KR100511119B1

KR100511119B1 - 에어백용 가스발생제

Info

Publication number: KR100511119B1
Application number: KR1020040019182A
Authority: KR
Inventors: 야마토요; 히라타노리마사; 다카호리다케시; 요코야마다쿠시; 마츠다나오키
Original assignee: 다이셀 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-08-30
Also published as: TW520351B; EP0820971A2; DE69729750T2; CN100348557C; ES2171770T3; CN1173901C; MY137495A; DE69709583D1; EP0820971A3; US6454887B1; US6527886B1; MY130861A; EP0992473A2; EP0992473B1; DE69709583T2; CN1566040A; EP0992473A3; DE69729750D1; CN1171385A; ID17501A

Abstract

에어백용 가스발생제 성형체는 개구를 갖는 원통형상으로 가스발생제를 성형시켜 제조되는데, 여기서 70kgf/cm²의 압력하에서 상기 가스발생제의 선연소속도 r (mm/초)과 상기 성형체의 두께 W (mm) 사이의 관계가 0.005 ≤ W / (2·r) ≤ 0.3 으로 나타낸 범위내에 있고 선연소속도가 바람직하게는 1내지 12.5 mm/초의 범위내에 있다.

Description

에어백용 가스발생제{GAS GENERANT FOR AIR BAG}

본발명은 에어백 시스템을 팽창시키기 위한 가스성분을 형성하기 위해 연소시키는 가스발생제 성형체, 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본발명은 자동차 및 항공기에 장비되어 인체보호에 사용되는 에어백 시스템에서 작동가스를 생산하는 신규의 가스발생제 조성물에 관한 것이다.

에어백 시스템은 자동차와 같은 차량이 고속충돌할 때 탑승자가 관성에 의해 차량내부의 딱딱한 부분(예를들면 핸들 및 전방면 유리) 및/또는 격돌지점에 격렬하게 충돌하는 것을 방지하기 위해 가스에 의해 급격히 팽창되는 백으로 공지된다. 에어백 시스템에 사용된 가스발생제 필요조건은 매우 엄격한데, 즉 백팽창시간은 통상 40내지 50밀리초 정도로 매우 짧고 또 백중의 가스분위기는 인체에 무해해야 된다(예를들면, 차내의 공기조성에 밀접).

현재, 에어백 시스템에 사용된 통상의 가스발생제는 무기 아지드 화합물, 특히 아지드화나트륨을 포함한다. 아지드화나트륨은 가스발생에서 부산물로 생성되는 알칼리 성분이 독성을 나타내기 때문에 아지드화나트륨이 연소성면에서 우수하더라도 탑승자에 대한 안전면에서 상기한 필요조건을 만족시키지 않는다. 더욱이, 아지드화나트륨 자체도 독성을 나타내고 버려질 때 환경에 미치는 영향도 중요하다.

이들 결점을 해결하기 위해, 소위 비아지드계 가스발생제가 개발되어 아지드화나트륨 가스발생제 대신으로 치환되었다. 예를들면, 주요성분으로서 테트라졸, 트리아졸 또는 그것의 금속염 및 알칼리금속 니트레이트와 같은 산소함유 산화제 로 이루어지는 조성물이 JP-A-3-208878에 개시된다. 더욱이, 주요성분으로 수소를 함유하지 않는 비테트라졸 화합물의 금속염으로 이루어지는 가스발생제는 JP-B-64-6156 및 JP-B-64-6157에 개시된다.

더욱이 테트라졸 또는 트리아졸의 전이금속착체를 함유하는 가스발생제는 JP-B-6-57629에 나타낸다. 또한 트리아미노구아니딘 니트레이트 함유 가스발생제는 JP-A-5-254977에 나타내고; 카르보히드라지드함유 가스발생제는 JP-A-6-239683에 나타내고; 셀룰로스 아세테이트 및 니트로구아니딘을 포함하는 질소함유 비금속화합물 함유 가스발생제는 JP-A-7-61855에 나타낸다. 더욱이, 15내지 30%의 셀룰로스 결합체와 공존하는 에너지 물질로서 니트로구아니딘의 사용은 미국특허 제5,125,684호에 개시된다. 또, 테트라졸 및 트리아졸 유도체와 산화제 및 슬래그 형성제의 조합으로 이루어지는 가스발생제 조성물은 JP-A-4-265292에 개시된다.

그러나, 질소함유 유기화합물은 아지드화합물과 비교하여 화학적 당량에 대응하는 양(즉, 화합물 분자중에 함유된 탄소, 수소 및 다른 원소들을 연소시키는데 필요한 양)으로 산소발생에 충분한 산화제를 사용할 때 연소시 다량의 열을 통상 발생시키는 결함을 갖는다. 시스템 자체가 가스발생제 성능이외에 통상 운전시 불편하지 않는 정도의 크기를 갖는 것이 에어백 시스템에서 본질적이더라도 연소시 가스발생제의 많은 발열량이 가스발생제를 소망할 때 열을 제거하기 위한 임의적인 부분의 존재를 필요로 하여 가스발생기 자체를 소형화하는 것은 불가능하다. 또한 발열량은 산화제 종류를 선택함으로써 감소될수 있지만 선연소속도도 따라서 감소되어 가스발생제 성능의 감소를 초래한다.

상기한 바와같이, 질소함유 유기화합물로 이루어지는 가스발생제 조성물은 화학적 당량에 대응하는 양으로 산소를 발생시키는데 충분한 산화제가 사용될 때 무기아지드화합물을 사용하는 가스발생제 조성물과 비교하여 연소시 다량의 열을 통상 발생시키는 결함을 가졌다. 높은 연소온도의 결과로 선연소속도가 작아진다.

높은 연소온도로 인한 문제는 (i) 조성물중에 함유된 산화제 성분으로부터 발생된 알칼리성 미스트의 화학반응생성물, (ii) 많은 경우에서 스테인레스강제인 냉각제의 부식에 의해 냉각부에서 새롭게 발생되는 고온열입자로 함께 제공되어 인플레이터 밖으로 방출시킴으로써 백이 손상되는 것이다. 그러나, 또한 미스트와 열입자가 냉각부에 이르기전에 연소실에서 슬래그를 형성시킨다면 산화제 성분으로부터 발생된 알칼리성 미스트 및 연소실에서 새롭게 발생되는 고온열입자가 인플레이터내에 존재되는 것을 방지할수 없다. 이런 방법으로 소량의 냉각제를 사용하는 인플레이터 시스템은 고온일 때 발생된 가스도 작은 열용량을 갖기 때문에 백에 치명적 손상을 입히지 않고 실현될수 있었다. 그런 달성으로 소형크기를 갖는 인플레이터를 실현시키는 것이 가능하였다.

테트라졸 유도체를 포함하는 다양한 질소함유 유기화합물을 사용하는 비아지드계 가스발생제 조성물이 미리 검토되었다. 조성물의 선 연소속도는 함께 조합된 산화제의 종류에 의존하여 다양해지지만 대부분의 모든 조성물은 30mm/초 미만의 선 연소속도를 갖는다.

선연소속도는 필요한 성능을 만족시키는 가스발생제 조성물의 실제형상에 영향을 준다. 가스발생제 조성물중의 한 형상에서 가스발생제 조성물의 연소시간은 두꺼운 부분의 두께중 최소두께 및 가스발생제 조성물의 선연소속도에 의존하여 측정된다. 인플레이터 시스템에 필요한 백팽창시간은 약 40내지 60밀리초이다.

이 시간내에 완전히 연소시키기 위해 펠렛형상과 디스크 형상의 가스발생제 조성물이 많은 경우에 사용된다. 그러나, 100밀리초의 시간은, 예를들면 선연소속도가 2mm 의 두께에서 20mm/초 일 때 필요하고 따라서 차량 에어백용에 필요한 인플레이터 성능을 만족시킬수 없다.

따라서, 약 20mm/초의 선연소속도를 갖는 가스발생제 조성물에서, 두께가 약 1mm 가 아니면 성능을 만족시킬수 없다. 따라서, 선연소속도가 약 10mm/초 미만인 경우에서 두꺼운 부분의 두께가 훨씬 얇은 것이 본질적 조건이다.

선연소속도를 증가시키기 위해 함께 질산나트륨 및 과염소산칼륨과 같은 산화제를 조합하는 방법이 공지되었지만, 질산나트륨에서 산화나트륨 또는 과염소산 칼륨에서 염화칼륨이 액체 또는 고체 미세분의 형태로 인플레이터밖으로 방출되고, 슬래그 형성제가 존재하지 않는 경우에 종래의 필터에 의해 허용가능한 레벨로 방출될 양을 감소시키는 것이 매우 어렵다.

선연소속도가 약 10mm/초 미만일 때 많은 경우에 사용된 펠렛형상이나 디스크 형상에서 두꺼운 부분의 두께를 이루기 위해 약 0.5mm 미만의 두께가 본질적이다. 그러나, 가스발생제 조성물이 펠렛형상이나 디스크형상일 때 장기간에 걸쳐 자동차의 진동을 견디고 공업적으로 안정할 정도의 두께를 갖는 가스발생제 조성물을 제조하는 것이 실제적으로 거의 불가능하다.

(발명의 개요)

상기 문제점을 해결하기 위해 본발명자들에 의해 예의 검토를 거듭한 결과는 특정의 배치로 성형함으로써 특정시간내에 연소시킬 수 있는 작은 선연소속도를 갖는 신규의 가스발생제 조성물의 발견이 이루어졌고, 그것의 성능은 에어백용 가스발생제로서 충분히 사용가능하다. 이 발견에 기초하여 본발명이 완결되었다.

즉, 한 실시예에서 본발명은 원통 형상내부에 관통하는 개구를 갖는 원통형상으로 가스발생제 조성물을 성형함으로써 제조되는 에어백용 가스발생제 성형체를 제공하는데, 여기서 70kgf/cm² 의 압력하에서 상기 가스발생물질의 선연소속도 r (mm/초)과 두께 W(mm) 사이의 관계가 0.05 ≤ W/(2·r) ≤ 0.3, 바람직하게는 0.005 ≤ W/(2·r) ≤ 0.1 로 나타낸 범위내에 있고, 70kgf/cm² 의 압력하에서 바람직하게는 1내지 12.5mm/초, 보다 바람직하게는 5내지 12.5 mm/초의 범위내에 선연소속도를 갖는 가스발생제 조성물을 성형시킴으로써 제조되는 에어백용 가스발생제 성형체를 제공한다. 본발명에서 선연소속도를 기술하는 경우에 이것은 70kgf/cm² 의 압력하에서의 속도를 의미한다.

다른 실시예에서, 본발명은 신규의 에어백용 가스발생제를 제공하는데 이 조성물은 질소함유 유기화합물, 산화제, 임의의 슬래그형성제, 및 결합제로 이루어진다. 제공된 조성물은 본발명에 따른 에어백용 가스발생제 성형체를 제조하는데 유리하게 사용될수 있다.

(상세한 설명)

본발명에 사용된 가스발생제 조성물은 결합제와 필요하다면 슬래그 형성제를 질소함유 유기화합물과 산화제에 가함으로써 제조된다. 열발생을 억제하기 위해, 1내지 12.5mm/초의 범위내에 있는 선연소속도를 갖는 가스발생제가 바람직하게 사용된다.

본발명은 약 10mm/초 미만의 선연소속도를 갖는 가스발생제 조성물을 차량 에어백의 제조에 적용하는 것이 가능하고 또 형성된 결과 가스의 질을 포함하는 보다 소형화된 인플레이터 시스템을 실제로 사용하는 것이 가능해졌다.

본발명에 사용할수 있는 질소함유화합물은 트리아졸 유도체, 테트라졸 유도체, 구아니딘 유도체, 아조디카본아미드 유도체 및 히드라진 유도체로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1원(員)이거나 또는 1원 이상의 혼합물이다.

구체적인 예로는 예를들면 5-옥소-1,2,4-트리아졸, 테트라졸, 5-아미노테트라졸, 5,5＇-비-1H-테트라졸, 구아니딘, 니트로구아니딘, 시아노구아니딘, 트리아미노구아니딘 니트레이트, 구아니딘 니트레이트, 구아니딘 카보네이트, 비우레트, 아조디카본아미드, 카보히드라지드, 카보히드라지드 니트레이트 착체, 디히드라지드 옥살레이트, 및 히드라진 니트레이트 착체를 포함한다.

니트로구아니딘과 시아노구아니딘이 바람직하고, 니트로구아니딘이 분자중에서 탄소원자수가 작은 점에서 가장 바람직한 화합물이다. 니트로구아니딘은 저비중의 침상결정형 니트로구아니딘과 고비중의 괴상결정 크기의 니트로구아니딘을 포함하고 이것들중 하나를 본발명에서 사용할수 있다. 그러나 고비중의 니트로구아니딘의 사용이 소량의 물존재에서 제조될 때 안전성 및 취급용이성면에서 보다 바람직하다.

화합물의 농도는 분자중 산화될 탄소원소, 수소원소 및 다른 원소의 양에 의존하여 다양해지지만 통상 25내지 60중량%, 바람직하게는 30내지 40중량% 의 범위에서 사용된다. 절대수치가 사용된 산화제의 종류에 의존하여 다양해지지만, 완전 산화의 이론적 양보다 많으면 발생된 가스에 미량으로 함유된 CO 농도가 증가된다. 그러나, 완전산화의 이론적 양과 동일하거나 또는 미만으로 사용되면 발생된 가스에 미량으로 함유된 NO_x 의 농도가 증가된다. 두가지 가스가 최적의 균형으로 유지되는 범위가 가장 바람직하다.

또한 디시안디아미드가 질소함유제로 바람직하게 사용될수 있다. 디시안아미드를 사용하는 경우에, 그 양은 바람직하게 8내지 20중량의 범위에 있다.

다양한 산화제가 사용될수 있지만 알칼리금속류 또는 알칼리토금속류중에서 선택된 양이온을 함유하는 니트레이트의 적어도 1원중에서 선택된 산화제가 바람직하게 사용된다. 그 양에 대해서는 절대수치량이 사용될 가스발생제 화합물의 종류와 양에 의존하여 다양해지지만, 산화제는 통상 40내지 65중량%의 범위내로, 제공되고, 보다 구체적으로 45내지 60중량%의 범위가 상기한 CO 및 NO_x 농도에 대해 바람직하다.

상기한 것 외에 많은 경우에서 에어백 인플레이터 분야에서 사용된 아질산염 및 과염소산염과 같은 산화제도 사용될수 있다. 그러나, 예를들면 질산염과 비교하여 아질산염 분자중에 함유된 산소수 감소, 또는 백밖으로 방출되기 쉬운 미분 미스트의 형성감소의 관점에서 질산염이 바람직하다.

슬래그 형성제의 기능은 가스발생제 조성물중에 특히 함유된 산화제 성분의 분해로 형성된 알칼리금속 또는 알칼리토금속 산화물을 미스트로서 인플레이터밖으로 방출되는 것을 방지하기 위해 액상에서 고체상으로 전환시킴으로써 연소실내로 잔류시키는 것이고, 슬래그 형성제는 사용된 상이한 금속성분에 의존하여 선택되고 최적화될수 있다.

예를들면 주요성분으로서 알루미노실리케이트로 이루어지는 천연산점토(즉, 벤토나이트 및 카올린), 인공점토(즉, 합성마이카, 합성카올리나이트 및 합성스펙타이트), 활석(마그네슘 실리케이트 수화물 광물계중 1원) 및 실리카중 적어도 1원에서 선택된 슬래그 형성제가 사용될수 있다. 산성백토가 바람직한 슬래그 형성제로서 사용될수 있다.

예를들면 질산칼슘에서 발생된 산화칼슘의 3성분 시스템중의 산화혼합물, 및 점토중의 주요성분인 산화알루미늄과 산화규소의 점도 및 융점에 대해서, 점도는 조성비에 의존하여 1350℃ 내지 1550℃의 범위에서 3.1 포이즈 내지 약 1000 포이즈로 변화되고, 융점은 조성에 의존하여 1350℃내지 1450℃로 각각 변화한다. 슬래그 형성능은 이들 성질을 사용함으로써 가스발생제의 혼합 조성비에 따라 나타날 수 있다.

사용될 슬래그 형성제의 양이 1내지 20중량%의 범위에 있을 수 있지만, 3내지 7중량%의 범위가 바람직하다. 너무 많으면 선연소속도와 가스발생효율의 감소가 일어나고, 너무 적으면 슬래그 형성능이 충분히 나타날 수 없다.

결합제는 가스발생제 조성물의 필요한 성형체를 얻기위한 필수성분이고 많은 화합물이 물 및 용매의 존재에서 점성을 갖는한 사용될수 있으며 많은 정도로 조성물의 연소 메카니즘에 역효과를 나타내지 않는다. 카르복시메틸 셀룰로스의 금속염, 히드록시에틸셀룰로스, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트 부티레이트, 니트로 셀룰로스 및 전분같은 다당류 유도체가 유용하게 사용되지만, 수용성 결합제가 제조시 안전성 및 취급시 용이성면에서 바람직하다. 카르복시메틸 셀룰로스의 금속염, 특히 그것의 나트륨염이 가장 바람직한 예로 사용될수 있다.

사용될 결합제의 양은 3내지 12중량%의 범위내에 있고 4 내지 12중량% 의 범위가 더 바람직하다. 성형체의 파괴강도는 범위의 상단에서 더 강해지지만, 양이 많아질수록 조성물중의 탄소원소와 수소원소의 양이 많아지고 탄소원소의 불완전한 연소로 형성된 CO 가스의 미량 농도가 커지고 이로써 에어백내에서 발생된 가스의 질이 저하되기 때문에 그런 많은 양은 바람직하지 않다. 보다 구체적으로 결합제가 에어백내에서 12중량%를 초과하는 양으로 제공되면 산화제의 상대적 존재의 증가가 요구되어 가스발생제화합물의 상대적 비가 저하되므로 실제로 사용할수 있는 인플레이터 시스템을 완성하기가 불가능하다.

더욱이 부차적인 효과로서 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염은 하기하는 바와같이 물을 사용하는 성형체 제조시 질산염으로 금속교환 반응에 의해 형성된 질산나트륨의 분자수 미크로 혼합상태의 존재에 의해 산화제인 질산염, 구체적으로 높은 분해온도를 갖는 질산스트론튬의 분해온도를 저온쪽으로 이동시켜 연소성을 향상시키는 효과를 갖는다.

따라서 본발명의 실시에서 사용될 바람직한 가스발생제는 조성물은 다음으로 이루어지는 가스발생제 조성물이다.

(a) 약 25 내지 60중량%, 바람직하게는 30 내지 40중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40 내지 65중량%, 바람직하게는 45 내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1 내지 20중량%, 바람직하게는 3 내지 7중량%의 슬래그형성제, 및

(d) 약 3 내지 12중량%, 바람직하게는 4 내지 12중량%의 결합제.

특히 바람직한 조성물은 다음으로 이루어지는 가스발생제 조성물이다:

(a) 약 30 내지 40중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40 내지 65중량%의 질산스트론튬,

(c) 약 3 내지 7중량%의 산성백토, 및

(d) 약 4 내지 12중량%의 카르복시 메틸셀룰로스의 나트륨염.

본발명에 따르면, 에어백용 가스발생제 성형체는 개구를 갖는 원통형상으로 1내지 12.5 mm/초의 선연소속도를 갖는 조성물을 성형시킴으로써 제조되고 조성물은 다음으로 이루어진다:

(a) 약 25 내지 60중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40 내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1 내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3 내지 12중량%의 결합제.

가스발생제중에 사용될 질소함유제의 양은 질소함유제를 포함하는 원소수, 분자량 및 산화제와 다른 첨가제와의 조합에 의존하여 다양해진다. 산화제 및 다른 첨가제와의 조합으로 생긴 산소균형은 0에 근접하는 것이 바람직하다. 그러나, 최적의 조성물 성형체는 상기한 바와같은 미량으로 존재하는 발생 CO 및 NO_x 의 농도에 의존하여 산소균형이 양 또는 음쪽으로 제어됨으로써 얻어질수 있다.

에어백용 가스발생제의 분야에서 공지된 산화제는 본발명의 산화제로서 사용될수 있지만 기본적으로 고융점을 갖는 물질을 형성시키는 성질이 있는 산화제 사용이 바람직한데, 이것은 냉각제 및 필터제에 사용된 열적부하가 액체상태 또는 가스상태에서 잔류성분에 의해 저하되기 때문이다.

예를들면 질산칼륨이 가스발생에 통상 사용될 산화제이지만, 이것은 연소시 주요잔류성분이 산화칼륨 또는 탄산칼륨이고 산화칼륨은 약 350℃에서 과산화칼륨과 금속칼륨으로 분해되고 또 과산화칼륨은 763℃ 의 융점을 가져 가스발생기의 작동상태에서 액체 또는 가스상태로 되기 때문에 상기한 냉각제와 필터제에 사용된 열적부하의 생각이 바람직하지 않다.

질산 스트론튬이 본발명에서 바람직하게 사용될 구체적인 산화제로서 언급될수 있다. 연소시 질산스트론튬의 주요 잔류성분은 2430℃의 융점을 갖는 산화스트론튬이고 가스발생기의 작동상태에서도 대부분 고체상태이다.

본발명에서 사용될 산화제 양은 질소함유 유기화합물을 완전히 연소시키는데 충분한 산화제양이 되는한 특별히 제한되지 않고 선연소속도와 발열량을 제어하기 위해 적당히 변화시킬수 있다. 그러나, 질산 스트론튬이 디시안디아미드대신 산화제로 사용되는 경우에 바람직하게 11.5 내지 55중량% 의 양으로 제공된다.

본발명에서 바람직한 가스발생제 조성물중 하나는 8내지 20중량%의 디시안디아미드, 11.5내지 55중량%의 질산스트론튬, 24.5 내지 80중량%의 산화구리, 및 0.5내지 8중량% 의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 것을 포함하며, 또한 본발명은 8내지 20중량%의 디시안디아미드, 11.5내지 55중량%의 질산스트론튬, 24.5 내지 80중량%의 산화구리, 및 0.5내지 8중량% 의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염으로 가스발생제 조성물을 제공한다.

일반적으로, 본문에서 공지된 방법, 예를들면 정제성형, 압출성형등이 결합제를 사용하며 소정의 두께를 갖는 폭발조성물을 성형시키기 위해 사용될수 있다. 그러나 조성물이 본발명에서와 같이 에어백용 가스발생제로 사용되는 경우에는 선연소속도면에서 비교적 얇은 두께를 갖는 성형체를 형성시키는 것이 바람직하고, 필요한 강도를 얻기 위해서, 성형체가 내부에 관통하는 개구를 갖는 원통형상으로 성형되고, 이 성형은 압출 및 성형방법을 사용함으로써 실행되는 것이 바람직하다.

본발명에서, 상기한 가스발생제 조성물을 건조 혼합시킨 후에 물을 가하고, 혼합물이 충분히 균일해질때까지 슬러리 혼합을 시행하고 다이가 장착된 압출성형기로 성형시키고 적당한 길이로 압축물을 자르고 건조시킴으로써 에어백 시스템에 충분히 적용될수 있는 성능을 가진 가스발생제 성형체를 얻는다.

가스발생제는 압출성형후에 적당한 길이로 자름으로써 도 1에 나타낸 바와같은 개구를 갖는 원통형상으로 진행될수 있다. 더욱이, 압출성형방법에서 다이를 사용하여 고정 레벨로 외직경을 유지하고 내직경을 변화시킴으로써 두께를 제어하는 것이 가능하다.

그런 형상의 사용으로 열발생을 억제시키고 실린더의 외부 및 내부로부터 연소시키는 것이 가능해지고, 따라서 에어백에 사용하는데 충분한 우수한 선연소속도가 얻어질수 있다. 개구를 갖는 원통형 성형체의 외직경(R), 내직경(d), 및 길이(L)가 가스발생기에 적용될수 있는 범위에서 적당하게 고정될 수 있지만 외직경이 6mm 미만이고 길이(L)대 두께 W = (R-d)/2의 비 (L/W)가 실용성 및 연소속도를 고려하여 바람직하게 1이상인 것이 바람직하다. 본발명의 성형체는 선연소속도가 작을 때 조차도 필요한 연소시간내에서 연소될수 있고 열을 제거하기 위한 임의적 부분이 함께 슬래그 형성제를 사용함으로써 불필요하게 되어 가스발생기 자체를 소형화하는 것이 가능해진다.

다음에 본발명에서 사용될 성형체를 얻기위한 제조방법에서 실시될 바람직한 실시예를 설명할 것이다.

먼저, 조성물 덩어리를 원료의 입자경 및 부피밀도에 의존하는 요구된 최종 가스발생제 조성물의 양에 기초하여 10내지 30중량% 의 물을 사용하는 혼련조작에 의해 제조한다. 혼합순서는 특별히 제한되지 않고 제조시 안전성이 최상으로 유지되는 순서를 사용할 수 있다. 다음에 과잉량의 물을 제거한 후에 필요하다면 조성물 덩어리를 고정된 형상을 가진 다이를 통하여 압출시켜 개구를 갖는 원통형상을 얻고, 몇몇 경우에서 통상 40내지 80 kg/cm², 130내지 140kg/cm² 의 압력 조건하에서 원통형 유상체를 형성시킨다. 더욱이, 유상체표면이 건조되기 전에 커터로 필요한 길이로 자른 다음에 건조시켜, 이로써 원하는 성형체가 개구를 갖는 것이 얻어질수 있다. 가스발생제의 선연소속도는 질소로 치환시켜 1리터의 부피를 갖는 용기에서 70 kgf/cm² 의 압력하에서 연소시키고 압력센서로 기록된 용기에서 압력변화를 분석함으로써 추정된다.

성형체의 형상이 약 10mm/초 미만의 선연소속도를 갖는 조성물에서 최종 조성물의 선연소속도에 의해 측정되지만 외직경이 1.5내지 3mm 이고 길이가 0.5내지 5mm 인 개구를 갖는 원통형 성형체를 형성시키는 것이 바람직하다. 특히 35중량%의 니트로구아니딘, 50중량%의 질산스트론튬, 5중량%의 산성백토, 및 10중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 조성물에서,성형체의 외직경이 2.2내지 2.75mm 이고, 내직경은 0.56내지 0.80 mm, 길이는 2.5내지 3.2mm인 관통공을 갖는 원통형 성형체를 형성하는 것이 바람직하다.

더욱이, 본발명은 가스발생제 조성물을 혼련조작시키고 물이나 용매를 가한 다음에 조성물 덩어리를 형성시키고, 개구를 갖는 원통형상을 형성시키기 위해 압력조건에서 다이를 통하여 조성물 덩어리를 압출시켜 잘라내고 건조시킴으로써 제조된 에어백용 가스발생제 성형체를 사용하는 인플레이터 시스템을 제공한다; 여기서 가스발생제 조성물은 다음으로 이루어진다:

(a) 약 25 내지 60중량%의 질소함유 유기화합물,

(b) 약 40 내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1 내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3 내지 12중량%의 결합제.

본발명에 따른 가스발생제 조성물이 인플레이터 시스템으로 사용될 때, 특별한 제한을 두지 않는다. 그러나, 가스발생제 조성물의 특성이 효과적으로 나타나는 인플레이터 구조와의 조합이 가장 적당하다.

따라서, 본발명에 따라 작은 선연소속도를 갖는 가스발생제를 사용함으로써 저발열량 및 고 연소성능을 갖는 가스발생제 성형체를 제조하는 것이 가능해진다. 이것은 그런 조성물이 만족스런 성능을 제공할수 없었기 때문에 안전성의 관점에서 주의를 환기시켰다고해도 중요하다.

따라서, 질소함유 유기화합물과 산화제를 함유하는 신규의 에어백용 가스발생제 및 이것을 사용하는 성형체가 본발명에 의해 제공된다. 또한, 에어백 시스템에 사용하기 위한 가스발생제를 소형화하는 방법이 본발명에 의해 완성되었다.

실시예

이제 본발명을 실시예 및 비교예와 관련하여 상세하게 설명할 것이다. 그러나, 본발명은 이들 실시예로 제한되지 않는다.

실시예1

35부 (이하, 부는 중량부를 나타냄)의 고비중 니트로구아니딘(이하, NQ 로 약기함)에 조성물의 총량에 기초한 15부에 대응하는 물을 가하고 혼합하고 혼련시킨다.

각각 50부의 질산스트론튬, 5부의 산성백토, 및 10부의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염을 건조상태에서 혼합하고 상기한 습식 혼합분에 가한 다음에 더 혼련시킨다. 다음에, 혼련혼합물을 80kg/cm² 의 압력조건하에서 2.5mm의 외직경과 0.80mm 의 내직경을 갖는 다이를 통하여 압출시켜, 이로써 관통공을 갖는 원통형 유상체가 제조된다. 더욱이, 이 유상체를 커터로 2.12mm 의 길이로 잘라낸 다음에 수분을 충분히 건조시켜 가스발생제 성형체를 얻는다.

이 38g의 가스발생제 성형체를 사용하여 얻은 실온에서 60리터 탱크시험의 결과를 이하에 나타낸다. 본 가스발생제 조성물의 선연소속도는 8.1mm/초 이었다.

탱크의 최대압력은 1.83 kg/cm² 이고 최대압력도달시간은 55밀리초이었다.

한편, 탱크에서의 미스트 양은 700mg 미만이고 탱크의 내부는 매우 깨끗하였으며 미량으로 존재하는 CO와 NO_x 같은 가스농도는 일반적으로 차제조자에 의해 요구된 값내에 있었다.

실시예 2내지 5 및 비교예 1내지 3

가스발생제 성형체를 실시예1과 동일한 방법으로 제조하는데, 단 각 성분의 중량부 또는 성형체의 형상을 표1에 나타낸 바와같이 변경시킨것만 제외한다.

	질소함유 유기화합물	질산스트론튬	슬래그형성제	결합제	외직경 × 내직경 × 길이
실시예2	NQ 28	55	산성백토 7	CMC 10	2.5 x 0.8 x 2.14
실시예3	NQ 31	56	산성백토 3	CMC 10	2.5 x 0.8 x 2.14
실시예4	NQ 29	54	산성백토 7	CMC 10	2.2 x 0.56 x 3.0
실시예5	NQ 35	50	실리카 5	CMC 10	2.5 x 0.8 x 0.22
비교예1	NQ 38	52	없 음	CMC 10	2.5 x 0.8 x 2.14
비교예2	NQ 52	46	없 음	전분 2	5.0 x - x 1.39
비교예3	NQ 32	58	없 음	CMC 10	5.0 x - x 1.27

실시예 1내지 5 및 비교예 1내지 3의 각각의 가스발생제 조성물의 선연소속도 및 일정한 가스발생량을 발생시키는데 필요한 조성물의 양을 사용할 때 얻어진 총발열량을 표 2 에 나타낸다.

	선연소속도 (mm/초)	총 발열량(kcal)
실시예1	8.1	28.2
실시예2	10.0	33.3
실시예3	9.4	31.9
실시예4	9.3	30.2
실시예5	10.5	29.4
비교예1	7.3	31.1
비교예2	7.8	27.8
비교예3	8.5	31.1

탱크시험의 결과는 표 3에 나타낸다.

조성물	조성물의 양	탱크최대압력	최대압력 도달시간	미스트양	CO 및 NO_x 의 가스농도
실시예2	44.6	1.95	58	실시예1과 동일	NO_x 는 실시예1 보다 높지만, 허용가능한 범위내에 있음
실시예3	43.0	3.05	48	실시예1과 동일	CO 및 NO_x 레벨이 최저임
실시예4	40.6	1.44	62	실시예1과 동일	NO_x 가 실시예2 보다 훨씬 높음
실시예5	38.0	1.92	52	실시예1과 동일	실시예1과 동일
비교예1	41.8	2.24	38	미스트가 많고 탱크내부가 더러움	CO 레벨이 높음
비교예2	37.4	0.52	50		연소되기에 충분치 않음
비교예3	41.9	인플레이터 용기 파괴됨

실시예 6

12부의 디시안디아미드, 53부의 질산스트론튬, 30부의 산화구리 및 5부의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염의 각각의 분말을 건조상태에서 잘 혼합하고 12.5부의 물을 더 가하여 슬러리 혼합을 충분히 균일해질때까지 실행시켰다. 슬러리 혼합후에 외직경이 1.6mm 이고 내직경이 0.56mm 인 다이를 장착한 압출성형기를 사용하여 0.2cm/분의 압출속도 및 60내지 70kgf/cm² 의 성형압력에서 압출성형을 실행한 다음에 약 5mm 의 길이로 잘랐다. 자른후에 15시간 이상동안 50℃에서 건조시켜 가스발생제 조성물(선연소속도 7.4mm/초, 총발열량 22.2kcal)을 얻었다. 가스발생제 조성물을 80% 이상의 중량수율로 얻었다. 54g의 이 가스발생제 조성물을 사용함으로써 상기한 탱크시험(JP-B-52-3620 및 JP-B-64-6156에 기술된 방법)을 실행하였다. 1.22 kg/cm²의 탱크압력 및 50밀리초의 최대압력도달시간이 얻어졌고 금속제 열제거제 및 필터를 손상시키지 않고 실제 사용할수 있는 요구된 범위내에 있는 값을 나타내었다.

실시예7

가스발생제 조성물(선연소속도 7.6mm/초, 총발열량 22.1kcal)을 실시예6과 동일한 방법으로 제조하고 탱크시험을 실시예6과 동일한 방법으로 실행하는데, 단, 첨가량을 10부의 디시안디아미드, 35부의 질산스트론튬, 50부의 산화구리 및 5부의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염으로 변경하고 조성물의 중량이 65g 인 것만 제외한다. 1.31kg/cm² 의 탱크압력 및 55밀리초의 최대압력 도달시간이 얻어졌고, 금속제 열제거제 및 필터를 손상시키지 않고 실제 사용할수 있는 요구된 범위내에 있는 값을 나타내었다.

실시예8

가스발생제 조성물을 첨가량이 13부의 디시안디아미드, 32부의 질산스트론튬, 50부의 산화구리 및 5부의 카르복시메틸셀룰로스의 나트륨염으로 변경된 것만 제외하고 실시예6과 동일한 방법으로 제조하고 조성물을 1.15mm 의 외직경, 0.34mm의 내직경 및 0.52mm 의 길이를 갖도록 성형하였다(선연소속도 6.1mm/초, 총발열량 22.2kcal). 67g 의 이 성형체를 사용하여 탱크시험을 실시예6과 동일한 방법으로 실행시켰다. 1.67kg/cm² 의 탱크압력 및 47밀리초의 최대압력 도달시간이 얻어졌고 성능-조정가능한 범위가 넓은 결과를 금속제열 제거제 및 필터를 손상시키지 않고 얻었다.

비교예4

슬러리 혼합을 실시예6과 동일한 조성물로 실행시키고, 슬러리 혼합후 종래의 스트로크 성형기로 5mm 의 직경 및 1mm 의 두께를 갖는 박편 펠렛으로 성형하였다. 그러나, 박편 펠렛의 중량 수율은 공급된 중량에 기초하여 20% 미만이고 펠렛은 실제강도를 나타내지 않았다.

비교예5

23부의 디시안디아미드, 57부의 질산스트론튬 및 20부의 산화구리의 각각의 분말에 10부의 물을 가한 다음에 혼합물이 충분히 균일해질 때까지 혼합하였다. 습도를 조건화한 후에 종래의 스트로크 성형기로 5mm 의 직경과 2mm의 두께를 갖는 박편펠렛(선연소속도 24.0mm/초, 총발열량 28.6kcal)으로 성형시켰다. 탱크시험을 50g의 조성물을 사용하여 실시예5와 동일한 방법으로 실행시켰다. 그러나, 필터가 매우 손상되었고 요구된 탱크압력이 얻어지지 않았다.

비교예6

조성물을 디시안디아미드가 19부, 질산 스트론튬이 31부 및 산화구리가 50부인 것만 제외하고 비교예2와 동일한 방법으로 펠렛(선연소속도 9.1mm/초, 총발열량 25.3kcal)으로 성형시키고 탱크시험을 60g의 성형체를 사용하여 실시예6과 동일한 방법으로 시행하였다. 연소 완료시간은 100밀리초 이상이었고, 따라서 실제성능에 대한 필요조건이 만족될수 없었다.

실시에 6내지 8의 각각의 가스발생제 조성물의 선연소속도, 일정한 가스발생량을 발생하는데 필요한 조성물의 양을 사용할 때 얻어진 총 발열량을 표 4에 나타낸다.

	가스발생제 조성물(물질명/중량%)			선연소속도 (mm/초)	총발열량 (kcal)	필요한조성물 양 (g)
	질소함유유기 화합물	산화제	결합제	선연소속도 (mm/초)	총발열량 (kcal)	필요한조성물 양 (g)
실시예6	DCDA/10	Sr(NO₃)₂/45 CuO/40	CMC/5	6.2	20.5	64.0
실시예7	DCDA/17	Sr(NO₃)₂/48 CuO/30	CMC/5	7.2	23.8	72.2
실시예8	DCDA/13	Sr(NO₃)₂/35 CuO/50	CMC/2	8.3	21.5	65.9

본발명에 따라 작은 선연소속도를 갖는 가스발생제를 사용함으로써 저발열량 및 고 연소성능을 갖는 가스발생제 성형체를 제조하는 것이 가능해진다. 본발명은 약 10mm/초 미만의 선연소속도를 갖는 가스발생제 조성물을 차량 에어백의 제조에 적용하는 것이 가능하고 또 형성된 결과 가스의 질을 포함하는 보다 소형화된 인플레이터 시스템을 실제로 사용하는 것이 가능해졌다.

도 1은 본발명에 따른 에어백용 가스발생제 성형체의 외관을 나타내는데, 여기서 L은 길이; R은 외직경; 및 d는 내직경을 나타낸다.

Claims

가스발생제 조성물을 혼련조작시키고 물이나 용매를 가한후에 조성물 덩어리를 형성시키는 단계;

개구함유 원통형상을 형성시키기 위해 압력조건하에서 다이를 통하여 조성물 덩어리를 압출시키는 단계; 및

결과의 원통형상을 잘라내고 건조시키는 단계로 이루어지는 에어백용 가스발생제 성형체의 제조방법에 있어서, 상기 가스발생제 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 질소함유 유기화합물,

(b) 약 40내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 결합제로 이루어지며,

여기서, 산화제는 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군에서 선택된 양이온을 함유하는 질산염으로 이루어지고;

슬래그 형성제는 천연산 점토 알루미노실리케이트, 인공점토, 또는 활석으로 이루어지고;

결합제는 카르복시메틸 셀룰로스의 금속염, 히드록시에틸셀룰로스, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트부티레이트, 니트로셀룰로스 및 전분으로 구성되는 군에서 선택된 다당류 유도체인 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체의 제조방법.
가스발생제 조성물을 혼련조작시키고 물을 가한후에 조성물 덩어리를 형성시키는 단계,

개구함유 원통형상을 형성시키기 위해 압력조건하에서 다이를 통하여 조성물 덩어리를 압출시키는 단계, 및

결과의 원통형상을 잘라내고 건조시키는 단계로 이루어지는 에어백용 가스발생제 성형체의 제조방법에 있어서, 상기 가스발생제 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 질소함유 유기화합물,

(b) 약 40내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 수용성 결합제로 이루어지며,

여기서, 산화제는 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군에서 선택된 양이온을 함유하는 질산염으로 이루어지고;

슬래그 형성제는 천연산 점토 알루미노실리케이트, 인공점토, 또는 활석으로 이루어지고;

결합제는 카르복시메틸 셀룰로스의 금속염, 히드록시에틸셀룰로스, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트부티레이트, 니트로셀룰로스 및 전분으로 구성되는 군에서 선택된 다당류 유도체인 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체의 제조방법.
(a) 약 25내지 60중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 결합제로 이루어지며,

여기서, 산화제는 알칼리금속 및 알칼리토금속으로 구성되는 군에서 선택된 양이온을 함유하는 질산염으로 이루어지고;

슬래그 형성제는 천연산 점토 알루미노실리케이트, 인공점토, 또는 활석으로 이루어지고;

결합제는 카르복시메틸 셀룰로스의 금속염, 히드록시에틸셀룰로스, 셀룰로스아세테이트, 셀룰로스프로피오네이트, 셀룰로스 아세테이트부티레이트, 니트로셀룰로스 및 전분으로 구성되는 군에서 선택된 다당류 유도체인 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 조성물.
삭제
제 3 항에 있어서,

(a) 약 30내지 40중량% 의 니트로구아니딘,

(b) 약 40내지 65중량% 의 질산스트론튬,

(c) 약 3내지 7중량%의 산성백토, 및

(d) 약 4내지 12중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 조성물.
제 5 항에 있어서,

(a) 약 35중량% 의 니트로구아니딘,

(b) 약 50중량% 의 질산스트론튬,

(c) 약 5중량%의 산성백토, 및

(d) 약 10중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 조성물.
8내지 20중량% 의 디시안디아미드, 11.5내지 55중량% 질산스트론튬, 24.5 내지 80중량% 의 산화구리, 및 0.5내지 8중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 조성물.
가스발생제 조성물을 혼련조작시키고 물이나 용매를 가한후에 조성물 덩어리를 형성시키고, 개구를 갖는 원통형상을 형성하기 위해 압력조건하에서 다이를 통하여 조성물 덩어리를 압출시키고, 결과의 원통형상을 잘라내고 건조시킴으로써 제조되는 에어백용 가스발생제 성형체에 있어서, 상기 가스발생제 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 질소함유 유기화합물,

(b) 약 40내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 결합제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체.
조성물을 혼련조작시키고 물을 가한후에 조성물 덩어리를 형성하고, 개구를 갖는 원통형상을 형성하기 위해 압력조건하에서 다이를 통하여 조성물 덩어리를 압출시키고, 결과의 원통형상을 잘라내고 건조시킴으로써 제조되는 에어백용 가스발생제 성형체에 있어서, 상기 가스발생제 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 질소함유 유기화합물,

(b) 약 40내지 65중량%의 산화제,

(c) 약 1내지 20중량%의 슬래그 형성제, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 수용성 결합제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체.
제 8 항에 있어서, 성형체의 외직경이 1.5 내지 3mm 이고 길이가 0.5 내지 5mm 이며, 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40내지 65중량%의 질산스트론튬,

(c) 약 1내지 20중량%의 산성백토, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체.
제 8 항에 있어서, 조성물이

(a) 약 25내지 60중량%의 니트로구아니딘,

(b) 약 40내지 65중량%의 질산스트론튬,

(c) 약 1내지 20중량%의 산성백토, 및

(d) 약 3내지 12중량%의 카르복시메틸 셀룰로스의 나트륨염으로 이루어지고,

상기 가스발생제 성형체가 관통하는 단일공 튜브를 갖는 원통형 튜브의 형상이고 성형체가 1.5내지 3mm 의 외직경과 0.5내지 5mm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 에어백용 가스발생제 성형체.
가스발생제로서 제 3 항에 따른 에어백용 가스발생제를 함유하는 것을 특징으로 하는 인플레이터 장치.
조성물의 총량에 기초하여 약 1-20중량% 의 산성백토를 함유하는 자동차 에어백용 가스발생추진제 조성물.
제 13 항에 있어서, 상기 조성물이 조성물의 총량에 기초하여 약 3-12중량% 의 수용성 다당류 유도체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스발생추진제 조성물.