KR100231946B1 - 운모를 함유하는 개량된 기체 발생 조성물 - Google Patents

Abstract

연료, 하나 이상의 산화제 및 운모로부터 기체 발생 조성물을 제조했다. 기체 발생제 조성물은 고형 연소 생성물 및 감소된 함량의 NO_x및 CO와 같은 원치않는 기체를 갖는 팽창 기체를 생산한다.

Description

운모를 함유하는 개량된 기체 발생 조성물

본 발명은 일반적으로 자동차에서 탑승자의 안전 구속장비를 팽창시키는데 사용된 신규한 기체 발생 조성물에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 만족스럽지 못한 물질을 허용가능한 양으로 갖는 연소 생성물을 생성하는, 운모 25중량% 이하를 함유하는 기체 발생제에 관한 것이다.

자동차용으로 팽창가능한 탑승자 구속 장치는 오랫동안 전세계적으로 개발중에 있다. 탑승자 구속장치를 팽창시키기 위한 기체 발생 조성물도 또한 오랫동안 개발중에 있으며, 그것에 대해 특허가 허여되었다. 기체 발생제에 의해 생성된 팽창 기체는 엄격한 독성 요건을 만족시켜야만 하기 때문에, 현재 사용되고 있는 거의 모든 기체 발생제는 알칼리 또는 알칼리성 토금속 아지드를 기본으로 하고 있다. 나트륨 아지드는 산화제와 반응하여 주로 질소로 구성된 비교적 무독성 기체를 형성하기 때문에 기체 발생 조성물을 위해 현재 바람직한 연료이다.

아지드 기제 기체 발생제와 연관된 주요 문제는 아지드 자체의 극한 독성이다. 아지드 기제 발생제의 독성으로 인해 이를 사용하는 것이 본질적으로 어렵고 비교적 비용이 많이 든다. 추가로, 아지드 기제 발생제를 함유하는 발화되지 않은 팽창 장비의 잠재적인 위험 및 폐기 문제를 고려해야 한다.

이와는 대조적으로, 비아지드 기제 기체 발생제(즉, 5-아미노테트라졸)는 제조 및 폐기시 아지드 기제 기체 발생제보다 위험면에서 상당한 잇점을 제공한다. 불행히도, 이제까지 공지된 비아지드 기제 기체 발생제는 연소될 때 허용할 수 없을 정도로 많은 양의 원치않는 물질을 생성한다. 억제하기 가장 어려운 원치않는 기체들은 질소의 다양한 산화물(NO_x) 및 일산화 탄소(CO)이다. 비아지드 기제 기체 발생제와 관련된 추가의 문제는 아지드 기제 발생제에 비해 상당히 고온의 연소 온도가 필요하다는 것이다.

연소될 때 금속성 조성물을 함유하는 기체 발생제들은 에어백이 팽창하기 전에 연소 기체에서 여과시켜야하는 고형 입자 또는“슬래그(slag)”또는“클링커(clinker)”로 일반적으로 부르는 것을 생성한다. 용이하게 여과할 수 있는 슬래그를 형성하는 기체 발생제의 능력은 기체를 여과 목적에 사용할 때 대단히 유리하며, 특히 자동차 에어백을 팽창시키기 위해 기체들을 여과시켜야할 때 유리하다.

비아지드 기체 발생제의 연소 및 고형 연소 입자(슬래그)의 형성시 원치않는 기체의 양을 감소시키려면 특별한 물질 조합이 필요하다. 예를 들면, 산화제/연료비율을 조작하여 NO_x또는 CO를 감소시킨다. 더욱 구체적으로는, 초과 산소가 CO를 이산화 탄소로 산화시키기 때문에, 산화제 대 연료의 비율을 증가시켜 연소될 때 CO량을 감소시킨다. 불행히도, 이러한 시도는 NO_x의 양을 증가시켰다. 비아지드 기체 발생제가 연소될 때 생성된 비교적 다량의 NO_x와 CO 및 용이하게 여과할 수 있는 고형 연소 제품을 생성할 때 나타나는 어려움은 비아지드 기체 발생제가 나타내는 비교적 높은 연소 온도에서 일부분 기인한다. 예를 들면, 비아지드 기체 발생제가 2,800℃만큼 높은 연소 온도를 나타내는 반면, 나트륨 아지드/산화 철 조성물의 연소 온도는 약 1,200℃ 내지 약 1,900℃의 범위일 수 있다. 연소 온도를 감소시키기 위해 저 에너지 연료를 사용하는 것은 저 에너지 연료가 자동차 구속 시스템에 사용하기에 충분히 높은 기체 발생 속도 또는 연소 속도를 제공하지 못하기 때문에, 비효과적이다. 에어백 시스템이 용이하고도 적절하게 작용하는 것이 보장되도록 하는 기체 발생제의 적절한 연소 속도가 필요하다.

라이온(Lyon)의 미국 특허 제 5,460,668호는 Pyrex, Vycor, 알칼리 토류 알루미노 실리케이트, 알루미노실리케이트, 바리아 알루미나 보로실리케이트, 융합된 실리카 및 바륨 알루미나 보로실리케이트중에서 선택된 흡열성 첨가제를 함유하는 비아지드 기체 발생 조성물을 교지하고 있다. 본 발명에서 사용한 운모가 약 500℃에서 분해되는 결정성 물질인 것과 대조적으로 상기 특허에서 제안된 유리 분말은 연소 온도에서 연화된다.

미국 특허 제 5,467,715호는 연료 약 20 내지 약 40 중량%를 포함하는 기체 발생 조성물을 교지한다. 상기 연료는 테트라졸 및/또는 트리아졸 화합물 및 수용성 연료를 포함한다. 이 특허는 또한 펠릿을 제조할 때 가공 보조제 또는 결합제를 약 5중량%, 전형적으로 0.2 내지 5 중량%이하로 사용하여 기체 발생 조성물을 펠릿화시키는 것이 바람직하다고 제안한다. 교지된 가공 보조제중에는 운모 물질이 있다. 그러나 이 특허는 원치않는 기체를 감소시키고, 슬래그의 형성을 증대시키기 위해 기체 발생제의 5 내지 25중량%의 양으로 운모를 사용하는 것에 대해서는 교지하고 있지 않다.

미국 특허 제 5,035,757호는 자동차용 충돌 백을 팽창시키는데 유용한 기체 발생 조성물을 개시하고 있으며, 상기 화공작용 혼합물은 (1) 아졸 화합물 군에서 선택된 연료; (2) 산소 함유 산화제; (3) 알칼리 토금속 산화물, 수산화물, 카보네이트 및 옥살레이트로 구성된 군중에서 선택된 고온 슬래그 형성 물질; 및 (4) 이산화 규소, 산화 붕산, 알칼리성 금속 실리케이트 및 천연 점토 및 활석으로 구성된 군중에서 선택된 저온 슬래그 형성 물질을 포함한다. 상기 특허는 생성 미립자 및 무독성 기체를 미래의 성능 표준에 부합하는 양으로 감소시키고자 운모를 사용하는 것을 제안하지 못했다.

미국 특허 제 5,139,588 호는 (1) 비아지드 연료; (2) 산소 함유 산화제; (3) 5-아미노테트라졸과 같은 무기 또는 유기산의 알칼리 금속 염; 및 (4) 점토, 활석 및 실리카중에서 선택된 저온 슬래그 형성 물질을 포함하는 기체 발생 조성물을 개시하고 있다. 상기 특허는 원치않는 기체의 생산을 감소시키고 기체 발생제의 슬래그 형성 용량을 증대시키고자 비아지드 기체 발생 조성물에서 운모를 사용하는 것을 제안하지 못했다.

미국 특허 제 5,518,054호는 연료 및 산화제 및 가공 보조제를 포함하는 기체 발생제 조성물에 관한 것이다. 상기 특허는 운모와 지방산 염의 혼합물을 포함하는 가공 보조제 0.05 내지 약 2 중량%의 사용을 개시한다. 상기 특허는 기체 발생제에 5내지 25중량%의 양의 운모를 사용하는 것을 제안하고 있지 않다.

미국 특허 제 3,834,955호는 폭발성 조성물 및 이 조성물에서 미분 점토, 활석 또는 운모와 같은 항 응집제의 사용을 제안하고 있다. 상기 특허는 자동차 안전 시스템용 기체 발생제에 관한 것이다.

미국 특허 제 5,388,859호는 배출 개구와 기체 출구사이의 디퓨저(diffuser) 챔버를 횡단하여 연장되는 단리 맴브레인을 갖는 에어백 팽창기를 개시하고 있다. 팽창기 주위의 환경으로부터 팽창기 내측으로 수분이 전도되는 것을 차단하기 위해 단리 맴브레인을 하우징에 용접시킨다. 팽창기가 작동할 때, 배출개구를 통해 흐르는 기체압에 의해 단리 맴브레인이 파손된다. 상기 특허는 기체 출구를 밀폐적으로 밀봉하고 팽창기에서 배출되는 미립자 및 원치않는 기체의 양을 감소시키기 위해 스테인레스 강 균열 또는 파열 호일의 사용을 교지하지 않고 있다.

진술한 문제점들은 운모 5 내지 25 중량%를 함유하는 기체 발생제를 개시하는 본 발명에 의해 해결되었다. 본 발명의 기체 발생제는 용이하게 여과할 수 있는 연소 생성물을 생성하며, 더욱더 원치않는 기체의 생산량을 감소시키면서 팽창기체를 원하는 높은 연소 속도로 생성한다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 운모 약 25 중량% 이하를 함유하는 비아지드 기제 기체 발생제에 관한 것이다.

본 발명의 신규한 기체 발생제 조성물의 주요 잇점은 원치않는 기체를 감소된 양으로 생성시키고, 고형 연소 생성물이 생성된 기체로부터 용이하게 여과된다는 것이다. 본 발명의 기체 발생제는 아지드 및/또는 비아지드 연료를 사용할 수 있으며, 연료로 아졸 또는 테트라졸을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 특별한 특징은 신규한 운모를 사용하는 것이다. 또한, 본 발명의 기체 발생 조성물은 기체를 고수율로 생산하며, 이것은 현대 팽창기에서 요구되는 특성이다.

제1도는 본 발명의 에어백 평창기의 한 태양의 측면도이다.

제2도는 제1도의 라인 2-2를 따라 절개한 기체 발생 장치의 단면도이다.

제3도는 제1도의 기체 발생 장치의 말단도이다.

제4도는 본원에 기술한 시험에 사용된 재사용가능한 팽창기의 분해도이다.

자동차 산업은 용이하게 여과가능한 슬래그, 소량의 미립자 및 감소된 양의 원치않는 기체를 생산하는 기체 발생제를 계속해서 찾고 있다. 자동차 산업은 또한 아지드 독성과 관련된 문제를 피하기 위해 아지드 기제 발생제를 사용하지 않는 기체 발생제를 필요로 한다. 본 발명은 아지드 기제 발생제에도 유용하지만, 더욱 구체적으로 비아지드 기제 발생제에 관한 것이다. 따라서, 기체 발생제에 5 내지 25 중량%의 운모의 사용은 산업적 요구를 전하는 것이며 비아지드 연료의 사용을 촉진할 것이다.

본 발명의 기체 발생제 배합물은 임의의 공지된 연료와 함께 배합할 수 있다. 대부분의 에어백 팽창기는 오늘날 연료로서 아지드, 특별히 나트륨 아지드를 사용한다. 그러나, 아지드 연료의 사용을 피하는 것이 바람직하며, 테트라졸(즉, 5-아미노테트라졸), 비테트라졸, 테트라졸의 광물성 염, 1,2,4-트리아졸-5-온, 니트레이트(즉, 구아니딘 니트레이트 및 아미노구아니딘 니트레이트) 등을 포함하는 다른 연료가 다수 제안되었다. 연료는 기체 발생제 조성물의 약 15 내지 약 70 중량%를 전형적으로 차지할 것이며, 산화제는 전형적으로 기체 발생제 조성물의 약 20 내지 약 80 중량% 차지할 것이다.

이산화 규소와 같은 가공 보조제를 또한 본 발명에 사용할 수 있다. 당해 분야의 숙련가들은 사용된 특별한 산화제 및 연료에 따라, 특정 가공 보조제가 다른 것보다 유익한 특성을 갖는다고 생각하고 있다. 본 발명에 유용한 대표적인 가공 보조제는 미국 일리노이주 투스콜라에 소재한 캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)에서 제조한 실리카 TS-530이다.

본 발명의 조성물에 유용한 산화제는 질산 스트론튬과 같은 알칼리 토류 질산염을 포함한다. 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 질산염, 염소산염 및 과염소산염도 또한 유용한 산화제이다. 질산 암모늄도 또한 유용한 산화제이다. 본 발명의 바람직한 산화제는 질산 스트론듐과 질산 칼륨의 혼합물이다.

운모는 극히 얇은 분할 플레이크로 제작한 복합 결정성 함수 알루미늄 실리케이트 광물 군의 명칭이며 기본적인 거의 완벽한 분할 및 고도의 가용성, 탄성 및 인성을 특징으로 한다. 다양한 운모들은 구조적으로 유사하지만 화학적 조성면에서는 상이하다. 운모의 특성은 약한 화학 결합과 강력한 결합이 교대하는 주기성에서 유래한다. 운모 그룹의 광물질중 대표적인 것은 무스코바이트, 프로고파이트, 바이오타이트, 레피돌라이트 및 플루오로프로고파이트와 같은 기타 물질이다.

일반적으로, 규소 대 알루미늄의 비율은 약 3:1이다. 본 발명의 기체 발생 조성물에서는 임의의 천연 운모가 유용하다. 그러나, 레피돌라이트 및 플루오로프로고파이트와 같은 할로겐 원자를 함유하는 운모는 바람직하지 않다. 특정 운모 그룹의 광물에서 할로겐의 존재는 원치않는 할로겐 이온을 함유하는 연소 기체를 생성시킬수 있다. 본 발명의 조성물에 유용한 운모는 2 내지 100μ범위의 입자 크기를 갖는 연마된 운모이다. 상기 연마된 운모는 또한 종종 플레이크 운모로도 불린다.

본 발명에서 2 내지 25μ범위의 입자 크기를 갖는 운모가 바람직하다.

연마된 운모는 현탁을 촉진하는 도료 희석제를 사용되었으며, 체크무늬 및 백악질을 감소시키고, 필름의 수축을 방지하며, 수 침투 저항성 및 내후성을 증가시키고, 착색된 안료의 색조를 환하게 한다. 고무 산업에서 타이어와 같은 성형된 고무 제품을 제조할 때 광물성 충전재 및 금형 윤활제로 연마된 운모가 사용되었다. 연마된 운모가 또한 강화제로 작용하는 플라스틱 산업에서도 유사하게 사용된다.

본 발명에 따른 기체 발생 조성물은 촉매를 임의로 약 3 중량% 이하, 전형적으로 약 1 내지 약 2 중량% 함유할 수 있다. 수소화 붕소 및 철 페리시아나이드는 이러한 연소 촉매의 대표적인 예이다.

이제 본 발명을 구체예에 의해 더욱 상세히 기술할 것이다.

제1도를 먼저 참조하면, 대표적인 자동차 에어백 팽창기(10)의 도식적인 측면도를 도시한다. 팽창기를 핸들, 기기 패널 또는 자동차의 기타 적합한 위치에 부착시키기 위해 설치판(11)을 사용한다. 에어백 팽창기(10)은 연소될 때 기체를 발생하는 조성물(16)을 함유하며, 생성된 기체는 팽창기 하우징(13)에서 천공(12)를 통해 팽창기로부터 나온다. 팽창기는 충돌 센서(도시하지 않음)가 팽창기(10)의 활성화에 필요한 충분한 양의 충돌을 감지할 때 충돌 센서로부터의 신호에 의해 활성화된다.

제2도를 참조하면, 제1도의 라인2-2를 따라 절개한 팽창기(10)의 횡단면도가 도시되어 있다. 본 발명의 하나의 태양에 의거, 충돌 센서(14)(도시하지 않음)는 전기 회로를 밀폐시키거나 또는 부스터 조성물(15)을 점화시키고, 차례로 본 발명에 따른 기체 발생 조성물(16)을 점화시키는 스큅(squib)(24)과 같은 개시제를 활성화시키는 발화 신호를 개시한다. 스큅(24) 및 2개의 전극을 포함하는 점화 조립체(22)를 임의의 유용한 수단을 통해 팽창기 하우징에 부착시키며, 용접에 의해 부착시키는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 태양은 레이저 용접하는 팽창기 하우징을 이용한다. 본원에서 사용한 바와 같은,“스큅”이란 서로 절연되고, 브릿지 와이어에 의해 연결된 2개의 전극을 갖는 전기 장비로 생각된다. 브릿지 와이어는 부스터 조성물(15)를 점화시키기에 충분한 강도의 인화열을 제공하도록 설계된 불꽃 조성물의 하나 이상의 층에 삽입하는 것이 바람직하다. 스탭 개시제(stabinitiator)와 같이, 당해 분야에 공지된 다양한 전기, 전자, 기계 및 전기기계적 개시제를 본 발명에 사용할 수 있다고 생각된다. 임의의 적합한 부스터 조성물(15)을 사용할 수 있지만, 본원에 기술된 예는 부스터 조성물로 BKNO₃을 사용했다.

기체 발생제(16)은 부스터 조성물(15)에 의해 발생된 열에 의해 점화되며, 생성된 화학 반응은 직조된 와이어 환상 필터(26) 및 천공된 환상 관(17)을 통과하는 기체를 생성한다. 직조된 와이어 필터(26) 및 천공된 관(17)은 스테인레스 강으로 제조하는 것이 바람직하지만 저 탄소 강을 사용할 수 도 있다. 기체 발생 펠릿을 보호하는데 직조된 와이어 쿠션(18)을 사용한다. 백업 환(19)는 와이어 쿠션(18) 및 와이어 필터(26)을 적소에 보유한다.

직조된 와이어 필터(26) 및 천공된 관(17)을 통과한 후의 연소 기체들은 환상 챔버(25)로 진입한다. 하우징(13)의 천공(12)을 스테인레스 강 파열 호일(20)으로 밀봉시킨다. 챔버(25)내의 압력이 주어진 값을 초과할 때, 호일(20)이 파열되어 기체가 천공(12)을 통해 팽창기(10)을 빠져나온후 에어백(도시하지 않음)이 팽창된다.

자동 점화 물질(21)을 부스터 조성물(15)에 근접하게 놓는다. 자동 점화 물질(21)은 미리선택된 온도에서 자발적으로 점화되므로써 부스터 조성물(15)을 점화시키고 이어서 기체 발생제(16)을 점화시키는 조성물이다. 본 발명을 실행할 때 사용되는 기체 발생제는 주위 온도가 예를 들면 약 175℃(347℉) 이상의 승온인 경우 휠씬 더 격렬한 방식으로 반응할 수 있으며, 따라서 이러한 격렬한 반응이 일어날 수 있기 전에 기체 발생제를 점화시키는 것이 바람직하다. 자동점화 리테이너(retainer)(23)은 자동점화 물질(21)을 금속 하우징(13)의 내벽에 고정시켜 원하는 온도에서 자동점화 물질(21)의 점화를 위해 적절한 열 전달이 일어나도록 보장한다.

제4도를 언급하면, 본원에 개시된 다양한 기체 발생제를 시험할 대 사용된 재사용가능한 팽창기(29)의 분해도를 나타낸다. 시험목적을 위해 재사용하기 위해서, 제1 및 제2 하우징 부재를 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 용접에 의해 조립하기 보다는 서로 나사로 결합시켰다. 팽창기(29)는 제1 하우징 부재(27) 및 제2 하우징 부재(28)을 포함하며, 둘다 원형 형태를 갖는다. 제1 하우징 부재(27)의 내벽은 내부 트레드(30)을 가지며 이것을 제2 하우징 부재(28)의 외벽의 외부 트레드(31)에 고정시킨다. 바람직하게는, 사용된 트레드는 부트레스형(buttress-type)트레드이다. 기체 발생제(16)을 점화시키기 위해 개시제(도시하지 않음)를 중심 포스트의 내부(33)에 배치하며 이것은 제2도의 스큅(24)와 유사한 방식으로 작용한다. 금속 호일(20), (32)를 반응 챔버의 환상 표면에 정렬시킨다. 환상 금속 필터(26) 및 천공된 환상 관(17)을 제3도와 관련하여 기술한 바와 동일한 방식으로 반응 챔버에 배치한다.

[실시예 1]

[기체 발생제의 제조]

6개의 기체 발생 조성물 각각의 1Kg 회분을 하기 표 1에 따라 배합했다. 조성물은 5-아미노테트라졸(5-AT)을 제외하고 모든 성분들을 회분식 진동 분쇄기(Sweco)에서 120분동안 초기에 혼합하므로써 제조했다. 사용된 운모는 미국 뉴욕주 뉴욕에 소재한 챨스 비. 크리스탈 캄파니(Charles B. Chrystal Co., Inc.)에서 얻은 마이크로 미카 3000(무스코바이트)이다. 이것은 벌크 밀도 약 1,689kg/m³(12.4 1b/ft³) 및 비중 약 2.8을 갖는 미분된 운모이다.

5-AT를 이어서 분쇄기에 가하고, 120분동안 더 혼합물을 분쇄했다. 이어서, 혼합물을 구유형(plough-type) 혼합기에 넣고 약 15 중량%의 물을 가해 응집된 물질을 제조한 후 8 메쉬 스크린을 갖는 과립화기를 통과시켰다.

과립을 트레이위에 놓고, 약 3시간동안 폭발 저항 오븐에서 120℃에서 건조시켰다. 건조시킨 후 수분량은 0.5 내지 1 중량%였다. 이어서, 건조된 과립을 20메쉬 스크린을 사용하여 과립기를 통과시켰다. 샘플을 회전 펠릿 프레스로 펠릿화시켰다. 펠릿은 각각 직경 약 5mm, 높이 1.2mm, 중량 약 51내지 53mg이며, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 밀도를 갖는다.

구체예로, 세라믹 매질을 함유하는 회분형 진동 분쇄기(Sweco)에서 Sr(NO₃)₂2640g(44 중량%), (KNO₃), 480g(8 중량%), 미국 뉴욕주 뉴욕에 소재한 챨스 비. 크리스탈 캄파니, 인코포레이티드(Charles B. Chrystal Co., Inc.)에서 구입한 마이크로 미카 3000 900g 및 미국 일리노이주 투스콜라에 소재한 캐보트 코포레이션(Cabot Corporation)에서 구입한 TS-530 실리카 60g을 합하여 샘플 #1을 제조하고, 혼합물을 120분동안 분쇄했다. 이어서, 5-AT 1920g(32 중량%)을 분쇄기에 가하고, 120분 동안 더 분쇄했다. 분쇄 공정이 끝날 때, 혼합물이 평균 입자 크기는 5 내지 10μ이였다. 실리카 또는 기타 분배제가 없는 혼합물은 분쇄기안에서 응집 도는 덩어리를 형성하는 경향이 있기 때문에 1%의 실리카를 첨가하여 분쇄공정을 촉진시켰다. 그러나, AAB 레이몬드 컴버스쳔 엔지니어링, 인코포레이티드(AAB Raymond Combustion Engineering, Inc.)에서 구입한 연속식 진동 분쇄기(200U Palla Mill)을 사용하면 분배제로 SiO₂를 사용할 필요가 없음을 후에 알았다.

이어서, 분쇄된 물질을 구유형 혼합기(Simpson)에 놓고, 물 887.5g과 합하고 약 3 내지 5분동안 혼합하여 응집된 물질을 제조하고 이를 8메쉬 스크린을 갖는 과립기에 방출시켰다. 이어서, 과립화된 물질을 물 약 0.5 내지 1.0 중량%까지 건조시켰다. 건조된 물질을 20 메쉬 스크린을 갖는 과립화기에서 가공했다.

그후, 건조되고 과립화된 조성물을 회전 펠릿 압착기에서 펠릿화했다. 편평한 펠릿 또는 정제의 직경은 5mm이고, 높이는 약 1.2mm이다. 각각의 샘플에서 형성된 펠릿을 제4도에 나타낸 유형의 6개의 강 팽창기에 적하했다. 펠릿(16) 약 43g을 각각의 강 하우징에 적하했다. 하우징은 또한 스테인레스 강 직조된 와이어 슬래그 필터(26) 및 펠릿 쿠션(18), 천공된 스테인레스 강 관(17) 및 두께 약 0.025mm을 갖는 스테인레스 강 파열 호일을 함유했다. 파열 호일 또는 테이프(20),(32)는 한 면위에 접착제를 갖는 스테인레스 강의 박층 시이트를 포함한다.

접착제는 미국 미네소타주에 소재한 3M 캄파니(3M Co,)에서 제조한 3M 9460PC VHB로 공지된 감압성 접착제이다. 용융 경화 접착제와 같이, 약 250℃ 이하의 온도를 견디는 것으로 공지된 다른 접착제도 유용할 것이다. 모든 천공(12)을 밀폐적으로 밀봉하기 위해 파열 호일의 접찹제 측면을 팽창기 하우징의 내측 표면에 놓는다.

발생제에 의해 발생된 기체에 대한 천공(12) 또는 배출구는 직경이 약 3.5mm이다.

천공(12)는 12개이다. 당해 분야에 숙련된 가는 필요한 천공수와 이들의 직경이 관련있으며 천공수와 직경의 다양한 조합을 성공적으로 이용할 수 있음을 인식할 것이다. 시험 팽창기 하우징은 총 용량 약 88cm³을 갖는 반면, 필터의 안쪽에 위치하고 기체 발생 물질의 펠릿을 함유하는 하우징의 영역의 용량은 약 46cm³이다.

팽창기에 증강제로 BKNO₃약 1.0g을 혼입하며 개시제와 혼합했다.

[실시예 2]

[기체 발생제의 시험]

[미립자]

각종 기체 발생제를 함유하는 조립한 팽창기를 압력 및 연소 시간 프로파일을 기록하고 팽창기에서 배출되는 기체를 분석하는 장비가 장착된 60 l 용량의 시험 탱크에서 배기시켰다. 연소 발생제에 의해 생성된 미립자 또는 슬래그의 양을 또한 측정했다. 팽창기를 탱크안에 설치하고 점화시켰다. 팽창기가 발화된 직후, 기체 샘플을 탱크에서 수거하여 FTIR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, 포우리어 트랜스폼 적외선 분광광도계)에 의해 분석했다.

탱크를 대기압으로 배기시킨 후, 60 l 용량의 탱크 내벽을 주의해서 깨끗이 닦고, 탈염수로 세정하여 미립자 생성을 측정했다. 기체 발생제에 의해 생성된 미립자는 수용성 및 수불용성 반응 생성물의 혼합물을 포함한다. 가용성 반응 생성물과 불용성 먼지의 수성 혼합물을 이어서 분석하여 총 미립자 생산량을 측정했다.

팽창기는 3m³(100 ft³)의 시험 챔버안에서 배기시켰다. 이 시험은 표준 자동차의 내측 용량을 시뮬레이트하기 위해 고안한 것이다. 기체 분석 및 미립자 분석도 또한 이 시험을 이용하여 가능하다. 시험 장비는 핸들 시뮬레이터를 함유하는 3m³강 챔버로 구성되었다. 챔버에 진공 펌프, 기포류 측정기, 필터 및 FT/IR기체 분석기 (분광광도계)를 부착시켰다.

챔버안에서 시뮬레이트된 핸들 조립체에 팽창기를 부착하고, 챔버를 밀봉하고, 기체 발생제를 점화시켰다. 기체 샘플을 0시간 및 점화후 1, 5, 10, 15 및 20분 간격으로 FTIR분광광도계를 사용하여 분석했다. 미세한 필터를 통해 챔버에서 나온 점화후 공기를 여과하고, 필터에 의해 얻은 것의 중량의 측정하므로써 공기중 미립자 생산을 3m³시험 챔버를 사용하여 측정할 수 있다.

하기 표 3은 60 l 용량의 탱크에서 샘플 1 및 2에 대해서는 6번의 시행(A-F) 및 샘플 3, 4 및 5에 대해서는 3번의 시행(A-C)하여 얻은 데이터를 나타낸다. 하기 표 3은 불용성 미립자(mg), 가용성 미립자(mg), 미립자 총량(mg) 및 세척액의 pH를 보고한다.

상기 결과는 가공 보조제로 실리카가 있거나 없는 운모가 샘플 3, 4, 5 및 6보다 훨씬 더 깨끗하게 유출되었다고 나타낸다. 샘플 1 및 2에 대한 결과는 서로 상당히 상이하진 않지만, 이들은 샘플 3, 4, 5 및 6에 의해 제조된 결과와 상당히 상이하다. 상기 테이터는 운모를 함유하는 기체 발생제의 잇점을 지지한다.

[기상 반응 생성물]

자동차 산업에서는 기체 발생제의 기상 반응 생성물에 대한 표준을 여전히 개발중에 있다. 에어백 팽창기 생산을 위해 인식하고 있는 목표는 미국과 유럽의 자동차 제조업자간에 약간 다르다는 사실에 주목하는 것은 흥미롭다. 하기 표 4는 바람직하다고 인식된 기체 발생제 조성물에 의해 생성된 기체 및 미립자의 양을 나타낸다.

샘플 1-5에서 3m³의 탱크에서 생성된 기체중의 일산화 탄소(CO), 질산 산화물(NO) 및 이산화 질소(NO₂)의 양을 하기 표 5에 나타낸다. 기체 샘플을 배치하기전(백그라운드), 배치하고 1, 5, 10, 15 및 20분 간격으로 FTIR을 사용하여 분석했다. 샘플을 3m³의 챔버로부터 약 6mm의 외측 직경을 갖는 플루오로중합체 관약 2m를 거쳐 FTIR 기체 셀로 곧바로 운반했다.

운모 각각 16 중량% 및 15 중량%를 함유하는 샘플 1 및 2는 운모를 함유하지 않을 때 발생하는 것보다 감소된 양의 CO, NO 및 NO₂를 생산함이 입증되었다. 자동차 산업에서는 기체 발생제가 표 4에 나타낸 바와 같이 제한된 양의 다양한 반응 생성물을 생성하도록 요구한다. 본 발명의 기체 발생제는 이러한 표준 조건에 부합한다.

[실시예 3]

본 실험에서는, 본 발명의 기체 발생제에 다향한 양의 연료와 운모를 배기시켰다. 샘플은 회분 크기가 500g이고, 성분을 별도로 분쇄하고, 건조 블렌드하고 시험용 스트랜드로 압착함을 제외하고 실시예 1과 유사한 방식으로 제조했다. 샘플 7-11의 조성은 하기 표 6에 나타낸다.

실시예 1에 나타낸 바와 같이 기체 발생제를 펠릿화하는 대신에, 발생제 조성물을 길이 약 10.16 cm 및 각 측면 약 0.63cm의 직사각형 스트랜드로 제조했다.

각 스트랜드의 면위에 에폭시 기제 접착제를 피복했다. 스트랜드를 스탠드 버너 봄브에 넣었다. 봄브에 압력 변환기, 음향 장비 및 기계적 와이어 연소 직통 기록기를 장착했다. 스트랜드를 점화하고, 압력 대 시간을 기록했다. 연소 시간을 음향 및 기계적 장비에 의해 계산했다. 연소 속도는 각 스트랜드의 길이를 연소 시간으로 나누어 측정했다. 각 샘플의 연소 속도를 하기 표 7에 나타낸다.

1.27cm/초 이상의 연소 속도가 바람직하지만, 샘플 7 및 9에서 연료/산화제 비율을 조작하여 연소 속도를 개선시킬 수 있다.

자동차 산업에서는 기체 발생제가 표 4에 나타낸 바와 같은 제한된 양의 다양한 반응 생성물을 생산하는 것을 앞으로 요구할 수도 있다. 본 발명의 기체 발생제는 현재 이러한 표준 조건에 부합할 수 있다.

[실시예 4]

[파열호일]

본 실험에서는 비 아지드 기체 발생제를 사용하여 팽창기에서 다양한 파열호일 물질을 배기시켰다. 파열 호일을 사용하여 팽창기 하우징의 기체 출구를 밀봉하므로써 발생제 펠릿에 의한 대기압 물의 흡착을 예방했다. 호일은 발생제가 점화될 때 파열하여 기체가 팽창기 하우징을 빠져나오도록 허용한다. 비 아지드 발생제와 함께 알루미늄 파열 호일을 사용하는 상기 팽창기 시험은 알루미늄 호일이 용융 및 연소됨을 입증한다.

용융될 때 알루미늄 파열 호일은 또한 팽창기에 의해 생성된 미립자 양을 제공한다. 스테인레스 강 파열 호일(8개의 팽창기)을 사용함을 제외하고 형태 1의 알루미늄 파열 호일(8개의 팽창기)로 표시되는 것과 동일한 일련의 16개의 팽창기(형태 3으로 표시함)을 제조했다. 사용된 발생제는 샘플 1이고, 제3도에 나타낸 재 사용가능한 하우징을 사용했다. 파열 호일의 주요 목적인 동일한 파열 압력을 제공하기 위해 알루미늄 호일의 두께는 0.127mm이고, 스테인레스 강 호일의 두께는 0.025mm이다. 60 l 용량의 탱크에서 측정한 미립자 생성량은 파열 호일이 스테인레스 강일 때 상당히 감소됨이 입증되었다.

팽창기 점화를 비디오 찰영한 결과 스테인레스 강 파열 호일을 사용할 때 팽창기를 나오는 백열 입자가 상당히 감소되었음이 나타났다. 더욱더, 팽창기의 점화후 검사는 스테인레스 강 호일의 대부분이 하우징 내측에 남아있고, 다량의 슬래그 축적물이 피복되었음이 입증되었다. 이와는 대조적으로, 알루미늄 파열 호일은 하우징의 내측에 거의 없었다.

각 형태의 팽창기 3개를 60 l 용량의 탱크에서 미립자 총량을 측정하기 위해 발화시키고, 3개를 독성 및 공기중 미립자 분석을 위해 3m³탱크에서 발화시키고, 2개를 비디오 기록을 위해 개방된 공기중에서 발화시켰다. 그 결과를 하기 표 8 및 9에 나타낸다.

표 9에 나타낸 시험결과를 표 5에 나타낸 시험 결과와 비교하는 것은 적절하지 못할 것이다. 표 5에 나타낸 시험을 수용한 후이나, 표 9에 보고된 서험을 수행하기 전에, 3m³탱크 시험 장치에 대해 여러 가지 변화를 수행했다. 시험 장비의 부품을 바꾸는 것은 제어장치의 재배치, 몇가지 신규한 배관 부품의 설치 및 시험 장비의 일부 부품의 재배치와 같은 조항을 수반한다. 더욱더, 표 5 및 9에 보고한 시험에 사용된 에어백의 직물은 상이했다.

본 발명의 신규한 기체 발생제 조성물의 주요 잇점은 원치않는 기체를 감소된 양으로 생성시키고, 고형 연소 제품을 생성된 기체로부터 용이하게 여과시킨다는 것이다. 본 발명의 기체 발생제는 아지드 및/또는 비아지드 연료를 사용할 수 있으며, 연료로 아졸 또는 테트라졸을 사용하는 것이 바람직하다.

Claims (6)

1. (a) 아지드 화합물, 테트라졸 화합물, 트리아졸 화합물 및 그의 혼합물중에서 선택된 연료 15 내지 70 중량%; (b) 전이 금속 산화물; 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 질산염, 염소산염 및 과염소산염; 질산 암모늄; 및 그의 혼합물 중에서 선택된 산화제 20 내지 80 중량%; 및 (c) 운모 5 내지 25중량%를 포함하는 기체 발생 조성물.
2. 제1항에 있어서, 연료가 알칼리 금속 아지드, 알칼리 토금속 아지드, 아미노테트라졸 및 그의 금속염, 테트라졸 및 그의 금속염, 비테트라졸 및 그의 금속염, 트리아졸 및 그의 금속염, 질산염, 및 그의 혼합물중에서 선택되는 기체 발생 조성물.
3. 제1항에 있어서, 연료가 5-아미노테트라졸을 포함하고, 산화제가 질산 칼륨 및 질산 스트론듐을 포함하는 기체 발생 조성물.
4. 제3항에 있어서, 연료가 기체 발생 조성물의 30 내지 35 중량%이고, 질산 칼륨이 기체 발생 조성물의 5 내지 10중량%이고, 질산 스트론튬이 기체 발생 조성물의 40내지 50 중량%인 기체 발생 조성물.
5. 제1항에 있어서, 운모가 기체 발생 조성물의 10 내지 20 중량%인 기체 발생 조성물.
6. 제1항에 있어서, 운모가 기체 발생 조성물의 15 중량%인 기체 발생 조성물.

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