KR100500808B1 - 기체 발생기의 자동 점화 - Google Patents

Abstract

차량에 화재가 발생하면, 에어백 인플레이터는 극도의 고온에 노출되어, 인플레이터 하우징의 파열이 일어날 수 있다. 자동 점화 물질의 사용으로 기체 발생제의 연소를 원하는 안전한 온도에서 발생하게 함으로써 화재 동안에 하우징의 파열의 위험을 최소화할 것이다. 본 발명에 있어서, 자동 점화 물질은 니트로셀룰로스 물질과 불활성 가소제를 함유한다. 자동 점화 물질은 열적으로 안정하고 기체 인플레이터에 설치하기 전에 예비 조립이나 포장을 거칠 필요가 없다.

Description

기체 발생기의 자동 점화{AUTOIGNITION FOR GAS GENERATORS}

본 발명은 일반적으로 차량 에어백을 부풀리는 데 사용되는 기체 발생기, 및 특히, 기체 발생의 자동 점화 또는 점화 촉진 물질에 관한 것이다.

부풀릴 수 있는 탑승자 보호 시스템은 차량 탑승자와 차량 내부 사이에 쿠션이나 백을 빠르게 부풀림으로써 충돌시에 차량 탑승자를 보호하도록 개발되었다. 부푼 에어백은 차량 탑승자가 차량 내부의 딱딱한 표면보다는 오히려 부풀은 쿠션과 충돌하게 함으로써 충돌동안 차량 탑승자에게 가해지는 상해를 감소시킨다. 부풀릴 수 있는 쿠션 또는 에어백은 충돌 동안 차량 탑승자에게 가해진 힘을 다량 흡수하여 충돌 동안에 차량 탑승자에게 점차적이고 제어된 감속도를 제공한다.

에어백을 부풀리는 전형적인 방법은 연료와 산화제의 발열 반응에 의해 기체를 발생시키는 기체 발생기를 이용하는 것이다. 상당한 정도의 충돌 동안에 1개 이상의 충돌 감지 장치로부터 발생한 전기적 신호가 인플레이터(inflator) 점화기로 보내진다. 점화기가 개시되면 인플레이터에서 일련의 화학 반응이 시작되어, 에어백을 부풀리기 위한 기체가 빠르게 생성된다.

예를 들어 수송 동안 인플레이터가 화재에 말려들 경우 인플레이터는 비정상적으로 높은 온도에 노출될 수 있다. 차량의 화재 동안, 하우징(housing)의 강도와 구조적 보전성은 감소될 것이다. 온도가 상승할수록, 발열 물질의 연소 속도가 상승하여, 챔버 압력도 상승하게 된다. 더욱이, 승온에서, 기체 발생제(gas generant)는 용융하거나 분해하여 불안정한 상태가 될 수 있으며 이는 궤도 조절성을 상실시켜 과압력을 초래한다. 따라서, 만약 차량에 화재가 발생했다면, 기체 발생제 조성물의 점화는 과압력 및 궤도 조절성 상실을 초래할 수 있어, 인플레이터 하우징의 구조를 파손시킬 수 있다.

하우징 파손의 잠재적으로 위험한 상황을 해결하기 위해, 과압력으로 인한 인플레이터 하우징의 파손을 초래하는 온도보다 낮은 온도에서 자발적으로 연소하거나 점화하는 자동 점화 물질이 사용된다. 자동점화 물질이 자발적으로 점화하면, 생성된 열이 기체 발생제를 점화하거나 부스터(booster) 물질을 점화하고, 인플레이터는 정상적으로 작동한다. 따라서, 기체 발생 물질을 예측할 수 없는 방식으로 거동시키는 온도보다 낮은, 미리 선택된 온도에 도달될 때 기체 발생 물질은 점화된다.

종래 기술에서 이용할 수 있는 자동 점화 조성물의 수는 제한되고, 부분적으로 니트로셀룰로스 및 포타슘 클로레이트와 설탕의 혼합물을 포함한다. 무연 화약은 약 177℃에서 자동 점화하는 니트로셀룰로스계 물질이다. 자동 점화 물질용으로 화약을 사용하는 문제점은, 이 물질이 과립상이어서 인플레이터에 설치되기 전에 포장되어야 한다는 것이다. 니트로셀룰로스계 물질의 자동 점화 용기 내로의 포장은 추가적인 써브-공정 단계를 부가함으로써 제조 공정을 복잡하게 한다.

미국 특허 4,561,675호는 인플레이터에 인접한 용기에 위치한 자동 점화 물질을 기술하고 있다. 자동-점화 물질은 약 176℃에서 점화하는 무연 화약이다. 바람직한 구체예에서, 무연 라이플(rifle) 화약은 주로 니트로셀룰로스로 구성된 IMR 4895이다.

미국 특허 4,858,951호는, 미리 정해진 온도에서 자동 점화 물질이 자발적으로 점화하도록 부스터 물질과 물리적으로 혼합된 작은 그레인의 자동 점화 물질을 기술하고 있다. 이런 경우에는 부스터 물질이 점화되고 차례로 기체 발생제가 점화될 것이다. 바람직한 자동 점화 물질은 무연 화약이고, 부스터 물질은 보론 포타슘 니트레이트, 티타늄 하이드라이드, 및 포타슘 퍼클로레이트의 혼합물이다.

본 발명은 미리 선택된 온도에서 기체 발생제를 점화하는 자동 점화 물질에 관한 것이다. 자동 점화 물질은 70 중량% 내지 95 중량%의 니트로셀룰로스 및 5 중량% 내지 30 중량%의 불활성 가소제를 포함하며, 무연 화약은 아니다. 과량의 열에 인플레이터 하우징이 노출되면, 자동 점화 물질이 자발적으로 부스터 물질 또는 기체 발생제를 점화하고, 차례로 안전하게 인플레이터를 펼치게 한다.

본 발명의 장점은, 자동 점화 물질이 과립 물질 대신 단일체(monolith) 그레인이라는 것이다. 단일체 그레인의 자동 점화 물질을 사용하면, 자동 점화 물질의 써브조립(subassembly)이 불필요하기 때문에 제조 비용이 현저히 감소한다. 본 발명의 단일체 그레인은 포장될 필요가 없고 직접적으로 인플레이터 하우징에 설치될 수 있다.

도 1은 기체 발생 장치의 단면도이다.

수반된 도면을 참조하고 본원 명세서에 개시된 내용으로부터 본 발명의 추가의 특징을 본 기술 분야의 숙련가들은 분명히 알 수 있을 것이다.

예시적 피로테크닉(pyrotechnic) 인플레이터 (10)의 단면도가 도 1에 도시되어 있다. 1개 이상의 충돌 감지 장치(도시되어 있지 않다)로부터의 전기적 신호가 점화기, 또는 스퀴브(squib)(2)로 보내진다. 본원에서, "스퀴브"는 서로 절연되고 전선 또는 반도체 브리지(bridge)와 같은 브리지를 통해 연결된 두 개의 전극을 갖는 전기적 장치로 설명된다. 전형적으로, 브리지 전선은 부스터 조성물(3)을 점화하기 위해 활성화시에 충분한 에너지를 생산하도록 설계된 하나 이상의 피로테크닉 조성물의 층에 삽입된다. 다양한 전기적, 전자적, 기계적, 및 전기-기계적인 개시제가 본 기술 분야에 공지되어 있고 본 발명에 사용될 수 있다. 활성화되면, 점화제는 부스터 또는 촉진제를 점화시키고, 이는 차례로 기체 발생제를 점화시킨다. 기체 발생제 제제는 연료 및 산화제를 포함한다. 연료는 소듐 아지드, 테트라졸(즉, 아미노테트라졸), 바이테트라졸, 테트라졸의 미네랄 염, 1,2,4-트리아졸-5-온, 구아니딘 니트레이트, 니트로구아니딘, 아미노구아니딘 니트레이트 등을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 다수의 산화제가 본 발명에 이용될 수 있으며, 이것의 일부 보기로서 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 니트레이트, 클로레이트, 산화물, 과염소산염 및 암모늄 니트레이트를 들 수 있다.

기체 발생제의 화학 반응으로부터 생성된 기체는 편조된 와이어 필터(5)와 천공된 튜브(17)를 통과한 후 환상의 챔버(6)로 들어간다. 금속 하우징(8)의 구멍(7)은 스테인레스 스틸 파열박(9)으로 밀봉되어 있다. 인플레이터의 하우징은 강철, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸 등으로 만들어질 수 있다. 인플레이터 하우징은 보통 금속으로 만들어지나, 본 기술분야의 숙련가들은 플라스틱, 세라믹, 합성물 등과 같은 다른 물질이 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 인플레이터 내의 압력이 특정 준위를 통과하면 박(9)은 파열되고 기체는 인플레이터로부터 배출된다. 상기 기체는 에어백(도시되어 있지 않다)으로 가서, 에어백을 부풀린다. 그러나, 본원에 설명한 자동 점화 물질은 모든 적절한 인플레이터 하드웨어에 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

자동 점화 물질 (15)은 부스터 조성물 (3) 또는 어떤 경우에는 기체 발생제 (4)에 근접하여 배치된다. 자동 점화 물질은 미리 선택된 온도에서 자발적으로 연소하는 물질이고 따라서 부스터 조성물 또는 기체 발생제를 점화하여 승온에서 기체 발생제가 안전하게 기능하게 한다. 따라서, 기체 발생제는 2 개의 별도의 경로를 통해 점화될 수 있고, 상기 경로는 점화기 및 자동 점화 물질을 포함한다. 화재 동안 에어백을 펼지는 것의 장점은 기체 발생제의 연소를 조절하여 인플레이터를 안전하게 펼칠 수 있다는 것이다. 자동 점화 물질이 없는 경우, 기체 발생제는 위험하게 높은 온도에서 점화하여 인플레이터의 하우징을 파열시킬 수 있다. 자동 점화 보유기(16)는 금속 하우징(8)의 내부 벽에 자동 점화 물질(15)을 확실하게 유지시켜 적절한 열 전달이 이루어지게 함으로써 자동 점화 물질이 원하는 온도에서 점화하도록 한다.

본 발명의 자동 점화 물질은 운전자측 에어백 인플레이터, 승객측 에어백 인플레이터, 측면 충돌 인플레이터, 프리텐셔너(pretensioner) 및 다른 임의 기체 발생기에 사용될 수 있다. 게다가, 상기 자동 점화 물질은 혼성 인플레이터 뿐만 아니라 피로테크닉 인플레이터에서 부스터 조성물을 자발적으로 점화할 수 있다. 본 발명에 따른 자동 점화 조성물의 인플레이터는 수송이 안전하고 미국 교통부 수송 기준을 충족한다.

본 발명의 자동 점화 물질은 니트로셀룰로스 70 중량% 내지 95 중량% 및 불활성 가소제 5 중량% 내지 30 중량%를 포함한다. 불활성 가소제는 하기 화학물질중 하나 이상을 포함한다: 아세틸 트리에틸 시트레이트, 디옥틸 필랫 및 디부틸 필레이트. 작동 시에, 자동 점화 물질은 175 내지 195℃ 범위의 온도에서 자발적으로 점화 또는 연소할 것이다. 자동 점화 물질은 넓은 범위의 온도에 노출되더라도 열적으로 안정하다. 니트로셀룰로스는 만약 인플레이터 안에 수분이 있다면 자동 점화할 것이다.

본 발명의 자동 점화 물질은 안전한 단일체 물질이며 기체 인플레이터에 부가되기 전에 포장할 필요가 없다. 자동 점화 물질은 과립형 또는 분말이 아니다. 자동 점화 물질이 하나의 그레인이기 때문에, 자동 점화 물질은 원하는 크기와 모양으로 제조될 수 있고, 따라서 에어백 인플레이터에 설치되기 전에 써브-조립 단계나 특별한 취급을 필요로 하지 않는다. 본 발명에 있어서, 출발 물질은 엑스프로 케미컬 프로덕트 인코포레이티드(EXPRO Chemical Products Inc.)에서 구입되었다.

본 발명의 자동 점화 물질은 무연 화약과 다르다. 본 발명의 자동 점화 물질은 점감적인(degressive) 연소 특성을 가질 뿐만 아니라 무연 화약보다 낮은 에너지를 가진다. 단일의 기본 화약은 전형적으로 98% 이상의 니트로셀룰로스인 반면, 본 발명의 자동 점화 물질은 약 84%의 니트로셀룰로스로 구성되고 나머지는 비활성 물질이다. 단일의 기본 화약은 분말이나 과립 물질이고 에어백 인플레이터에 설치되기 전에 미리 포장될 것을 필요로 한다. 니트로셀룰로스에 불활성 가소제를 부가하는 경우 자동 점화 물질을 포장할 필요가 없다.

실시예 I

자동 점화 물질의 조성은 하기 표 1에 명시되어 있다.

종류	양 (중량)
니트로셀룰로스	83.85% ±1.0%
아세틸 트리에틸 시트레이트	15.0% ±0.5%
디페닐아민	1.0% ±0.2%
카본 블랙	0.15% (최대)
잔여 용매	2.7% (최대)
수분	1.5% (최대)

엑스프로 케미컬 프로덕트 인코포레이티드에서는 표 1의 모든 화학물질을 조합하여 자동 점화 펠렛을 제조한 후, 물질을 정원기둥 모양의 자동 점화 펠렛으로 압출시켰다. 상기 펠렛은 구멍이 없고 0.070g ±0.010g의 평균 중량을 갖는다. 자동 점화 펠렛은 엑스프로 케미칼 프로덕트 인코포레이티드에서 구입했다.

엑스프로의 자동 점화 펠렛은 단일체 그레인이기 때문에, 직접적으로 자동 점화 보유기에 설치했다. 그 후, 자동 점화 보유기를 완전히 조립된 피로테크닉 인플레이터의 바닥에 압축시켰다.

Claims (5)

1. 니트로셀룰로스 약 83.5중량% 및 불활성 가소제로서 아세틸 트리에틸 시트레이트 약 15중량%의 혼합물로 본질적으로 구성되고, 175 내지 195℃의 온도에서 자동 점화하며, 점감적인(degressive) 연소 특성을 갖고, 단일체(monolith) 그레인인, 인플레이터에서 기체 발생제를 점화하기 위한 자동 점화 조성물.
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