidante formerà tipicamente tra circa 20 e circa 80 % in peso della composizione generatrice di gas.

Coadiuvanti di processo come biossido di silicio, possono ancora essere utilizzati nella presente invenzione. Quelli esperti nel settore comprendono che in dipendenza dei particolari ossidanti e combustibili utilizzati, alcuni coadiuvanti di processo hanno caratteristiche benefiche rispetto ad altri. Coadiuvanti di processo rappresentativi utili nella presente invenzione sono silice TS-530 prodotta dalla Cabot Corporation di Tuscola, Illinois, U.S.A.

Gli ossidanti utili nella composizione della presente invenzione includono i nitrati di metalli alcalino terrosi come nitrato di stronzio. Sono ancora ossidanti utili nitrati, clorati e perclorati di metallo alcalino e di metallo alcalino terroso. Nitrato di ammonio è ancora un ossidante utile. L'ossidante preferito della presente invenzione è una miscela di nitrato di stronzio e nitrato di potassio.

La mica è un nome per un gruppo di minerali cristallini complessi di silicato di alluminio idrato formati di lamelle estremamente sottili allo sfaldamento e caratterizzati da uno sfaldamento basale quasi perfetto, e da un alto grado di flessibilità, elasticità e tenacità. Le varie miche, sebbene strutturalmente simili, variano in quanto a composizione chimica. Le caratteristiche della mica derivano dalla periodicità del legame chimico debole alternato con legame forte. Sono rappresentativi dei minerali del gruppo della mica muscovite, flogopite, biotite, lepidolite ed altri come fluoroflogopite. In generale il rapporto tra silicio ed alluminio è circa 3:1. Qualsiasi mica presente in natura è utile nella composizione generatrice di gas della presente invenzione. Tuttavia, non sono preferite quelle miche che contengono atomi di alogeno come lepidolite e fluoroflogopite. La presenza di atomi di alogeno in alcuni dei minerali del gruppo della mica può risultare nella produzione di gas di combustione contenenti ioni alogeno indesiderabili. La mica utile nella composizione della presente invenzione è tipicamente una mica macinata avente una grandezza delle particelle variabile da 2 a 100 micron. Questa mica macinata è inoltre spesso indicata con mica in lamelle. Nella presente invenzione è preferita una mica con una grandezza delle particelle nell'intervallo di 2-25 micron.

Mica macinata è utilizzata quale estensore delle vernici che facilita la sospensione, riduce la ratinatura e lo sfarinamento, evita la contrazione del film, aumenta la resistenza alla penetrazione dell'acqua ed agli agenti atmosferici, ed illumina il tono dei pigmenti colorati. Nell'industria della gomma la mica macinata viene utilizzata quale carica minerale e quale lubrificante dello stampo nella produzione di prodotti stampati della gomma come pneumatici. Sono simili gli usi nell'industria delle materie plastiche, dove la mica macinata opera ancora come agente rinforzante.

La composizione generatrice di gas in accordo con la presente invenzione può eventualmente contenere fino a circa 3% in peso, tipicamente tra circa 1 e circa 2% in peso, di un catalizzatore. Idruri di boro e ferricianuro di ferro sono rappresentativi di tali catalizzatori di combustione.

L'invenzione sarà ora descritta in dettaglio maggiore per mezzo di esempi specifici.

Con riferimento alla figura 1, viene mostrata una vista laterale schematica di un dispositivo di gqnfiaggio rappresentativo 10 per airbag di un veicolo. Viene utilizzata una piastra di montaggio 11 per collegare il dispositivo di gonfiaggio al volante di guida, al pannello degli strumenti o ad altra localizzazione adatta nel veicolo. Il dispositivo di gonfiaggio 10 per airbag contiene una composizione 16 che genera gas quando bruciata, ed i gas generati fuoriescono dal dispositivo di gonfiaggio tramite le aperture 12 nell'alloggiamento 13 del dispositivo di gonfiaggio, li dispositivo di gonfiaggio è attivato tramite un segnale da un sensore di collisione quando un sensore di collisione (non illustrato) rivela una collisione di grandezza sufficiente da richiedere l’attivazione del dispositivo di gonfiaggio 10.

Con riferimento alla figura 2, viene mostrato un dispositivo di gonfiaggio 10 in sezione trasversale lungo la linea 2-2 delle figura 1. In accordo con una attuazione della presente invenzione, un sensore 14 di collisione [non illustrato) chiude un circuito elettrico o inizia un segnale di accensione che attiva un iniziatore come un petardo 24 che accende una composizione amplificatrice 15, che a sua volta accende la composizione 16 generatrice di gas in accordo con la presente invenzione. Il gruppo di accensione 22 comprendente il petardo 24 e due elettrodi è collegato al corpo del dispositivo di gonfiaggio attraverso qualsiasi mezzo utile ed è preferibilmente collegato tramite una saldatura. Una attuazione preferita della presente invenzione utilizza un corpo del dispositivo di gonfiaggio che è saldato tramite laser. Come qui utilizzato, un "petardo" è inteso essere un dispositivo elettrico avente due elettrodi isolati l'uno dall'altro e collegati tramite un lato di paragone del ponte. Il lato di paragone del ponte è preferibilmente immerso in uno o più strati di una composizione pirotecnica destinata a produrre un flash di calore di intensità sufficiente ad accendere la composizione amplificatrice 15. Si intende che vari iniziatori elettrici, elettronici, meccanici ed elettromeccanici noti nella tecnica, come un iniziatore per infissione, possono essere utilizzati nella presente invenzione. Sebbene possa essere utilizzata qualsiasi composizione amplificatrice adatta 15, gli esempi qui descritti hanno utilizzato BKNO3, quale composizione di amplificazione.

Il generatore di gas 16 è acceso tramite il calore generato dalla composizione amplificatrice 15 e la reazione chimica risultante genera gas che passa attraverso un filtro anulare 26 di filo a rete e quindi attraverso un tubo anulare perforato 17. Il filtro 26 di filo a rete ed il tubo perforato 17 sono preferibilmente formati di acciaio inossidabile, ma può essere utilizzato acciaio a basso contenuto di carbonio. Un cuscino 18 di filo a rete è utilizzato per proteggere i pellet generatori di gas. Un anello di sostegno 19 mantiene in luogo il cuscino di filo 18 ed il filtro a filo 26.

I gas di combustione, dopo passaggio attraverso il filtro 26 di filo a rete ed il tubo perforato 17, entrano in una camera anulare 25. Le aperture 12 nel corpo 13 sono sigillate con un foglio di scoppio 20 in acciaio inossidabile. Quando la pressione entro la camera 25 supera un determinato valore, il foglio 20 si rompe ed i gas sfuggono dal dispositivo di gonfiaggio 10 attraverso aperture 12 che quindi gonfiano un airbag (non illustrato).

Una sostanza di autoaccensione 21 è in stretta prossimità alla composizione amplificatrice 15. La sostanza di autoaccensione 21 è una composizione che sarà spontaneamente soggetta ad accensione ad una temperatura prescelta e che accenderà la composizione amplificatrice 15 che a sua volta accenderà il generatore di gas 16. I generatori di gas che sono utilizzati nella pratica della presente invenzione possono reagire in maniera molto più violenta se la temperatura deH'ambiente è elevata. Per esempio superiore a circa 175°C (347°F), in modo tale che è desiderabile accendere il generatore di gas prima che possa avvenire una reazione violenta. Il fermo di autoaccensione 23 fìssa la sostanza di autoaccensione 21 contro la parete interna del corpo metallico 13 per fare in modo che avvenga un trasferimento adatto di calore per l'accensione della sostanza di autoaccensione 21 alla temperatura desiderata.

Con riferimento alla figura 4, viene rappresentato in vista esplosa un dispositivo di gonfiaggio riutilizzabile 29 utilizzato nella prova di vari generatori di gas descritti nella presente domanda. Allo scopo di essere riutilizzabile a scopi di prova, il primo ed il secondo membro del corpo erano collegati l'uno all'altro mediante filettatura piuttosto che assemblati tramite saldature come mostrato nelle figure 1 e 2. Il dispositivo di gonfiaggio 29 comprende un primo membro 27 del corpo ed un secondo membro 28 del corpo, entrambi aventi una configurazione circolare. La parete interna del primo membro 27 del corpo presenta filettature interne 30 che sono fissate alle filettature esterne 31 di una parete esterna del secondo membro 28 del corpo. Preferibilmente le filettature utilizzate sono filettature trapezoidali. Un iniziatore (non illustrato) è disposto nell'interno 33 del pilastro centrale e funziona in maniera simile al petardo 24 della figura 2 per accendere il generatore di gas 16. Il foglio metallico 20, 32 riveste la superficie anulare della camera di reazione. Un filtro anulare 26 di metallo ed il tubo anulare perforato 17 sono disposti nella camera di reazione nella stessa maniera descritta con riferimento alla figura 2.

ESEMPIO I

Preparazione del generatore di gas

Una carica da un Kg di ciascuna di sei composizioni generatrici di gas fu formulata come nella Tabella I che segue. Le composizioni erano preparate mescolando inizialmente tutti i componenti, eccetto il 5-amminotetrazolo (5-AT), in un mulino a vibrazione del tipo in discontinua (Sweco) per 120 minuti. La mica utilizzata era Micro Mica 3000 (muscovite) ottenuta da Charles B. Chrystal Co., Ine. di New York, New York, U.S.A. Essa era una mica finemente suddivisa avente una densità apparente di circa 1.689 chilogrammi/metro cubo (12,4 libre/piede cubo) ed un peso specifico di circa 2,8.

5-AT era quindi aggiunto al mulino e la miscela era macinata per 120 minuti addizionali. La miscela era quindi posta in un miscelatore del tipo plough ed era aggiunta circa 15% in peso di acqua per formare materiali agglomerati che erano quindi fatti passare attraverso un granulatore con un vaglio di 8 mesh.

I granuli erano posti su un piatto ed essiccati a 120°C in un forno a prova di esplosione per crea 3 ore. Il contenuto d'acqua dopo essiccamento era tra 0,5 e 1% in peso. I granuli essiccati erano quindi fatti passare attraverso il granulatore impiegando un vaglio di 20 mesh. I campioni erano quindi pellettizzati con una pressa rotativa per pellet. I pellet avevano un diametro di circa 5 mm, un'altezza di 1,2 mm, pesavano da circa 51 a 53 mg ciascuno ed avevano una densità come riportato in tabella II.

Quale esempio specifico, il campione No. 1 era preparato combinando 2640 g 480 grammi di (KN03) ( 8% in peso), 900 g di Micro Mica 3000 da Charles B. Chrystal Co., Ine. di New York, N.Y., U.S.A. (15% in peso) e 60 g di TS-530 Silica da Cabot Corporation di Tuscola, Illinois, U.S.A. (1,0% in peso) in un mulino a vibrazione del tipo in discontinuo contenente mezzi ceramici (Sweco) e la miscela era macinata per 120 minuti. Furono quindi aggiunti 1920 g di 5-AT (32% in peso) al mulino e macinati per 120 minuti addizionali. Alla fine dell'operazione di macinazione, la grandezza media delle particelle della miscela era da circa 5 a 10 micron. L'aggiunta di 1% di silice facilitava l'operazione di macinazione in quanto le miscele senza silice o altri agenti di ripartizione tendono ad adunarsi o agglomerare entro il mulino. Tuttavia è stato più tardi scoperto che l'uso di un mulino a vibrazione del tipo in continuo (20U Palla Mill) da AAB Raymond Combustion Engineering, Ine. eliminava la necessità della S1O2 quale agente di ripartizione.

Il materiale macinato era quindi posto in un miscelatore di tipo plow (Simpson) e combinato con 887,5 g di acqua e mescolato per circa 3-5 minuti per produrre un materiale agglomerato che era scaricato ad un granulatore con un vaglio di 8 mesh. Il materiale granulato era quindi essiccato fino a circa 0,5 a 1,0% in peso di acqua. Il materiale essiccato era quindi trattato in un granulatore con un vaglio di 20 mesh.

La composizione essiccata e granulata era quindi ridotta in pellet in una pressa rotativa per pellet. I pellet piatti o compressi avevano un diametro di 5 mm ed un'altezza di circa 1,2 mm. I pellet formati da ciascun campione erano quindi caricati in sei dispositivi di gonfiaggio in acciaio del tipo mostrato in figura 4. Circa 43 g dei pellet 16 erano caricati in ciascun corpo di acciaio. I corpi contenevano inoltre un filtro di filo a rete in acciaio inossidabile 26 per la scoria ed un cuscino 18 per il pellet, un tubo in acciaio inossidabile perforato 17 ed un foglio di scoppio in acciaio inossidabile con uno spessore di circa 0,025 mm. Il foglio o nastro di scoppio 20, 32 comprende un foglio sottile di acciaio inossidabile con un adesivo su ciascun lato. L'adesivo era un adesivo sensibile alla pressione noto con 3M 9460PC VHB, prodotto da 3M Co. di Minnesota, U.S.A. Potrebbero essere utili altri adesivi noti per resistere a temperature fino a circa 250°C, come gli adesivi induriti da fuso. Il lato adesivo del foglio di scoppio è posto contro la superficie interna del corpo del dispositivo di gonfiaggio così da sigillare ermeticamente tutte le aperture 12. Le aperture 12 o porte dell'esausto per i gas generati dal generatore avevano un diametro di circa 3,5 mm. Il numero delle aperture 12 era dodici. Quelli esperti nel settore apprezzeranno che il numero di aperture richieste ed il loro diametro sono collegati e che possono essere utilizzate con successo varie combinazioni del numero e diametro delle aperture. Il corpo del dispositivo di gonfiaggio in prova aveva un volume totale di circa 88 cm<3>, mentre la regione del corpo localizzata entro il filtro e contenente i pellet del materiale generatore di gas aveva un volume di circa 46 cm<3>. Inoltre il dispositivo di gonfiaggio incorporava circa 1,0 g di BKNO3 quale miglioratore ed era associato con l'iniziatore.

Esempio II

Prova dei generatori di gas

Particolati

I dispositivi di gonfiaggio assemblati contenenti i vari generatori di gas erano valutati in un recipiente di prova di 60 litri dotato di un equipaggiamento per registrare il profilo della pressione e del tempo della combustione e per analizzare i gas fuoriuscenti dal dispositivo di gonfiaggio. Era inoltre determinata la quantità di particolato o scoria prodotta dalla combustione del generatore. I dispositivi di gonfiaggio erano installati nel recipiente e sottoposti ad accensione. Immediatamente dopo accensione del dispositivo di gonfiaggio, i campioni di gas erano prelevati dal recipiente per l'analisi mediante FTIR (spettroscopia infrarossa della trasformata di Fourier).

Dopo ventilazione del recipiente all’atmosfera, l'interno del recipiente di 60 litri era accuratamente lavato e risciacquato con acqua deionizzata per misurare la produzione di particolato. Il particolato prodotto dai generatori di gas comprende una miscela di prodotti di reazione solubili ed insolubili in acqua. La miscela acquosa dei prodotti di reazione solubili e le polveri insolubili erano quindi analizzate per determinare la produzione totale di particolato.

I dispositivi di gonfiaggio erano inoltre valutati in una camera di prova di 3 metri cubi (100 piedi cubi). Questa prova è progettata per simulare il volume interno di una automobile standard. Impiegando questa prova è inoltre possibile l’analisi del gas e l'analisi del particolato. L'equipaggiamento di prova consisteva di una camera di acciaio di 3 metri cubi contenente un simulatore di volante di guida. Alla camera era collegata una pompa da vuoto, un flussimetro a bolle, filtri ed un analizzatore di gas FT/IR (spettrofotometro). Il dispositivo di gonfiaggio era collegato al gruppo del volante di guida simulato entro la camera, la camera era chiusa a tenuta e il generatore del gas accesso. Furono analizzati campioni di gas utilizzando uno spettrometro FTIR al tempo zero e intervalli di 1, 5, 10, 15 e 20 minuti dall'accensione. La produzione di particolato sostenuto dall'aria può ancora essere misurata impiegando la camera di prova di 3 metri cubi mediante filtrazione dell’aria dopo accensione dalla camera attraverso un filtro fine e misurando il peso guadagnato dal filtro.

La tabella III riporta i dati raccolti per sei (6) prove (A-F) per i campioni 1 e 2 e per tre (3) prove (A-CJ per i campioni 3, 4 e 5 nel serbatoio di 60 litri. La tabella III riporta il particolato insolubile in mg, il particolato solubile in mg, il particolato totale in mg ed il pH della soluzione di lavaggio.

Questi risultati indicano che la mica, con o senza silice quale coadiuvante di processo, si traduce in un effluente molto più pulito dei campioni 3, 4, 5 e 6. I risultati per campioni 1 e 2 non sono significativamente diversi l’uno dall'altro, tuttavia essi sono significativamente diversi dai risultati ottenuti dai campioni 3, 4, 5 e 6. Questi dati supportano i benefici di un generatore di gas che contiene mica.

Prodotti gassosi di reazione

L'industria automobilistica sta ancora sviluppando standard per i prodotti gassosi di reazione dei generatori di gas. E' interessante notare che gli obiettivi percepiti per l'uscita dal dispositivo di gonfiaggio dell'airbag variano alquanto tra gli Stati Uniti ed i produttori di automobili in Europa. La tabella IV riporta i livelli desiderabili percepiti per i gas ed i particolari prodotti dalle composizioni generatrici.

* - tutti i valori in ppm eccetto i particolati sostenuti dalCaria in mg/m<3>.

I livelli di monossido di carbonio (CO), ossido di azoto (NO) e biossido di azoto (NO2) dei gas prodotti nel recipiente di 3 metri cubi per i campioni No. 1 - No. 5 sono riportati in tabella V. I campioni di gas erano analizzati impiegando FTIR ad intervalli prima dello spiegamento (fondo).

1, 5, 10, 15 e 20 minuti dopo spiegamento. I campioni vengono trasferiti direttamente nella cella a gas FTIR dalla camera di 3 metri cubi tramite circa 2 metri di tubazione in fluoropolimero avente un diametro esterno di circa 6 mm.

I campioni No. 1 e No. 2 che contenevano 16% in peso di mica e 15% in peso di mica, rispettivamente, mostravano livelli ridotti nella produzione di CO, NO e NO2 in confronto ai generatori che non contenevano mica. L'industria automobilistica richiede che i generatori di gas producano livelli limitati di vari prodotti di reazione come mostrato in tabella IV. I generatori di gas della presente invenzione possono soddisfare questi standard.

ESEMPIO III

In questo esperimento, vari combustibili e livelli di mica furono valutati net generatori di gas della presente invenzione. I campioni erano preparati in maniera simile all'esempio I, eccetto che la grandezza della carica era 500 g, i componenti erano macinati separatamente, mescolati a secco e pressati in trefoli per la prova. Le formulazioni per gli esempi No. 7 - No. 11 sono riportate nella tabella VI.

mica muscovite

Invece di pellettizzare i generatori di gas come nell'esempio I, le composizioni dei generatori furono formate in trefoli rettangolari di lunghezza circa 10,16 cm e con circa 0,63 cm su ciascun lato. I lati di ciascun trefolo erano rivestiti con un adesivo a base epossidica. I trefoli erano posti in una bomba di bruciatore a gabbia. La gabbia era dotata di un trasduttore di pressione, dispositivi acustici e accensione meccanica a filo attraverso registratori. I trefoli erano accessi, e fu registrata la pressione in funzione del tempo. Il tempo di combustione fu calcolato dai dispositivi acustici e meccanici. La velocità di combustione era determinata dividendo la lunghezza di ciascun trefolo per il suo tempo di combustione. La velocità di combustione per ciascun

Poiché sono desiderabili velocità di combustione superiori a 1,27 cm/secondo, per i campioni No. 7 e No. 9 potevano essere migliorati tramite manipolazione del rapporto combustibile/ossidante.

L'industria automobilistica può richiedere in futuro che i generatori di gas producano livelli limitati di vari prodotti di reazione come riportato nella tabella IV. I generatori di gas della presente invenzione possono ora soddisfare questi standard.

ESEMPIO IV

Foglio di scoppio

In questo esperimento, furono valutati vari materiali per il foglio di scoppio nei dispositivi di gonfiaggio che utilizzano generatori di gas non azide. I fogli di scoppio sono utilizzati per sigillare le aperture di uscita del gas del corpo del dispositivo di gonfiaggio per prevenire l'assorbimento dell'acqua atmosferica da parte dei pellet del generatore. La rottura dei fogli in seguito ad accensione del generatore consente che i gas sfuggano dal corpo del dispositivo di gonfiaggio. Prove precedenti di dispositivi di gonfiaggio che utilizzavano fogli di scoppi in alluminio con generatori non azide, dimostravano che il foglio di alluminio fondeva e bruciava.

Il foglio di scoppio in alluminio, a seguito di fusione, contribuisce inoltre alla quantità dei particolati prodotti dal dispositivo di gonfiaggio. Fu preparata una serie di 16 dispositivi di gonfiaggio che erano identici, eccetto per l’uso di un foglio di scoppio in acciaio inossidabile (8 dispositivi di gonfiaggio), che erano chiamati configurazione No. 1, ed un foglio di scoppio in alluminio (8 dispositivi di gonfiaggio), che erano chiamati configurazione No. 3. Il generatore utilizzato era il campione No. 1 e fu impiegato il corpo riutilizzabile riportato in figura 3. Il foglio di alluminio aveva uno spessore di 0,127 mm ed il foglio di acciaio inossidabile aveva un spessore di 0,025 mm allo scopo di provvedere identiche pressioni di scoppio, ciò che è l'obiettivo primario del foglio di scoppio. La produzione di particolato misurata nel recipiente di 60 litri evidenziava una riduzione significativa quando il foglio di scoppiò era in acciaio inossidabile.

La videoregistrazione dell'accensione del dispositivo di gonfiaggio mostrava una riduzione significativa delle particelle incandescenti fuoriuscenti dai dispositivi di gonfiaggio quando era utilizzato un foglio di scoppio in acciaio inossidabile. Inoltre l<’>ispezione dopo accensione dei dispositivi di gonfiaggio evidenziava che la parte maggiore del foglio in acciaio inossidabile rimaneva entro il corpo ed era rivestita con un pesante accumulo di scoria. Invece il foglio di scoppio in alluminio era virtualmente fuoriuscito dall'interno del corpo.

Tre dispositivi di gonfiaggio di ciascuna configurazione erano accesi nei serbatoio di 60 litri per le misure del particolato totale, tre di ciascuno erano accesi in un serbatoio di 3 metri cubi per l'analisi della tossicità e del particolato sostenuto nel’aria e due dei quali erano accesi all'aria aperta per la registrazione video. I risultati sono riportati nelle Tabelle VIII e IX

Non sarebbe appropriato confrontare i risultati della prova presentati in Tabella IX con i risultati della prova presentati in Tabella V. Dopo conduzione delle prove riportate in Tabella V, ma prima della conduzione delle prove riportate in Tabella IX, erano eseguiti vari cambiamenti nell'apparecchiatura di prova con il serbatoio di 3 metri cubi. La riconfigurazione dell'apparecchiatura di prova comportava aspetti come la ricollocazione dei controlli, l'installazione di alcuni nuovi componenti di condutture e la ricollocazione di alcuni componenti dell'apparecchiatura di prova. Inoltre il tessuto degli airbag utilizzati nella prova riportata nelle Tabelle V e IX erano diversi.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione generatrice di gas comprendente: (a) un combustibile; (b) un ossidante; e (c) mica quale formatore di scoria.
2. 2. Composizione generatrice di gas secondo la rivendicazione 1, comprendente : (a) 15-70% in peso di un combustibile; (b) 20-80% in peso di un ossidante; e (c) 5-25% in peso di mica.
3. 3. Composizione generatrice di gas secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente : (a) 20-40% in peso di un combustibile scelto da tetrazoli, triazoli e loro miscele; (b) 20-80% in peso di un ossidante scelto dagli ossidi dei metalli di transizione; nitrati, clorati e perclorati di metallo alcalino e alcalino terroso; nitrato di ammonio; e loro miscele ; e (c) 5-25% in peso di mica.
4. 4. Composizione generatrice di gas secondo la rivendicazione 1 o 2 , in cui il combustibile è scelto tra azidi di metallo alcalino, azidi di metallo alcalino terroso, amminotetrazoli e relativi sali metallici, tetrazoli e relativi sali metallici, bitetrazoli e relativi sali metallici, triazoli e relativi sali metallici, nitrati, e relative miscele.
5. 5. Composizione generatrice di gas secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l'ossidante è scelto tra gli ossidi di metallo di transizione; nitrati clorati e perclorati di metallo alcalino; nitrati, clorati e perclorati di metallo alcalino terroso; nitrato di ammonio; e miscele relative.
6. 6. Composizione generatrice di gas secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto combustibile comprende 5-amminotetrazolo e detto ossidante comprende nitrato di potassio e nitrato di stronzio.
7. 7. Composizione generatrice di gas secondo la rivendicazione 6, in cui detto combustibile è 30-35% in peso di detto generatore, detto nitrato di potassio è 5-10% in peso di detto generatore e detto nitrato di stronzio è 40-50% in peso di detto generatore.
8. 8. Composizione generatrice di gas secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta mica è 10-20% in peso di detto generatore.
9. 9. Composizione generatrice di gas secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detta mica è circa 15% in peso di detto generatore.