KR100547942B1 - 압출가능한 점화제 조성물 - Google Patents

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룬드게리케이.
블라우리드제이.
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앨리언트 테크시스템즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은, 하우징, 상기 하우징 내의 가스 발생 조성물, 및 상기 가스 발생 조성물을 점화하기 위한 하나 이상의 압출된 점화제 요소를 포함하는 점화제를 포함하여 이루어지는 운반체용 보조-제어-시스템 가스 발생 장치에 관한 것이다. 상기 압출된 점화제 요소는, 수용성 중합성 결합제, 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 연료 및 선택적으로 섬유를 포함하여 이루어지는 성분들로부터 제형화되는 신규하고 개선된 압출 가능한 점화제 조성물로부터 형성된다.
압출가능한 점화제 조성물, 결합제, 산화제, 가스 발생 장치, 보조 안전 제어 시스템, 운반체.

Description

압출가능한 점화제 조성물{EXTRUDABLE IGNITER COMPOSITIONS}
발명의 배경
1. 발명의 분야
본 발명은 압출가능한 점화제 조성물, 및 특히 압출된 점화 스틱, 프릴, 펠릿 및 과립에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 운반체용 보조 안전 제어 시스템과 같은, 가스 백 인플레이터 및 관련 장치에 사용하기에 적합한 가스 발생 조성물과 조합한 스틱을 제공하기 위한 것이다.
2. 배경 정보
"에어백"을 포함하는 보조 안전 시스템용 점화제 조성물은 다수의 디자인 기준을 만족시켜야 한다. 형성될 경우, 점화제 조성물은 승객 보호, 운전자 보호 또는 사이드 충격 시스템과 같은 안전 시스템의 전개 전에 작동가능한 형태로 존재할 수 있도록 충분히 견고해야 한다. 안전 시스템의 상기한 형태 및 다른 형태의 전체적인 목적에 일관되게, 점화제 조성물은 일반적으로 처리 문제를 피할 수 있고 점화에 따르는 다른 위험을 부과하는 양의 부산물이 생성되는 것을 피할 수 있는 양으로 사용되어야 한다.
보조 안전 제어 시스템은 지금까지 다수의 상이한 점화 시스템을 사용해 왔 다. 통상적으로 제안된 점화 시스템 중의 하나는, 점화시 특정 가스 발생 조성물의 연소를 개시하는 B/KNO3로 구성되는 고체 입자를 사용한다.
다른 최근의 노력이 가격이 저렴한 대체 점화제 조성물 또는 보다 쉽게 제조되는 점화제 조성물을 개발하는데 집중되었다. 이러한 노력에는 KNO3와 같은 특정 점화제 조성물과 함께 열-용융 열가소성 수지 매트릭스를 사용하자는 제안이 포함된다. 이러한 노력은 소위 "글루-건(glue-guns)"용으로 디자인된 것과 같은, 시판되는 열 용융 접착제를 통상의 알칼리 금속 산화제와 결합시켜야 한다. 성능을 향상시키려는 이러한 노력은 만족스럽지 못했다. 압출능 및 점화 성능은 조절하기가 어렵다고 입증되었고, 보조 안전 제어 시스템에 요구되는 반복가능한 탄도 성능은 아직 입증되지 않았다.
따라서, 상기한 노력 및 여전히 다른 노력에도 불구하고, 상업적으로 관련된 목적은 달성되지 않았다. 보조 안전 제어 시스템을 위한 더 간단하고, 보다 저렴한 점화제 조성물이 요구되고 있다. 특히, 열 용융을 위한 소위 접착제가 필요하지 않아, 승온에서 불꽃 물질의 처리와 관련하여 발생하는 위험을 피할 수 있으며, 제조가 쉽고 충분히 견고한 점화제 조성물을 제공하려는 노력이 계속되고 있다.
따라서, 산업에서 상기한 바를 만족시키는 가스 발생 조성물을 점화시키는데 사용될 수 있는 점화제 조성물을 제공하는 것은 상당한 진보일 것이다.
본 발명의 요약 및 목적
본 발명은 상기한 목적 및 다른 목적을 달성하는 효과적이고 상업적으로 이용가능한 압출가능한 점화제 조성물을 제공한다.
당해 압출가능한 점화제 조성물은 낮은 비용으로 쉽게 제조되어, 물리적으로 견고한 제품을 얻을 수 있다. 당해 조성물은 열가소성 용융물 또는 열 용융물 혼합 장치를 사용하지 않고 제조될 수 있어서 상기한 승온에서의 처리와 관련되는 잠재적인 위험을 피할 수 있다. 또한, 점화 제형은 물을 포함하는 진한 페이스트까지 확대된다. 물은 점화제 조성물의 가공과 관련된 유해물을 대체한다. 압출가능한 점화제 조성물은 주위 온도에서 형성될 수 있고, 후-건조 후에 보조 안전 제어 시스템 등에 특히 요구되는 비교적 선택가능한 점화 특성을 갖는 견고한 제품을 수득할 수 있다.
에어백 시스템 중의 인플레이터와 같은 가스 발생 장치에서 가스 발생 조성물을 점화시킬 수 있는 고체 또는 중공 점화 "스틱"은 당해 압출가능한 점화제 조성물로부터 제조될 수 있다. 점화 스틱은 본원에 기술된 목적에 부합되는 한 펠릿, 프릴 또는 과립과 같은 다른 외형을 가질 수 있다.
본원에서는, 이러한 점화 스틱을 도입한 보조 안전 제어 시스템 및 이러한 시스템이 장착된 운반체도 고려한다.
압출된 점화 스틱은 점화시 고온에서 빠르게 폭발하도록 디자인된 외형을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 점화시, 점화 스틱은 또다른 불꽃 조성물을 점화시킬 수 있다. 운전자 또는 승객 사이드 에어 백 시스템에서, 점화 스틱의 크기는, 예를 들어 10밀리초 미만과 같이 단시간에 철저한 점화, 예를 들어 완전한 불꽃 전이를 할 수 있도록 한다. 펠릿, 프릴 또는 과립 형태에서, 압출가능한 점화제 조성물은 견고한 그레인이 높은 충전 밀도를 갖도록 한다. 이러한 양질의 조합물을 사용하면 점화를 제어 및 재현가능하다. 점화의 지속 기간은 그레인 크기에 의해 조절될 수 있다. 특정 제형의 경우, 갑작스러운 신속한 점화 충격 섬광은 다소 느린 광범위한 점화 충격보다 가스 발생제를 점화시키는데 덜 효과적이다.
압출될 수 있는 점화제 조성물은 결합제, 수용성 또는 분산가능한 산화제, 수용성 또는 분산가능한 연료 및 선택된 양의 물의 조합물로부터 수득가능함을 특징으로 한다. 바람직하게는, 압출가능한 조성물은 필수적으로 균질 조성이다.
결합제는, 점화제의 잔류 고체 성분이 적어도 실질적으로 충분히 균질하게 분포될 수 있다면, 수-팽윤가능한 결합제 물질도 배제되지는 않지만, 현재로는 수용성 결합제가 바람직하다. 당해 점화제 조성물에 사용되는 전형적인 결합제는, 예를 들어 폴리-N-비닐 피롤리돈, 폴리비닐알콜 및 이의 공중합체, 폴리아크릴아미드, 나트륨 폴리아크릴레이트, 아크릴아미드 또는 나트륨 아크릴레이트를 기본으로 하는 공중합체, 고무(gums) 및 젤라틴과 같은 수용성 결합제를 포함한다. 이러한 수용성 결합제는 구아 고무(guar gum), 아카시아 고무(acacia gum)와 같은 자연적으로 발생하는 고무, 변형된 셀룰로즈 및 전분을 포함한다. "고무(gums)"에 관한 상세한 토론은 본원에 참조로 인용된 문헌[참조: C.L. Mantell, The Water-Soluble Gums, Reinhold Publishing Corp., 1947]에 의해 제공된다. 현재, 수용성 결합제가 효율적인 압출을 가능하게 하고 기계적 특성을 향상시키거나 증가된 파쇄 강도를 제공하는 것으로 간주된다. 수 비혼화성 결합제가 본 발명에 사용될 수 있지만, 현재에는 수용성 결합제를 점화제의 제형화에 사용하기에 적합한 연료 및/또는 산화제와 배합하여 사용하는 것이 바람직하다. 적합한 연료 및 산화제는 수용성이거나 불용성일 수 있다. 적합한 연료 및 산화제는 무기 또는 유기일 수 있다.
압출된 점화 스틱, 펠릿, 프릴 또는 과립을 형성하는 제형에서, 결합제 농도는 기계적으로 충분히 견고한 압출물이 수득될 수 있을 정도이다. 점화 스틱과 같은 압출물은 이의 형상을 유지시킬 수 있어야 한다. 즉 점화 전에 이의 본래 모습을 유지시킬 수 있어야 한다. 바람직하게는, 압출된 점화 스틱은, 불꽃 조성물, 예를 들어 가스 발생 조성물에 적합하게 형상화된 구멍(예: 중심 구멍)에 수용될 수 있고, 점화시 분쇄되거나 분열될 수 있다. 대조적으로, 펠릿, 프릴 또는 과립은 충분한 강도를 가져서 점화되는 공정 동안 분쇄되지 않는다. 일반적으로, 결합제는, 예를 들어 제형 중의 건조 성분에 대하여 약 2 내지 약 10중량%, 더욱 특히는 약 3 내지 약 7중량%의 범위내일 수 있다. 결합제는 하나 이상의 결합제 물질로서 구성될 수 있다.
점화제 조성물은, 바람직하게는 수용성이거나 적어도 수 분산가능한 하나 이상의 산화제를 포함한다. 따라서, 산화제는 무기 산화제가 현재 바람직하지만, 유기 또는 무기일 수 있다. 충분히 균질한 점화제 조성물이 수득될 수 있도록 결합제에 분산가능한 유기 산화제는, 아민 니트레이트 염, 니트로 화합물, 니트라민, 니트레이트 에스테르 및 아민 퍼클로레이트를 포함하고, 메틸 암모늄 니트레이트 및 메틸 암모늄 퍼클로레이트가 전형적이다. 다른 예는 RDX 및 HMX, CL-20 및 PETN을 포함한다. 무기 산화제는 질산염, 아질산염, 염소산염, 과염소산염, 과산화물 및 초과산화물(superoxides)과 같은 산화 이온 종을 포함한다. 전형적인 상기한 무기 산화제는 질산칼륨 또는 질산스트론튬과 같은 금속 질산염, 질산암모늄, 과염소산칼륨과 같은 금속 과염소산염 및 과산화스트론튬과 같은 금속 과산화물을 포함한다. 일반적으로, 산화제는 보통 점화제 중의 하나 이상의 연료를 산화시키기에 효과적인 양으로 존재하고, 예를 들어 제형 중의 건조 성분에 대하여 약 40 내지 약 90중량%, 더욱 특히는 약 70 내지 약 85중량%의 범위내일 수 있다.
점화제 조성물은, 결합제가 점화제 조성물을 위한 1차 연료가 아니라 2차 연료로서 작용할 수 있다는 가정하에, 추가의 연료를 사용하여 제형화할 수 있다. 상기한 추가의 연료는, 특히 분말화된 알루미늄, 지르코늄, 마그네슘 및/또는 티탄과 같은 분말화된 금속; 70%:30% 알루미늄/마그네슘 합금과 같은 금속 합금; 수소화지르코늄 또는 수소화티탄과 같은 금속 수소화물; 및 결합제에 충분히 "분산가능한" 규소 및 붕소와 같은 소위 준금속을 포함한다. 수용성 또는 수 분산가능한 연료는, 예를 들어 구아니딘 니트레이트, 헥사 암민 코발트 니트레이트 및 릴레이드(relaed) 코발트(III) 착물, 시아노 화합물, 니트라민(RDX 및/또는 HMX), CL-20, 테트라니트로카바졸, 유기 니트로 화합물을 포함하고, 경우에 따라서, 입자 크기 분포가 "다형태(multi-modal)"일 수 있다. 수 분산가능한 물질은 실질적으로 균일한 입자 크기 분포 또는 목적한 점화 특성에 따라 다형태 분포로 가할 수 있다.
수 분산가능한 연료는, 현재 바람직하게는, 분말과 같은 미세한 미립자 형태로 사용되거나, 충분한 미립자로 미분되어, 제조 공정 동안 적당히 분포된다. 생성되는 압출가능한 점화제 조성물 중에서 적어도 실질적으로 균일하게 분포되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 연료는 예를 들어 약 1 내지 30μ와 같은 100μ이하의 분쇄된 형태이다. 분말 형태의 금속이 사용될 수 있고, 경우에 따라 약 1 내지 20μ, 또는 심지어는 1 내지 약 5μ과 같이 보다 작은 입자 크기 범위를 가질 수 있다. 연료의 양은-결합제와 달리-예를 들어, 제형 중의 건조 성분에 대하여 약 5 내지 약 40중량%, 더욱 특히는 약 10 내지 약 20중량% 범위내 일 수 있다.
당해 점화 스틱 및 관련된 그레인은, 경우에 따라서, 강화재를 도입할 수 있다. 적합한 강화는, 압출된 점화 스틱를 강화시키고, 강화재의 적절한 선택에 따라 점화제 성능을 향상시킬 수 있는, 연소가능한 섬유와 같은 섬유를 사용하여 달성된다. 섬유는 바람직하게는 일반적으로 길이가 보다 짧다[낮은 종횡비(low aspect ratio)]. 압출가능한 점화 제형에 도입되는 섬유는, 예를 들어 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5-비스벤즈이미다졸("PBI") 섬유를 포함한다. 폴리올레핀 섬유는 외부 직경이 약 0.8mm까지와 같이 약 0.005mm 이상이고 길이가 0.1mm 내지 약 3.2mm 범위인 PE 섬유와 같은 폴리에틸렌("PE") 섬유를 포함하고, 얼라이드-시그날(Allied-Signal)로부터의 폴리에틸렌 섬유의 스펙트럼 900 브랜드가 전형적이다. 나일론 6 섬유와 같은 적합한 폴리아미드 섬유는 19μ과 같이 적합하게 선택된 직경과 1.5 내지 약 6.4mm의 길이를 가질 수 있다. 적합한 폴리에스테르 섬유는 길이가 약 1.5 내지 약 6.4mm이고 적합한 직경이 약 25μ인 고점착성 폴리에스테르 섬유를 포함한다. PBI 섬유는 길이가 0.8 내지 3.2mm 정도인 것들을 포함한다. 따라서, 대표적인 강화된 점화 스틱 및 제형은 실시예에 기재된다.
압출가능한 형태의 당해 조성물은, 예를 들어 결합제, 연료, 산화제 및 선택양의 물을, 사용될 경우, 연료 및 산화제가 결합제 전반에 걸쳐 적어도 실질적으로 균일하게 분포될 수 있는 시간 동안 혼합함으로써 용이하게 수득할 수 있다. 하나의 방법은 수용성 결합제와 산화제를 건식 조합한 후, 선택된 양의 물을 가하고, 균질해질 때까지 혼합하여 예비 혼합물을 형성시키고, 예비 혼합물을 1 내지 3 증분의 연료(들) 일부와 증량적으로 혼합함을 포함한다. 물의 양은 일반적으로, 얻어지는 생성물이 압출가능한 굳기를 갖지만, 바람직하게는 흐르지 않을 정도의 양이다. 너무 많은 물이 존재하면, 그레인이 침하되거나 압출 후에 이의 형태가 유지되지 않는 경향이 있다.
이렇게 형성된 점화제 조성물은 목적한 물리적 기하 구조로 압출될 수 있다.
압출된 점화제 조성물은 바람직하게는 발포되지 않는다, 즉, 고체이다.
압출될 수 있는 점화제 조성물은 에어백 인플레이터 기술과 함께 사용하는 점화 시스템에서 사용하기 위해 쉽게 채택된다. 이러한 시스템은 하나 이상의 점화 스틱 또는, 펠릿, 프릴 또는 과립의 경우에는 전체 다수를 포함할 수 있다. 에어백 인플레이터 기술은 자동차(운반체) 에어백 시스템, 혼성 인플레이터 기술, 및 예를 들어 사이드 충격 시스템을 포함한다. 예를 들어 자동차, 트럭 등의 운반체 팽창가능한 안전 제어 시스템은, 특히 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제5,536,339호, 제5,542,704호 및 제5,668,345호에 기술되어 있다. 에어백 팽창과 관련된 시스템은 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제5,441,303호에 기술되어 있다.
자동차 에어백 시스템은 접힌 팽창가능한 에어백; 에어백을 팽창시키기 위해 에어백에 연결되고 자동차 에어백 시스템에 사용하기에 적합한 가스를 발생시키는 가스 발생 조성물을 함유하는 가스 발생 장치; 및 당해 점화제 조성물 및 또한 가스 발생 장치의 설명서를 기초한 점화 스틱(들) 또는 펠릿, 프릴 또는 과립을 포함하는, 가스 발생 조성물을 점화시키기 위한 점화 시스템을 포함할 수 있다. 점화 시스템은 또한 스키브(squib)를 포함할 수 있다.
혼성 인플레이터 기술은 소량의 추진제를 연소시킴으로써 저장된 불활성 가스(아르곤 또는 헬륨)를 목적한 온도로 가열함을 토대로 한다. 혼성 인플레이터는 연소 가스를 냉각시키기 위해서 불꽃 인플레이터와 함께 사용되는 냉각 필터를 필요로 하지 않는데, 이는 혼성 인플레이터가 저온 가스를 제공할 수 있기 때문이다. 가스 배출 온도는 불활성 가스 중량 대 추진제 중량의 비를 조정함으로써 선택적으로 변화시킬 수 있다. 가스 중량 대 추진제 중량 비가 높을수록, 가스 배출 온도는 더 낮아진다. 혼성 가스 발생 시스템은, 소정량의 불활성 가스가 안에 배치되어 있으며, 파열가능한 입구를 갖는 압력 탱크; 고온 연소 가스를 생성하고 파열가능한 입구를 파열시키기 위한 수단을 갖는 가스 발생 장치; 및 당해 점화제 조성물을 도입하는 가스 발생 조성물을 점화시키기 위한 수단을 포함하여 이루어질 수 있다. 당해 탱크는 가스 발생 장치가 점화될 경우 피스톤에 의해 파괴될 수 있는 파열가능한 입구를 갖는다. 가스 발생 장치는 고온 연소 가스가 혼합되고 불활성 가스를 가열할 수 있도록 압력 탱크에 대하여 배치 및 위치된다. 적합한 불활성 가스는 특히 아르곤, 헬륨 및 이의 혼합물을 포함한다. 혼합되고 가열된 가스는 입구를 통해서 압력 탱크로부터 나오고, 결국 혼성 인플레이터에서 나와, 자동차 에어백과 같은 팽창가능한 백 또는 기구를 전개한다. 보조 안전 제어 적용을 위한 혼성 가스 발생 장치는 문헌[참조: Frantom, Hybrid Airbag Inflator Technology, Airbag Int'l Symposium on Sophisticated Car Occupant Safety Systems, (Weinbrenner-Saal, Germany, Nov. 2-3, 1992)]에 기술되어 있다.
적합한 제어 시스템은 또한 사이드 충격 시스템을 포함한다. 인플레이터 및 접힌 팽창가능하고 저장된 에어백을 포함하는 사이드 충격을 위한 에어백 어셈블리는 자동차 또는 트럭과 같은 운반체에 프론트 시트 백과 같은 방출 시트 백에 인접하게 설치될 수 있다. 이러한 에어백 어셈블리들은 프론트 시트 점유자를 위해 전방으로 또는 후방 시트 점유자를 위해 후방으로 전개되는 에어백 또는 프론트 및 후방 점유자 둘 다를 위한 에어백을 포함할 수 있다. 이러한 에어백 어셈블리들은 운반체 적용에서 때때로 인플레이터라고 불리는 단일 또는 별개의 가스 발생 장치를 사용하여 팽창될 수 있다. 일반적으로, 센서 장치가, 에어백의 전개를 활성화시키기 위해 전기 회로에서와 같은 충격 시그날을 제공하도록 도어 문턱 또는 다른 목적한 위치에 설치될 수 있다. 전형적으로 적합한 사이드 충격 에어백 어셈블리는 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제5,273,308호에 기술되어 있다.
당해 점화 스틱 또는 다른 형태의 그레인을 포함하는 점화 시스템을 포함하는 어떤 에어백 시스템(보조 및/또는 사이드 충격 제어 시스템과 같은)이 장착된 항공 또는 육로용 운반체도 또한 본 발명의 일부이다. 예를 들어, 운반체는 접힌 팽창가능한 에어백; 운반체(자동차 등과 같은) 에어백 시스템에 사용하기에 적합한 가스 발생 조성물을 함유하고 에어백을 팽창시키기 위해 에어백에 연결된 가스 발생 장치; 및 당해 점화제 조성물을 기본으로 하는 (스틱 또는 "테이프형" 또는 원통형 펠릿, 프릴 또는 과립과 같은 다른 형태의) 점화제 조성물이거나 점화제 조성물을 포함할 수 있는, 가스 발생 조성물용 점화 시스템을 포함하여 이루어지는 에어백 시스템을 갖는 보조 제어 시스템을 함유할 수 있다. 보조 안전 시스템은 물론 혼성 에어백 기술 및/또는 사이드 충격 시스템을 포함하는 다른 에어백 기술에 기초할 수 있다.
적합한 고체 가스 발생 조성물은 아지드계 가스 발생제, 및 비아지드 연료 및 적합한 산화제를 기본으로 하는 소위 비아지드 조성물을 포함한다. 개선된 후자의 가스 발생 조성물의 예는 비아지드 연료로서 비테트라아졸아민 또는 이의 염 또는 착물, 예를 들어 가스 발생 조성물에 사용하기에 특히 적합하다고 밝혀진 비스-(1(2)H-테트라졸-5-일)-아민을 사용한다. 적합한 상기 조성물은 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제5,682,014호에 기술되어 있다.
또다른 가스 발생 조성물은 알칼리 토금속 또는 전이 금속 양이온과 같은 금속 양이온의 착물 하나 이상, 암모니아 또는 하이드라진(들)과 같은, 질소 및 수소를 포함하여 이루어진 중성 리간드 하나 이상 및 금속 양이온의 전하와 균형을 이루는 충분한 산화성 음이온을 포함한다.
일반적으로, 선택된 가스 발생 연료는 연료 효율적 양으로 적합한 산화제와 조합하여 적합한 가스 발생 조성물을 얻는다. 적합한 연료를 연료 효율적 양으로 사용하면, 가스 발생 조성물의 연소 생성물은 비교적 균형을 이룰 수 있다, 즉 연소 생성물은 과량의 과도하게 산화되거나 덜 산화된 종을 갖지 않는다. 화학양론적 연소가 일반적으로 바람직하다.
무기 산화제가 일반적으로 바람직한데, 이는 불꽃 온도가 낮고 개선된 여과가능한 슬래그를 생성하기 때문이다. 이러한 산화제는 금속 산화물 및 금속 수산화물을 포함한다. 다른 산화제는 금속 질산염, 금속 아질산염, 금속 염소산염, 금속 과염소산염, 금속 과산화물, 질산암모늄, 과염소산암모늄 등을 포함한다. 금속 산화물 또는 하이드록시 질산염 또는 수산화물을 산화제로서 사용하는 것이 특히 유용하고, 이러한 물질은, 예를 들어 CuO, Cu2(OH)3NO3, Co2O4, Fe2O3, MoO3, Bi2MoO6, Bi2O3 및 Cu(OH)2와 같은 구리, 코발트, 망간, 텅스텐, 비스무트, 몰리브덴 및 철의 산화물, 수산화물 및 하이드록시 질산염을 포함한다. 상기한 산화물 및 수산화물 산화제는, 경우에 따라, 예를 들어 증가된 불꽃 온도를 제공하거나 가스 생성물 수율을 변화시키는 것과 같은 특정 적용을 위해, Sr(NO3)2, NH4ClO4 및 KNO3와 같은 다른 통상의 산화제와 조합될 수 있다.
선택된 가스 발생 연료는, 경우에 따라서, 그자체가 연료 및/또는 산화제일 수 있는 비교적 냉연소 화합물(cool burning compound)과 조합될 수 있다. 이러한 조성물에서, 또 다른 별개의 제2 산화제는, 경우에 따라, 필요하지 않을 수 있다. 전형적인 비교적 냉연소 화합물은 특히 구아니딘 니트레이트, 트리아미노 구아니딘 니트레이트, 아미노구아나딘 니트레이트 및 우레아를 포함한다. 예를 들어, 적합한 가스 발생 조성물은 BTA 및/또는 금속 암민 함유 착물 또는 화합물과 같은 연료 및 구아니딘 니트레이트를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 조성물은, 경우에 따라서, 점화 스틱을 제조하는데 사용되는 결합제와 동일하거나 상이할 수 있는 적합한 결합제를 포함할 수 있다. 이러한 조성물은 가스 발생 조성물에 포함되도록 공지된 다른 첨가제를 포함하도록 제형화될 수 있다.
점화 스틱 또는 다른 점화 그레인과 조합하여 사용될 수 있는 가스 발생 조성물은 가스 발생 조성물, 추진제 및 폭발제에 통상적으로 사용되는 첨가제, 예를 들어 결합제, 연소율 변형제, 슬래그 형성제, 킬레이트제, 이형제 및 효과적으로 NOx를 제거하는 첨가제를 또한 포함할 수도 있다. 전형적인 연소율 변형제는 Fe2O3, K2B12H12, Bi2MoO6 및 흑연 탄소 섬유를 포함한다. 다수의 슬래그 형성제가 공지되었고, 예를 들어 점토, 활석, 산화규소, 및 알칼리 토금속 산화물, 수산화물 및 옥살레이트를 포함하고, 이들중 탄산마그네슘 및 수산화마그네슘이 전형적이다. 다수의 첨가제 및/또는 제제는 또한, 테트라졸, 아미노테트라졸, 트리아졸 및 관련된 질소 헤테로고리의 착물 및 알칼리 금속 염을 포함하는 가스 발생 조성물의 연소 생성물로부터 질소의 산화물을 감소시키거나 제거하는 것으로 공지되었고, 이들중 칼륨 아미노테트라졸, 탄산나트륨 및 탄산칼륨이 전형적이다. 조성물은 또한 흑연, 황화몰리브덴 또는 질소화붕소와 같은, 금형으로부터 조성물의 이형을 용이하게 하는 물질을 포함할 수 있다.
적합한 가스 발생 조성물은 또한 하나 이상의 결합제를 함유할 수 있다. 전형적인 결합제는 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된, 1995년 7월 26일자로 출원된 힌샤우(Hinshaw) 등의 미국 특허출원 제08/507,552호에 기술되어 있다. 전형적인 결합제는 락토스, 붕산, 규산마그네슘을 포함하는 규산염, 폴리프로필렌 카보네이트, 폴리에틸렌 글리콜, 및 폴리아크릴아미드와 같은 수용성 중합체를 포함하는 중합체성 결합제를 포함한다. 예를 들어, 적합한 결합제는, 예를 들어 하나 이상의 수용성 중합체 또는 하나 이상의 천연적으로 발생하는 고무(gums), 구아 고무(guar gum) 또는 아카시아 고무(acacia gum)와 같은 수용성 결합제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합제는 가스 발생 조성물의 0.5 내지 12중량%, 더욱 바람직하게는 조성물의 2 내지 8중량%의 양으로 사용될 수 있다.
본원에 유용한 가스 발생 조성물은 또한 분쇄 강도 증진제(결합제와 달리 또는 결합제에 추가)와 함께 제형화될 수 있다. 적합한 상기 제제는 일반적으로 분말화된 형태의 고체이다. 예를 들어, 적지만 효과적인 양의 탄소 분말이 가스 발생 조성물을 제형화하는데 사용되어, 조성물의 분쇄 강도는 탄소 분말을 사용하지 않는 조성물에 비해 증가될 수 있다. 분쇄 강도 증진제의 양은 일반적으로 가스 발생 조성물의 6중량% 이하일 수 있지만, 약 3중량% 이하의 소량이 사용될 수도 있다. 전형적이지만 특히 유용한 가스 발생 조성물은 헥사암민 코발트(III) 니트레이트; 하나 이상의 수용성 결합제; 임의로, 조성물의 약 0.1 내지 약 6중량% 양의 탄소 분말; 및 임의로, 각각 구아니딘 니트레이트 또는 구리 하이드록시 니트레이트와 같은 하나 이상의 유기 및/또는 무기 공산화제를 포함한다.
공산화제 및/또는 공연료 성분(단독으로 또는 각각 공산화제 또는 공연료의 혼합물로서)은 가스 발생 조성물에 목적한 연소 생성물을 성취하기에 적합한 양으로 포함될 수 있다. 일반적으로, 이러한 양은 가스 발생 조성물의 약 50중량% 미만이다.
간단히, 다양한 수의 가스 발생 조성물은 전체적으로 또는 부분적으로 본 발명에 따르는 점화 스틱 또는 다른 그레인을 기본으로 하는 점화 시스템과 조합하여 사용하기에 적합하다. 적합한 가스 발생 조성물은 완전한 설명이 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제3,911,562호, 제4,238,253호, 제4,931,102호, 제5,125,684호, 제5,197,758호, 제5,429,691호, 제5,439,537호, 제5,472,647호, 제5,500,059호, 제5,501,823호, 제5,516,377호, 제5,536,339호, 제5,592,812호, 제5,608,183호, 제5,673,935호, 제5,682,014호, 및 1995년 7월 16일자로 출원된 미국 특허원 제08/507,552호, 1993년 12월 3일자로 출원된 제08/162,596호 및 1996년 7월 25일자로 출원된 미국 가출원 제60/022645호에 기술된 것들을 포함한다.
도 1은 가스 발생 장치(1)를 도시한다. 종단면도에서, 케이스(2)는 강철 또는 에어백과 같이 가스 발생제 적용시에 사용될 수 있는 다른 물질로부터 제조된 적합한 압력 폐쇄용기이고, 제1 말단 단편(3)에 의해 한정되거나 밀폐되는 하나의 말단을 갖는다. 케이스에는 케이스 측벽에서의 입구를 통하는 것과 같이, 발생된 가스가 방출되는 경로가 제공될 것이다. 제2 말단 단편(4)은 말단 단편(3)으부터 반대 말단에 설치된다. 케이스(2) 및 말단 단편(3) 및 (4)는 폐쇄용기를 규정한다. 말단 단편(4)에는 점화 스키브(5)가 장착된다. 케이스는, 경우에 따라서, 제조 비용을 줄이기 위해서 단편을 보다 덜 갖도록 제조될 수 있다. 바람직한 양태에서, 고체 또는 중공일 수 있는 고화된 점화 스틱은 스키브(5)로부터 가스 발생 장치의 내부를 통해 말단 단편(3)의 내부 측면(7)을 향해 길이방향으로 축에 따라 연장된다. 점화 스틱(6)은 상기한 압출가능한 점화제 조성물을 압출시키고, 압출물을 고화시킴으로써 형성될 수 있다. 선택된 가스 발생 조성물(8)은 점화 스틱을 둘러싼다. 소위, 빠른 폭발 코드가, 경우에 따라서, 예를 들어 중공 점화 스틱 내에 느슨하게 슬리브된 것과 같이, 길이방향으로 배치될 수 있다. 하나 이상의 점화 스틱이, 경우에 따라서, 사용될 수 있다.
선택적으로, 점화제는 점화 스키브(5)에 인접하지만 점화 스키브(5)와 가스 발생 조성물 사이에 배치된 분리 프릴 형태로 형성될 수 있다.
예시한 바와 같이, 가스 발생 장치는, 경우에 따라서, 하나 이상의 필터 요소(9)를 포함할 수 있다. 필터 요소의 배치, 기하 구조 및 위치는 특정한 가스 발생 장치의 전체적인 디자인을 토대로 선택될 것이다.
가스 발생 장치가 예시되었지만, 다른 디자인도 본 발명의 범위내에 포함된다.
또다른 양태에서, 가스 발생 장치는 접혔지만 팽창가능한 기구, 또는 안전 제어 시스템 중의 에어백에 연결될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예를 참고로 하여 추가로 설명하지만, 이에 제한되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 압출가능한 점화제 조성물로부터 형성된 점화 스틱을 포함하는 전형적인 인플레이터 장치를 예시한다.
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실시예
실시예 1
1갤론 베이커-퍼킨스 유성 연동 장치 혼합기(Baker-Perkins planetary mixer)에 1170g(78%)의 35μ 질산칼륨 및 105g(7%)의 사이텍 시아나머 N-300 폴리아크릴아미드(Cytec Cyanamer® N 300 Polyacrylamide)(분자량: 1천5백만)를 가하였다. 이어서, 이러한 성분을 1분 동안 건조 상태로 간접적으로 조합하였다. 이 조합물에, 217.5g(점화 제형 100 당 14.5부)의 물을 가하고, 5분 동안 혼합하였다. 혼합 블레이드 및 혼합 보울의 내부 표면을 벨로스타트(Velostat; 전도성 플라스틱) 약 주걱으로 문지르고, 15분 동안 더 혼합하였다. 생성되는 걸쭉한 백색 페이스트에 225g(15%)의 무정형 붕소 분말(90 내지 92% 순도)을 가하고, 5분 동안 간접적으로 혼합하였다. 블레이드 및 보울을 다시 "문질러 박리시키고", 제형을 추가의 10분 동안 혼합하였다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 -4메쉬로 과립화하고, 하케(Haake) 25mm 단일 스크류 압출기에 공급하였다. 점화 제형을 최대 직경이 0.33"이고 최소 직경이 0.30"인 12포인트 스타 다이를 통해 압출시켰다. 다이는 중심에 0.080" 직경의 핀을 포함하므로, 중공 로드형 형태를 제조하였다. 압출된 점화 제형을 7" 길이로 절단하였다. 건조시키 전에, 7.5" 길이 및 0.07" 직경의 텔레다인(Teledyne) RDC(신속하게 폭발되는 코드)를 0.08" 직경 천공에 삽입하였다. 점화 스틱을 165℉에서 밤새 건조시켰다. 중심 점화 스틱을 시험하여 승객 사이드 자동차 안전 백을 위해 디자인된 인플레이터에서 점화제로서의 이들의 성능을 평가하였다. 점화 스틱은 만족스럽게 실행되었다.
실시예 2
붕소, 질산칼륨, 수용성 결합제, 및 임의로 강화용 섬유를 함유하는 일련의 압출된 점화 스틱 제형을 제조하였다. 이러한 제형은 표 I에 기록하였다. 제형은 먼저 10g에 이어서, 30g 규모로 혼합하여 충격, 마찰, 정전기 방전 및 열을 포함하는 자극에 대한 이들의 감도를 측정하였다(표 II). 일반적으로, 탄수화물계 결합제가 마찰에 대하여 가장 큰 감도를 나타내었다. 결합제로서 메틸 셀룰로즈, 구아 고무(guar gum) 및 로우커스트 콩 고무(locust bean gum)를 함유하는 제형도 또한 점화 스틱을 제조하는데 사용되었다.
나머지 제형을 1파인트 베이커-퍼킨스 유성 연동 장치 혼합기에서 325g 규모로 혼합하였다. 질산칼륨 및 각각의 수용성 결합제를 건조 상태로 1분 동안 간접적으로 조합하였다. 이 조합물에 각 양의 물(표 III)을 가하고, 슬러리를 5분 동안 혼합하였다. 실시예 1과 같이, 보울 및 블레이드를 "문질러 박리시켰다". 이 시점에서, 섬유를 섬유 함유 제형에 가하고, 반죽을 추가의 5분 동안 혼합하였다. 모든 제형을 붕소를 가하기 전에 추가의 10분 동안 혼합하였다. 이 시점에서 붕소의 반을 가한 다음, 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 나머지 붕소를 가한 다음, 추가의 5분 동안 혼합하였다. 최종으로 "문질러 박리시킨" 후, 제형을 추가의 10분 동안 혼합하였다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 -4메쉬로 과립화하고, 하케 25mm 단일 스크류 압출기에 공급하였다. 점화 제형을 최대 직경이 0.33"이고 최소 직경이 0.305"인 12포인트 스타 다이를 통해 압출시켰다. 다이는 중심에 위치된 0.80" 직경의 핀을 포함하였다. 압출된 점화 제형을 7" 길이로 절단하였다. 건조시키 전에, 7.5" 길이 및 0.07" 직경의 텔레다인 RDC(신속하게 폭발되는 코드)를 삽입하였다. 추가의 2" 길이 10개를 압출시켰다. 점화 스틱을 165℉에서 밤새 건조시켰다.
유용한 제형을 측정하는데 중요한 인자는 건조 후의 그레인의 품질, 점화제로서의 실질적인 성능 및 건조율을 포함하였다. 건조 동안 몇몇 제형에 대해 그레인의 표면으로 KNO3와 결합제의 혼합물의 침출이 발생할 수 있다. 천공에서의 침출은 바람직하지 않다. 침출은 트라가간트 고무(tragacanth gum), 시아나머® A-370 및 시아나머® P-21(표 III)을 함유하는 제형에서 별로 중요치 않는 것으로 밝혀졌다. 시아나머® A-370 및 시아나머® P-21을 함유하는 제형으로부터의 점화 스틱은 인플레이터 장치를 사용하여 평가되었다. 10:1.7:1의 상대적인 건조률이 시아나머® N-300, 시아나머® P-21 및 시아나머® A-370을 각각 함유하는 제형에 대하여 계산되었다. 따라서, 시아나머® A-370을 함유하는 제형이 최소한의 점화 지연으로 가스 발생제를 점화시키는 그레인을 제조하도록 최소한의 KNO3 를 침출하면서 재빨리 건조된다는 것을 나타내었다.
구혈, 거친 도로 등에 자동차를 운전할 때의 급격한 동요 및 진동을 수십년 동안 견딜 수 있는 자동차 에어 백 시스템을 위한 압출된 점화 스틱을 개발하는 것이 중요하다. 따라서, 내구성 시험 방법이 압출된 점화 스틱을 위해 개발되었다. 내구성 시험은 중-스팬(mid-span)에 적용된 하중을 사용하여 3-포인트 벤딩으로 수행하였다. 인장, 압축 및 전단 응력이 모두 존재하기 때문에 벤딩을 선택하였다. 또한, 샘플 형태는 그 자체로 상기한 형태에 하중을 제공했다. 1.5 인치의 스팬을 사용하고, 하중을 1/8- 내지 1/4-inch 직경의 맞춤못 핀을 사용하여 적용했다. 0.7 파운드의 명목상의 예비하중을 적용하였다. 이어서, 샘플에 다음과 같은 조건하에 1000 하중 사이클을 적용하였다: 주기 진폭: 0.003인치, 진동수: 10 헤르쯔. 주기 하중 후에, 샘플을 분 당 0.2 인치의 치환률로 파괴에 대해 시험하였다. 각 샘플의 내구성은 하중 치환 곡선하의 면적으로서 기록되었다. 간단함을 위해, 단위는 측정(calibration)된 대로(파운드-힘으로의 하중, 밀리-인치로의 치환) 유지시켰다. 따라서, 기록된 내구성의 단위는 밀리-인치-파운드였다. 모든 실험을 실험실 주위 온도(75°±5℉)에서 수행하였다. 내구성 시험 결과는, 예를 들어 표 III에서 제형 13번 및 15번과 같이, 섬유를 함유하는 압출된 점화 제형의 향상된 내구성을 나타내었다.
물을 사용하는 압출을 위해 디자인된 점화 제형의 예
제형 번호 KNO3(%) 붕소(%) 결합제 결합제 (%) 섬유 섬유(%)
1 78.00 15.00 시아나머® N-3001 7.00 없슴 0.00
2 77.50 15.50 메틸 셀룰로즈 7.00 없슴 0.00
3 76.30 16.70 시아나머® A-370 7.00 없슴 0.00
4 77.80 15.20 시아나머® P-21 7.00 없슴 0.00
5 78.00 15.00 시아나머® N-300LMW 7.00 없슴 0.00
6 76.50 16.50 트라가간트 고무 7.00 없슴 0.00
7 76.50 16.50 로우커스트 콩 고무 7.00 없슴 0.00
8 76.50 16.50 카라야(Karaya) 고무 7.00 없슴 0.00
9 78.00 15.00 PAM 10000MW 7.00 없슴 0.00
10 76.50 16.50 구아 고무, FG-1, H.V. 7.00 없슴 0.00
11 77.00 16.00 젤라틴, 소 피부 7 없슴 0.00
12 78.50 12.50 시아나머® N-300 7.00 C 섬유 2.00
13 78.50 12.50 시아나머® N-300 7.00 C 섬유 2.00
14 78.50 12.50 시아나머® N-300 7.00 SiC 2.00
15 75.70 14.50 시아나머® N-300 6.80 사필(Saffil®) 유형 2.00
1시아나머는 폴리아크릴아미드의 특정 중합체, 나트륨 폴리아크릴레이트 또는 이의 공중합체에 대한 사이텍 인더스트리즈 인코포레이티드(Cytec Industries Inc.)의 등록 상표이다. 시아나머 N-300: 분자량이 약 15M인 폴리아크릴아미드 시아나머 N-300LMW: 분자량이 약 5M인 폴리아크릴아미드 시아나머 A-370: 분자량이 200,000인 약 10:90의 아크릴아미드 및 나트륨 아크릴레이트의 공중합체 시아나머 P-21: 분자량이 200,000인 약 90:10의 아크릴아미드 및 나트륨 아크릴레이트의 공중합체
압출된 점화 제형의 안정성 특성
제형 결합제 섬유 ABL ABL 활주성
1 시아나머® N-300 없슴 80GL 800 @ 8ft/s GL
2 메틸 셀룰로즈 없슴 6.9GL 240 @ 6ft/s YL
3 시아나머® A-370 없슴 21GL 800 @ 8ft/s GL
4 시아나머® P-21 없슴 21GL 800 @ 8ft/s GL
6 트라가간트 고무 없슴 21GL 320 @ 8ft/s GL
7 로우커스트 콩 고무 없슴 13GL 180 @ 6ft/s YL
8 카라야 고무 없슴 21GL 240 @ 8ft/s GL
9 PAM 10000MW 없슴 41GL 800 @ 8ft/s GL
10 구아 고무, FG-1 없슴 11GL 100 @ 6ft/s YL
11 젤라틴, 소 없슴 33GL 800 @ 8ft/s GL
12 시아나머® N-300 C 섬유, 포타필 F5C(Fortafil®F5C) 33GL 800 @ 8ft/s GL
13 시아나머® N-300 C 섬유, 피로그라프III(PyrographTMIII) 41GL 800 @ 8ft/s GL
14 시아나머® N-300 SiC 위스커, 실라(Silar®) 41GL 800 @ 8ft/s GL
15 시아나머® N-300 사필®(Saffil®), 유형 590 51GL 420 @ 8ft/s GL
1 단위는 cm이다. 2 단위는 pound이다.
압출된 점화제의 시험 결과 요약
제형 결합제 섬유 물1 파괴2 %차단3
1 시아나머® N-300 없슴 14.5 55 100
3 시아나머® A-370 없슴 12.5 40 9
4 시아나머® P-21 없슴 11.5 34 45
5 시아나머® N-300LMW 없슴 14.5 69 100
6 트라가간트 고무 없슴 19 32 33
8 카라야 고무 없슴 14.5 25 100
9 PAM 10000MW4 없슴 14 NA NA
11 젤라틴, 소 피부 없슴 10.5 44 100
12 시아나머® N-300 C 섬유 16.5 69 100
13 시아나머® N-300 C 섬유 16.5 97 83
14 시아나머® N-300 SiC 17.5 51 100
15 시아나머® N-300 사필®, 유형 15.5 94 100
1효율적인 단일 스크류 압출을 허용하기 의해 필요한 제형에 가해진 물 100당 부 2내구성 시험에서 2" 스틱의 파괴에서의 평균 하중. 단위는 밀리-인치-파운드이다. 3차단된 천공의 %는 6개 이상의 0.33"OD, 0.08"ID, 2"L 점화 스틱으로부터 측정되었다. 4제형 9번은 별로 잘 압출되지 않았다.
실시예 3
섬유를 함유하는 일련의 점화제를 표 IV에 나타낸 바와 같이, 압출된 점화 스틱의 내구성을 향상시킬 목적으로 제형화하였다. 모든 제형은 우수한 안전성 특성을 나타내었다. 각 제형의 샘플(325g)을 베이커-퍼킨스 파인트 혼합기에서 물 100당 13.5부와 혼합하였다. KNO3 및 시아나머® A-370을 1분 동안 건조 조합한 후, 물을 가한 다음, 5분 동안 혼합하였다. 이어서, 섬유를 2증분으로, 붕소를 3증분으로 가하고, 각각 첨가 후 3분 동안 혼합하였다. 최종적으로 "문질러 박리시킨" 후, 제형을 추가의 10분 동안 혼합하였다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 -4메쉬로 과립화하고, 하케 25mm 단일 스크류 압출기에 공급하였다. 점화 제형을 최대 직경이 0.33"이고 최소 직경이 0.305"인 12포인트 스타 다이를 통해 압출시켰다. 다이는 중심에 위치된 0.15" 직경의 핀을 포함하였다. 압출된 점화 제형을 7" 길이로 절단하였다. 추가의 2" 길이 10개를 압출시켰다. 점화 스틱을 165℉에서 밤새 건조시켰다.
건조 후, 점화제 그레인의 외부에서 KNO3/결합제의 침출 표시는 나타나지 않았다. 그레인은 그레인 중의 0.15"ID 천공에 공급된 ES013 스키브의 점화 플럼(plume)으로 점화시켰다. 점화제 그레인은 0.4"ID, 0.49" 벽을 가지며, 이의 길이 및 직경에 따라 천공된 0.109"ID 구멍 약 95개가 균일하게 분포된 원통형 고정물에 유지시켰다. 스키브에 의한 점화 후 불꽃이 그레인의 반대 말단에 도달하기 전에 필요한 시간은 표 V에 기록하였다. 시간은 1000프레임/초 비디오로 측정하였다. 일반적으로, 몇 밀리초만이 필요했다. 2" 길이 그레인의 내구성은 실시예 2에서 기술한 바와 같이 측정되었다. 결과는 표 V에 기록하였다. 지금까지, 2% 폴리에틸렌 섬유를 함유하는 제형이 가장 큰 내구성을 나타내었다. 인플레이터 점화는, RDC가 0.15" 천공 속에 삽입된 제형 3번 및 19번으로부터의 점화제 그레인을 사용하여 수행하였다. 폴리에틸렌 섬유(얼라이드-시그날, 스펙트럼 900 브랜드 폴리에틸렌 섬유)를 갖는 제형 19번은 가스 발생제가 점화되기 전에 지연을 최소화하였다.
시아나머® A-370 및 선택된 섬유를 함유하는 점화 제형
제형 KNO3(%) 붕소(%) 시아나머® A-370(%) 섬유 ID 섬유(%)
3 76.30 16.70 7.00 없슴 0.00
16 76.70 14.30 7.00 피로그라프TM III, 탄소 2.00
17 74.80 16.20 7.00 사필®, 유형 590 2.00
18 74.80 16.20 7.00 넥스텔(Nextel®), 1/8" 세라믹 2.00
19 77.20 13.80 7.00 얼라이드, 스펙트럼 900, 1/8" 2.00
20 76.50 14.50 7.00 셀라네제(Celanese), 1/8" PBI 2.00
섬유를 함유하는 압출된 점화제에 대한 시험 결과 요약
제형 섬유 ID 점화2 점화3 내구성3 계수
3 없슴 2 2 96 39
31 없슴, 0.125" ID 9 8 101 25
16 피로그라프TM III, 마이크로 5 65 39
17 사필®, 유형 590, 마이크로 1 107 4
18 넥스텔®, 1/8" 세라믹 3 76 69
19 얼라이드, 스펙트럼 900, 1/8" 17 1 357 17
20 셀라네제, 1/8" PBI 13 126 22
1 그레인이 명목상 0.15" ID 대신에 0.125" ID인 제형 2 한쪽 말단에서 점화시킨 7" 그레인 앞면의 불꽃이 반대쪽 말단에 도달하는데 요구되는 시간. 시간은 밀리초이다. 데이터는 실시예 3에서 기술한 바와 같이 얻어진다. 3 점화가 개시되는 경우의 반대쪽 말단에서 0.15" ID 천공을 차단하는 경화된 에폭시 이외에는 주 1과 동일함 4 내구성 시험에서 2" 스틱 파괴시 평균 하중. 단위는 밀리-인치-파운드이다.
제형 16, 17, 18, 19 및 20 각각에서, "섬유 ID"는 탄소 섬유, 알루미나 섬유, 알루미노실리케이트, 폴리에틸렌 및 폴리벤즈이미디졸로 특징화될 수 있다.
실시예 4
압출가능한 점화제 조성물은 구아 고무(guar gum; 5.0중량%, 0.25g) 및 물(탈이온화된 15.0중량%, 1.75g)의 예비 혼합물을 형성시키고; 예비 혼합물을 질산칼륨(평균 입자 크기: 약 26μ, 75중량%, 3.75g)과 합하고; 여기에 연료인 붕소(무정형: 20.0중량%, 1.00g)를 가함으로써 수득하였다.
실시예 5
압출가능한 점화제 조성물은 20중량%의 물을 사용하는 것 이외에는, 실시예 4에서와 같이 수득하였다.
실시예 6
압출가능한 점화제 조성물은 연료인 붕소의 양을 22.0중량%(1.10g)로 증가시키고 결합제인 구아 고무(guar gum)의 양을 3.0중량%(0.15g)로 감소시키는 것 이외에는, 실시예 4와 같이 제조하였다.
실시예 7
압출가능한 점화제 조성물은 결합제가 폴리아크릴아미드(사이텍으로부터의 시아나머 "N-300", 5.0중량%, 0.25g)인 것 이외에는, 실시예 4의 방법에 따라서 제조하였다.
실시예 8
압출가능한 점화제 혼합물은 질산칼륨(210g) 및 폴리아크릴아미드(14g; 사이텍으로부터의 시아나머 "N-300")를 보울에 가하고; 물(44.8g)을 보울에 가하고 1분 동안 혼합하고; 여기에 붕소(무정형; 56.0g)를 가한 다음 약 4분 동안 혼합함으로써 제조하였다.
실시예 9
압출가능한 점화제 조성물은 물의 양이 50.4g이고, 질산칼륨 및 결합제를 먼저 함께 건조 조합한 후, 물을 첨가하고 1분 동안 혼합하는 것 이외에는 실시예 8과 같이 제조하였다. 이어서, 분말화된 붕소를 가하고 4분 동안 계속 혼합하였다.
실시예 10
실시예 8에 따라서 제조된 점화제 조성물을 과립화하고, 건조시키고, 1/2in 직경 ×1in 길이의 펠릿으로 압착시켰다. 이어서, 펠릿을 한면 이외에는 모두 억제하고, 1000, 2000 및 3000psi에서 억제되지 않은 면의 점화를 통해 밀폐된 가압 용기에서 연소시켰다. 각각, 4.16ips, 4.32ips 및 4.42ips의 연소율이 관찰되었다.
실시예 11
실시예 9에서 기술된 바와 같이 제조된 습윤 점화제 조성물의 일부를 직경이 2in인 램 압출기에 놓고, 약 0.06in의 천공 직경을 갖는 직경이 약 0.3in인 중심 천공된 원통형 압출물을 제공하기 위해서 적합한 다이를 통해서 가압하였다. 이러한 압출물을 부분적으로 건조시키고, 최종 건조 전에 길이 7in로 절단하였다. 이어서, 생성되는 점화 스틱은, 양 말단이 밀폐된 길이 약 8 × 직경 2의 관형 금속 실린더로 이루어지고 방사상 배출구가 제공되어 있는 가스 발생 장치에서 시험하였다. 폐쇄 말단 중의 하나에는 추가로 개시 스키브가 제공되었다. 점화 스틱을 튜브의 중앙에 유지시키고, 길이 7in의 빠른 폭발 코드(RDC)를 스틱의 중심 천공에 놓았다. 이어서, 가스 발생 장치는 가스 발생 펠릿의 전하로 충전시키고, 밀폐된 탱크에서 시험하였다. 유사한 양의 점화 분말 및 RDC로 충전된 천공 금속 튜브가 점화 스틱/RDC 조합물을 대신하는 통상의 점화 트레인(train)을 사용하여 얻은 결과와 대조적으로, 점화 스틱을 사용하여 필적할 만한 결과를 얻었다. 모든 경우에, 가스 발생 펠릿의 점화는 8msec 내에 발생하는 것으로 관찰되었다.
실시예 12
1파인트 베이커-퍼킨스 유성 연동 장치 혼합기에, 250.9g(77.2%)의 35μ 질산칼륨 및 22.75g(7%)의 사이텍 시아나머® A-370(90:10의 나트륨 폴리아크릴레이트/폴리아크릴아미드; 200,000 MW)을 가하였다. 이어서, 이러한 성분을 건조 상태로 1분 동안 간접적으로 조합하였다. 이 조합물에, 43.8g(점화 제형 100 당 13.5부)의 물을 가하고, 조합물을 5분 동안 혼합하였다. 혼합 보울의 혼합 블레이드 및 내부 표면을 벨로스타트(전도성 플라스틱) 약 주걱으로 문질렀다. 생성되는 걸쭉한 백색 페이스트에, 6.5g(2%)의 스펙트럼 900 브랜드 폴리에틸렌 섬유(0.032" 직경×0.125" 길이; 얼라이드-시그날)를 3분 혼합 주기에 따라 2파트로 가하고, 후속적으로 문질러 박리시켰다. 이 조합물에, 44.85g(13.8%)의 무정형 붕소 분말(90 내지 92% 순도)을 3파트로 가하고 3분 동안 간접적으로 혼합한 다음, 후속적으로 문질러 박리시켰다. 블레이드 및 보울을 다시 "문질러 박리시키고", 제형을 10분 동안 추가로 혼합하였다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 -4메쉬로 과립화하고, 하케 25mm 단일 스크류 압출기에 공급하였다. 점화제 조성물은 최대 직경이 0.33"이고 최소 직경이 0.30"인 12포인트 스타 다이를 통해 압출시켰다. 다이는 중심에 0.15" 직경의 핀을 포함하였다. 압출된 점화 제형을 7" 및 2" 길이로 절단하였다. 점화 스틱을 다공성 패드에 놓고, 165℉에서 2시간 동안 및 이어서 200℉에서 밤새 건조시켰다. 인플레이터에서 점화제로서 잘 수행되는 7" 길이는 승객 사이드 자동차 안전 백을 위해 디자인되었다.
내구성 시험은 실시예 2에서 기술된 방식으로 중-스팬에 적용된 하중을 사용하여 3-포인트 벤딩으로 수행하였다. 내구성 시험 결과는, 섬유를 함유하지 않는 제형 96 밀리-인치-파운드에 비하여 폴리에틸렌 섬유를 함유하는 압출된 점화 제형, 357 밀리-인치-파운드의 상당히 향상된 내구성을 나타내었다.
실시예 13
1갤론 베이커-퍼킨스 유성 연동 장치 혼합기에 2069.2g(73.9%)의 20μ 질산칼륨 및 154g(5.5%)의 사이텍 시아나머® A-370(90:10의 나트륨 폴리아크릴레이트/폴리아크릴아미드; 200,000 MW)을 가하였다. 이어서, 이러한 성분을 건조 상태로 1분 동안 간접적으로 조합하였다. 이 조합물에, 400g(복합 혼합물 12.5중량%)의 물을 가하고, 조합물을 5분 동안 혼합하였다. 생성되는 걸쭉한 백색 페이스트에, 576.8g(20.6%)의 무정형 붕소 분말(90 내지 92% 순도)을 3파트로 가하고 5분 동안 간접적으로 혼합한 다음, 후속적으로 문질러 박리시켰다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 추가의 10분 동안 혼합하였다. 밤새 정치시킨 후, 물질을 스톡크스(Stokes) 과립기 중의 10메쉬 스크린을 통해 가압하였다. 생성되는 습식 점착성 과립을 벨로스테이트 플라스틱으로 라이닝된 2' 넓이×3' 길이×1" 깊이의 알루미늄 팬에 살포하고, 135℉에서 유지시킨 "대형(walk-in)" 오븐의 선반속에 두었다. 과립을 40분 동안 건조시킨 다음, 스톡크스 과립기에서 10메쉬로 재과립화하였다. 점화제를 다시 135℉ 오븐속에 놓고, 밤새 건조시켰다. 이어서, 과립을 스웨코(Sweco®) 시이브 상에서 -10/+24 메쉬로 분류하였다. -10/+24메쉬 과립의 70중량%의 전형적인 수율을 얻었다.
실시예 14
1갤론 호바르트(Hobart) 혼합기에 522g(58%)의 20μ 질산칼륨 및 36g(4.0%)의 사이텍 시아나머® A-370(90:10의 나트륨 폴리아크릴레이트/폴리아크릴아미드; 200,000 MW)을 가하였다. 이어서, 이러한 성분을 건조 상태로 1분 동안 간접적으로 조합하였다. 이 조합물에, 107g의 물을 가하고, 조합물을 5분 동안 혼합하였다. 생성되는 걸쭉한 백색 페이스트에, 203.2g의 헥사암민 코발트(III) 니트레이트(HACN)/물 슬러리(슬러리 중의 11.5% 물, 제형 중의 HACN 20 건조 중량%)를 가하고, 5분 동안 간접적으로 혼합하였다. 162g(18%)의 무정형 붕소 분말(90 내지 92% 순도)을 2파트로 가하고, 5분 동안 간접적으로 혼합한 다음, 후속적으로 문질러 박리시켰다. 생성되는 갈색의 반죽형 물질을 추가의 5분 동안 혼합한 다음, 9g의 물을 가하고, 페이스트를 5분 동안 혼합한 다음, 9g의 물을 추가로 가하였다. 5분 동안 추가로 교반한 후, 제형은 프릴화된 굳기를 가졌다. 프릴을 벨로스테이트 플라스틱으로 라이닝된 2' 넓이×3' 길이×1" 깊이의 알루미늄 팬에 살포하고, 135℉ 오븐에서 유지시킨 "대형" 오븐의 선반속에 두고 밤새 건조시켰다. 이어서, 프릴(과립)을 스웨코® 시이브 상에서 -24/200 메쉬로 분류하였다.

Claims (37)

  1. 에어백을 팽창시키기 위한 가스 발생용 가스 발생 조성물;
    하나 이상의 압출된 건조 점화제 요소를 포함하여 이루어지는, 상기 가스 발생 조성물의 연소를 개시하기 위한 점화제;
    운반체에 대한 충격을 감지하고 충격 신호를 발생시키기 위한 센서;
    센서로부터의 충격 신호를 수용하고 점화제를 점화하기 위한 스키브를 포함하여 이루어지고,
    상기 하나 이상의 압출된 건조 점화제 요소는, 하나 이상의 압출된 건조 점화제 요소를 형성하기 위하여 압출가능한 점화제 조성물을 건조하기 전의 성분으로서, 수용액 중에 용해된 하나 이상의 수용성 결합제, 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 연료 및 선택적으로 섬유를 포함하여 이루어지는 압출가능한 점화제 조성물로부터 형성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 수용성 중합성 결합제, 압출가능한 점화제 조성물 중의 건조 성분의 총량에 대하여 약 2 중량% 내지 약 10 중량%로 존재하는 수용성 고무, 및 수용성 젤라틴으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 운반체에 사용하기 위한 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리-N-비닐 피롤리돈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리비닐알콜을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 수용성 중합성 결합제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리아크릴아미드, 나트륨 폴리아크릴레이트, 및 이의 공중합체로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 산화제는 상기 압출가능한 점화제 조성물을 제형화하는데 사용되는 건조 성분에 대하여 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 산화제는 질산염, 아질산염, 염소산염, 과염소산염, 과산화물 및 초과산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 이온 종을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 섬유는 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5-비스벤즈이미다졸) 섬유 중 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리-N-비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜 또는 이의 공중합체, 및 고무로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지고;
    상기 하나 이상의 산화제는 상기 압출가능한 점화제 조성물을 제형화하는데 사용되는 건조 성분에 대하여 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 산화제는 질산염, 아질산염, 염소산염, 과염소산염, 과산화물 및 초과산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 이온 종을 함유하고; 및
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5-비스벤즈이미다졸) 섬유 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 종횡비가 낮은 섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 연료는 붕소를 포함하여 이루어지고, 상기 하나 이상의 산화제는 질산칼륨을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리아크릴아미드, 나트륨 폴리아크릴레이트, 및 이의 공중합체로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 붕소는 약 5중량% 내지 약 40중량%로 존재하고, 상기 질산칼륨은 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 수용성 결합제는 약 2중량% 내지 약 10중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 구아니딘 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 헥사암민 코발트 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 붕소는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%로 존재하고, 상기 헥사암민 코발트가 약 10 중량% 내지 약 20 중량%로 존재하고, 상기 질산칼륨은 약 40 중량% 내지 약 90 중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 수용성 결합제는 약 3 중량% 내지 약 7 중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 구아니딘 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 보조-제어-시스템 가스 발생 장치.
  19. 제 1항 내지 제 18항 중의 어느 한 항에 따른 보조-제어-시스템 가스 발생 장치를 포함하여 이루어지는 보조 안전 제어 시스템을 장착한 운반체.
  20. 하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계;
    상기 용해된 하나 이상의 수용성 결합제를 하나 이상의 산화제, 하나 이상의 연료 및 선택적으로 섬유와 혼합하여 압출가능한 점화제 조성물을 형성하는 단계; 및
    압출가능한 점화제 조성물을 압출 및 건조하여 압출된 건조 점화제 요소를 제공하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 수용성 중합성 결합제, 압출가능한 점화제 조성물 중의 건조 성분의 총량에 대하여 약 2 중량% 내지 약 10 중량%로 존재하는 수용성 고무, 및 수용성 젤라틴으로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    에어백을 팽창시키기 위한 가스 발생용 가스 발생 조성물, 하나 이상의 압출된 건조 점화제 요소를 포함하여 이루어지고 상기 가스 발생 조성물의 연소를 개시하기 위한 점화제, 운반체에 대한 충격을 감지하고 충격 신호를 발생시키기 위한 센서, 및 센서로부터의 충격 신호를 수용하고 점화제를 점화하기 위한 스키브를 포함하여 이루어지는, 운반체에 사용하기 위한 보조-제어-시스템 가스 발생 장치의 제조 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계는 폴리-N-비닐 피롤리돈을 수성 용매 중에 용해시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계는 폴리비닐알콜을 수성 용매 중에 용해시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계는 고무를 수성 용매 중에 용해시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계는 수용성 중합성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 20항에 있어서,
    하나 이상의 수용성 결합제를 수성 용매 중에 용해시키는 단계는 폴리아크릴아미드, 나트륨 폴리아크릴레이트, 및 이의 공중합체로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 수성 용매 중에 용해시키는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 산화제는 상기 압출가능한 점화제 조성물을 제형화하는데 사용되는 건조 성분에 대하여 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 산화제는 질산염, 아질산염, 염소산염, 과염소산염, 과산화물 및 초과산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 이온 종을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 20항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물에 섬유를 함유시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 방법.
  29. 제 28항에 있어서,
    압출가능한 점화제 조성물에 섬유를 함유시키는 단계는 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5-비스벤즈이미다졸) 섬유 중 하나 이상을 압출가능한 점화제 조성물에 함유시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리-N-비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜 또는 이의 공중합체, 및 고무로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지고;
    상기 하나 이상의 산화제는 상기 압출가능한 점화제 조성물을 제형화하는데 사용되는 건조 성분에 대하여 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 산화제는 질산염, 아질산염, 염소산염, 과염소산염, 과산화물 및 초과산화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 이온 종을 함유하고;
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 및 폴리(2,2'-(m-페닐렌)-5,5-비스벤즈이미다졸) 섬유 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 종횡비가 낮은 섬유를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 20항에 있어서,
    상기 하나 이상의 연료는 붕소를 포함하여 이루어지고, 상기 하나 이상의 산화제는 질산칼륨을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 하나 이상의 수용성 결합제는 폴리아크릴아미드, 나트륨 폴리아크릴레이트, 및 이의 공중합체로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 붕소는 약 5중량% 내지 약 40중량%로 존재하고, 상기 질산칼륨은 약 40중량% 내지 약 90중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 수용성 결합제는 약 2중량% 내지 약 10중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 32항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 구아니딘 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 32항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 헥사암민 코발트 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 붕소는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%로 존재하고, 상기 헥사암민 코발트가 약 10 중량% 내지 약 20 중량%로 존재하고, 상기 질산칼륨은 약 40 중량% 내지 약 90 중량%로 존재하고, 상기 하나 이상의 수용성 결합제는 약 3 중량% 내지 약 7 중량%로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 35항에 있어서,
    상기 압출가능한 점화제 조성물은 구아니딘 니트레이트를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020007000717A 1997-07-22 1998-07-22 압출가능한 점화제 조성물 KR100547942B1 (ko)

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