MXPA95004202A - Material piroctenico de carga unica - Google Patents

Abstract

Un material pirotécnico de una sola carga que comprende un combustible del metal, un oxidante, y un combustible secundario el cual se puede usar para regular el régimen de la reacción del material pirotécnico. La composición se puede usar como un material de encendido de una sola carga, en el sistema de la bolsa de aire del automóvil en lugar de la carga de encendido separada y de la carga que incrementa comunmente utilizadas.

Description

MATERIAL PIROTÉCNICO DE CARGA ÚNICA PROPIETARIA ICI AMERICAS INC., sociedad de nacionalidad Norteamericana, con domicilio en : 2550 Eisenhower Road Valley Forge , PA 19482, E.U.A.

INVENTORES : JOHN HAROLD EVANS , con domicilio en 115 Crestwood Orive Üapsdale, PA 1944B, E.U.A.

MICHAEL ALBERT LEHMICKE , con domicilio en 139 Gilmore Road Havertown , PA 19083, E.U.A.

MATERIAL1 PIROTÉCNICO OE CARGA ÚNICA.

Campo de la Invención La presente invención se refiere a materiales pirotécnicos , y en particular, a la substitución de una composición pirotécnica de carga única para una composición pirotécnica de cargas múltiples. Descripción de la Técnica relacionada Para la iniciación pirotécnica que se usa en la tecnología de bolsa de aire emplea cargas múltiples de varias composiciones pirotécnicas las cuales son encendidas en series y las cuales finalmente encienden una carga pirotécnica final y/o un propelente. Generalmente, el propelente Final en está secuencia pirotécnica genera la mayor cantidad de gas que se usa para inflar la bolsa de aire. Los problemas asociados con está disposición está generalmente relacionados a la complejidad de la fabricación de las series de las cargas pirotécnicas antes de la carga propelente. Estas series, generalmente terminan como el iniciador y el agente que se incrementa en la bolsa de aire, por lo tanto comprende cargas pirotécnicas múltiples. Las cargas pirotecnias múltiples o composiciones se usan para regular la cantidad generante del propelente . Para los expertos en está técnica , pueden apreciar que las composiciones pirotecnias , generalmente son combinaciones químicas de reacción muy rápida. Para usarse en las bolsas de aire, estas combinaciones deben ser de reacción rápida para que se asegure que una bolsa de aire inflada htaga contacto primero con los ocupantes en el accidente, que con otras partes interiores del auto obil Sin embargo , en la mayoría de los usos de las técnicas pirotécnicas , la regulación del tiempo de reacción es muy importante. Por ejemplo, también la rapidez, de una reacción pirotécnica puede dar el resultado en una transferencia de calor insuficiente y por lo tanto que falle la liberación del gas del material pirotécnico final y/o del propelente . Esto daría como resultado una bolsa de aire desinflada . Similarmente , también una reacción lenta, daría un resultado en que la bolsa de aire estaría insuf ientemente llena cuando sea necesario. Típicamente , la parte que se refiere a la carga química, de un sistema propelente de la bolsa de aire comprende de tres cargas separadas. Dos de estos tres componentes, designados en la presente como la 'carga de encendido y como la carga que produce el aumento, son usadas en combinación para proporcionar un componente de encendido el cual proporciona que se inicia el tercer componente del propelente de la bolsa de aire , principalmente del material pirotécnico final. Este material pirotécnico final es generalmente un material sensible a la flama, el cual genera una cantidad relativamente grande de gas. Los materiales adecuados incluyen, por ejemplo, varios materiales de azida, y en particular, la azida de sodio, la cual , cuando se inicia, proporciona que la mayoría ( si no todo] del gas que se use infle, la bolsa de aire. Las cargas de encendido de la técnica anterior generalmente comprenden una mezcla de zirconio ( o de titanio) y perclorato de potasio , colocados dentro de un recipiente de carga de encendido. i . Está carga de encendido se inicia mediante un alambre de puente el cual también se coloca dentro del recipiente de la carga de encendido Generalmente , solo varios cientos de miligramos de la carga de encendido son utilizados en estos dispositivos de la técnica anterior. La iniciación de la carga de encendido origina la inicieción, de una carga de un material que incrementa , operativamente adyacente , la cual típicamente comprende una mezcla de boro y de nitrato de potasio, y la cual se mantiene dentro de un recipiente de carga del material que aumenta . Generalmente, varios gramos de la carga del material que incrementa , son utilizados con el fin de de efectuar la iniciación de la carga pirotécnica final, y específicamente para efectuar la iniciación del componente de la azida de una bolsa de aire para automobil. Otros diseños, son también posibles, el cual incluye uno, en donde la carga de encendido y la carga del material que aumenta , son adyacentes uno del otro dentro de un recipiente. La regulación del régimen de la reacción de los sistemas de la técnica anterior , generalmente se logra mediante la modificación de la formulación química , tal como la inclusión de los materiales inertes , en la mezcla de la carga de encendido o de la carga del material que incrementa , o mediante el uso de proporciones no óptimas (por ejemplo de proporciones no-estequiométr icas del combustible al oxidante ) de los reactivos . La regulación de la reacción también se puede controlar a través de medios mecánicos tales como mediante la inclusión de un número de orificios para la liberación de la presión en el reciente de la carga del material incrementador . Dentro de estos dispositivos de la técnica anterior que están concurrentemente en uso , debe ser deseable , proporcionar una composición pirotécnica , la cual debe ser útil en proporcionar una bolsa de aire que tiene un número reducido de cargas, y que tal composición pirotécnica debe ser de " tiempo-regulable" , mientras que se mantienen las proporciones de los reactivos óptimas y lo cual evita el uso de diluyentes inertes innecesarios. Sumario de la Invención. De conformidad a la presente invención, se proporciona una composición pirotécnica de carga única , que comprende aproximadamente de 5 a 55 % por peso del combustible del metal, de aproximadamente de 35 a 80 % por peso de un oxidante, y de aproximadamente de 1 a 30 % por peso de un combustible secundario. Está composición pirotécnica de carga única puede ser útil para mechas, para agente de encendido , composiciones de retardo de detonadores , o en cualquier uso para lo cual un material pirotécnico con una variable ( por ejemplo calor/presión) , se encuentra ventajosa . Sin embargo, de importancia particular, se refiere a que las composiciones de la presente invención puede ser substituida por un agente de encendido de carga múltiple comunmente usada en la industria de las bolsas de aire . El combustible de metal es de preferencia seleccionado de los metales en las series de transición primera, segunda y tercera de la tabla periódica y de preferencia es titanio, zirconio, magnesio, aluminio, hafnio , y cromo, o combinaciones de los mismos y entre los mismos, y más preferiblemente , son el titanio, zirconio, o combinaciones de los mismos y/o entre los mismos. El oxidante puede ser cualquiera de un número de los oxidante conocidos utilizados en el campo de los explosivos y/o de los materiales pirotécnicos , aunque es de preferencia seleccionado de los percloratos, cloratos o nitratos de los metales alcalino o de los metales alcalino térreos, o de otros oxidante conocidos , y/o combinaciones de los mismos , y/o combinaciones entre los mismos. De preferencia, el oxidante es un perclorato alcalino, y más preferiblemente , el oxidante es un perclorato de potasio o perclorato de sodio, o una mezcla de estos dos. El combustible secundario está generalmente seleccionado de los combustibles no-metálicos típicamente usados en las técnicas de los explosivos/materiales pirotécnicos, y es de preferencia boro, silicio o carbono , o combinaciones de los mismos y/o entre los mismos. Más preferiblemente , el combustible secundario es el boro. El componente reactivo secundario está típicamente caracterizada en que su régimen de reacción con el oxidante es mas lento que la reacción del combustible de metal con el oxidante. Por lo tanto, el reactivo secundario puede ser considerado como un reactivo retardador en la composición de la presente invención. Sin embargo , la reacción del combustible secundario generalmente proporciona más salida de calor, y se quema mas tiempoque en la reacción del combustible de metal . Las composiciones de la presente invención son de preferencia utilizadas para iniciar que se genere el gas de un sistema de bolsa de aire. Este gas que se genera es típicamente un material de la azida alcalina , tal como la azida de sodio. • Sin embargo, las composiciones de la presente invención se puede utilizar para iniciar cualquiera de los materiales que generan gas sensible a la flama compatible que incluyen propelentes , materiales pirotécnicos y/o explosivos . t!a formulación de las composiciones de la presente invención están de preferencia basadas en proporcionar el oxidante suficiente para tanto el combustible de metal y el combustible secundario con el fin de reaccionar completamente teóricamente , con ambos combustibles ( por ejemplo en la cantidad estequiométrica ). La reacción teórica para un sistema que comprende zirconio, boro y perclorato de potasio , se puede calcular a partir de las siguientes ecuaciones de reacción : 1. 2Zr + CIO^ >> KCl + 2ZrO£ C 57 % Zr/43%KC10 por peso) 2. 8B + 3KC104 ^ Bp°3 + 3KC1 C 17XB/83XKC10 , por peso) Por lo tanto, las composiciones preferidas de la presente invención se pueden considerar como combinaciones de una mezcla estequiómetr ica de un combustible de metal/componente oxidante en combinación con una mezcla estequiométrica de un combustible secundario /componente oxidante . Sin embargo, en la práctica , puede ser deseable proporcionar composiciones las cuales son escasamente el combustible o el oxidante rico que dependen de las propiedades deseadas para ser obtenidas. Esto es particularmente verdadero para la regulación de la salida del gas contra el tiempo, y de la habilidad de las composiciones para encender apropiadamente el propelente . De conformidad a esto, las composiciones preferidas de la presente invención tienen aproximadamente mezclas estequiométricas del combustible del metal /oxidante y del combustible secundario/oxidante. Las combinaciones de las mezclas estequiométricas del combustible del metal/oxidante al combustible secundario/oxidante pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas. La cantidad del combustible de metal/mezcla oxidante en las composiciones puede variar de desde 1 a 99 % del combustible de metal/oxidante, de preferencia de 20 a 90 % del combustible de metal/oxidante y más prefe iblememte de 50 a 80 % de combustible de metal/oxidante. Más preferido es una mezcla de desde BO a 75 % del combustible de metal/oxidante con 40 a 25 % del combustible secundar i o/oxi dante . Por ejemplo, una mezcla 60/40 del combustible de metal/oxidante y combustible secundario/oxidante para un zirconio, boro y un sistema de perclorato de potasio , puede comprender aproximadamente 34 % por peso de zirconio, 59 % de perclorato de potasio, y 7 % de boro. Mediante la regulación de la proporción del combustible de metal /oxidante al combustible secundario/oxidante, las propiedades de la reacción de la mezcla se puede ajustar. De conformidad a esto, el régimen de la reacción , el perfil de la salida de la presión del gas, la habilidad para encender apropiadamente el propelente, y más generalmente las propiedades balísticas de las composiciones de la presente invención se pueden ajustar como se desea para cualquier aplicación dada. Además, la sensibilidad , de las composiciones de la invención pueden ser ajustadas , mediante la regulación de la proporción de los ingredientes , mediante la regulación de los varios parámetros tales como el tamaño de partícula , mediante la proporción de revestimientos de oxidación adicionales , sobre el combustible, y mediante la regulación de la densidad del empaque de las composiciones . Además en uso, las composiciones están generalmente duras, presionadas en una forma específica , y está forma también puede afectar las propiedades balísticas y sensitivas de la composición. En un aspecto adicional, la presente invención también proporciona un agente de encendido de la bolsa de aire para la iniciación de un gas que se genera en una bolsa de aireque comprende una composición pirotécnica de carga única como se ha descrito antes, operativamente adyacente a un alambre de puente, o de cualquier otra fuente de iniciación adecuada , de manera que la iniciación del puente de alambre efectuará la iniciación de la composición pirotécnica . En un aspecto adicional, la presente invención también proporciona un sistema propelente de la bolsa de aire, que comprende un gas que se genera operativamente adyacente a un material de encendido de la bolsa de aire como se ha descrito antes , de manera tal que la iniciación del material de encendido de la bolsa de aire efectuará la iniciación del generador de gas. De preferencia el gas que se genera es una azida de metal alcalino, y en particular la azida de sodio.

Mediante " adyacente operativamente " , quiere significar que el puente de alambre se coloca de una manera cercana al material pirotécnicode carga única para que se efectúe la iniciación del material pirotécnico cuando el alambre de puente también se inicia. Está disposición es de práctica normal, en la técnica del detonador. Similarmente el gas que se genera en la bolsa de aire se coloca cercano al agente de encendido para que se efectúe la iniciación del gas que se genera como en bien conocido en la técnica de la bolsa de aire.

Descpipoión de las Modalidades Preferidas . Una formulación preferida de la composición de la presente invención para que se use en la aplicación de las bolsas de aire, comprende aproximadamente 15 a 45 % del combustible de metal", de aproximadamente 45 a 65 % del oxidante y de aproximadamente 4 a 19 % del combustible secundario . Una composición más preferida comprende de aproximadamente 25 % a 40 % del combustible de metal, de aproximadamente 50 a 60 % del oxidante, y de aproximadamente 6 a 12 % del combustible secundario ( sin que se mencione de otra manera, todas las composiciones están basadas en porcentajes por peso). Una composición más preferida de conformidad a la presente invención comprende de 35 a 37 % de zirconio, de 6 a 8 % de boro, y de 50 a 60 % de perclorato de potasio . Las mediciones de las propiedades de cada una de las composiciones con la finalidad de proporcionar una composición pirotécnica efectiva, se pueden derivar de la presión contra las curvas de tiempo. Se puede generar una familia de curvas mediante el ajuste de la cantidad de cada uno de los componentes en cualquier combinación en particular. El combustible secundario , en combinación con el combustible de metal y el oxidante puede ser, como se muestra en la sección de los ejemplos ., como se menciona abajo, retardar una reacción la cual normalmente se pueden quemar dentro de las fracciones de un mi 1 isegundo a varios milisegundos. Este grado fino del control del régimen de la reacción es importante para el ajuste de las propiedades de la reacción de la carga pirotécnica que corresponden a la transferencia de calor deseada y a la sensibilidad. Como se ha mencionado antes, el mantenimiento de la transferencia de calor deseado, es también importante con el fin de asegurar que la carga que genera el gas de una bolsa de aire, mediante, vía de ejemplo, se inicia en un tiempo , de manera que se llene la bolsa de aire dentro de un tiempo deseado reducido. Además, también es deseable, tener una combina- ción sensible ( con sensibilidad entendemos que es una medida de la facilidad del encendido), también sensible una combinación puede dar como resultado en la combustión prematura . Sin embargo es preferido, que la carga pirotécnica de la presente invención debe ser suficientemente sensible para que se inicie directamente mediante el puente de alambre que se usa convencionalmente en la tecnología del alambre de puente. Sin embargo, bajo ciertas situaciones, puede ser deseable proporcionar una carga adicional de un material más sensible, para que ayude en, o en efectuar la iniciación del material pirotécnico de la presente invención. También, mientras que el material pirotécnico presente es preferiblemente usado para iniciar directamente al gas que se genera, la carga pirotécnica de la presente invención se puede utilizar para iniciar otras cargas en una secuencia pirotécnica de muí t i-cargas . De conformidad, a esto, la presente invención tamben proporciona un material de encendido de la bolsa de aire, para la iniciación de la generación de un gas de la bolsa de aire, que comprende una fuente de iniación tal como un iniciador de alambre de puente , un material sensible de choque, el cual se enciende mediante la iniciación de la fuente de iniciación, y una composición pirotécnica de carga única , como se ha descrito antes, con relación a la presente invención) que trabaja operativamente adyacente al materialsensible de choque. En está disposición, la composición de la presente invención actúa principalmente como la carga de salida del agente de encendido. En su forma más general, el método para la preparación de la composición pirotécnica de una carga, es la combinación apropiada de las porciones en peso , de cada uno de los componentes , la combinación de la mezcla de los tres componentes mediante una técnica de mezclado en húmedo. La mezcla es aire seco en una capa. La mezcla seca luego se tamiza para la eliminación de los agregados indeseables . La mezcla tamizada luego se empaca en un recipiente pirotécnico , o alojamiento , y se presiona en parte mediante el perno de la prensa y luego subsecuentemente la cabeza del material de encendido. Adicionalmente, un material de aglu inamiento o cualquier otro material para la regulación de las características de flujo del polvo durante la presión, tal como Viton o cualquier otro material compatible, con la mezcla, se puede adicionar , de manera que la mezcla se pueda presionar en una masa sólida. Las propiedades de los materiales de la presente invención ahora se demuestran mediante el único - - ejemplo, mediante referencia a los siguientes ejemplos. Ejemplos . Con el fin de demostrar la habilidad de las formulaciones de la presente invención, en la regulación del régimen de reacción, una serie de mezclas basadas sobre zirconio boro y el sistema de perclorato de potasio se prreparan . Una muestra de 800 mg . , de cada una de las mezclas se colocan dentó de una "bomba" sellada de 40 ce, y se inicia haciendo pasar un impulso de corriente constante a través del alambre de puente. La presión que se genera dentro de la bomba se mide como una función del tiempo. Las composiciones que se prueban tienen proporciones de combustible/oxidante de 90/10 , 60/40 y 10/90 . Los niveles de cada una de las composiciones tienen escasamente combustible rico, y tienen las ormulaciones específicas como se mencionan en la Tabla 1. Tabla 1 Proporción de combusZr(%) B(%) KCl (%) tible de metal/oxidante al comb. sec . /oxidante 90/10 54 44 60/40 36 7 57 10/90 6 18 72 - - El parámetro de tiempo/presión para las tres composiciones son como se menciona en la Figura anexa. En la Figura, se puede ver que las composiciones 90/10 y 60/40 inician rápidamente ( dentro de lms), y generan rápidamente un presión elevada relativamente. Las reacciones para estas dos composiciones que escencialmente se complementan en 3 ms . , que son evidenciadas por la caída en la presión, dando como resultado del enfriamiento los gases generados, o mediante la pérdida ligera de la bomba de reacción. En contraste, la composición de 10/90 es más lenta para que inicie ( 6 ms), y alcanza una presión de pico inferior. Sin embargo, la reacción continua por al menos 15 ms . , que se muestra en la Figura como una evidencia mediante la pérdida de la caída en el parámetro del tiempo/presión. De acuerdo con esto, estas series de experimentos demuestan el uso de las composiciones , las cuales pueden propqrcionar* un régimen de reacción rápida que tiene una salida de presión elevada y una composición de reacción más lenta que tiene un tiempo de reacción más largo ' y por lo tanto un tiempo de generación de calor). Teniendo las modalidades específicas descritas de la presente invención , se entenderá que las - modif icaciones de las mismas, pueden ser sugeridas por aquellos expertos en la técnica , y se entenderá que cubre tales modificaciones que quedan comprendidas dentro del alcance de las cláusulas anexas.

Claims (19)

1. R E I V I N D I C A C I O N E S. 1.- Una composición pirotécnica de una sola carga, que comprende aproximadamente de 5 a 55 % por peso de un combustible de metal, de aproximadamente 35 a 80 % por peso de un oxidante, y de aproximadamente 1 a 30 % por peso de un combustible secundario.
2. 2.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 1, en donde el combustible de metal se selecciona del titanio, zirconio, magnesio , aluminio, hafnio y cromo y combinaciones de los mismos y entre los mismos.
3. 3.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 2, en donde el combustible del metal es titanio, zirconio o combinaciones de los mismos o entre los mismos.
4. 4.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 1, en donde el oxidante es un perclorato de metal alcalino o de metal alcalino terreo , clorato o nitrato, o combinaciones de los mismos y entre los mismos.
5. 5.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 4, en donde el oxidante es un perclorato de álcali.
6. 6.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la clausula 5, en donde el perclorato alcalino perclorato de potasio o perclorato de sodio.
7. 7.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 1, en donde el combustible secundario está seleccionado del boro, silicio o carbono, o combinaciones de los mismos y entre los mismos.
8. 8.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 7, en donde el combustible secundario es de boro.
9. 9.- Una composición pirotécnica de una sola carga , según la cláusula 1, que comprende de 15 a 45 % del combustible de metal , de 45 a 65 % del oxidante y de 4 a 19 % del combustible secundario.
10. 10.- Una composición pirotécnica de una sola carga , según la cláusula 9, que comprende de 25 a 40 % del combustible del metal, de 50 a 60 % del oxidante , y de 6 a 12 % del combustible secundario.
11. 11.- Una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 1 , que comprende una combinación de 50 a 75 % de una mezcla estequiómetr ica de combustible de metal y el oxidante, y de 50 a 25 % de una mezcla estequiómetr ica del combustible secundario y del oxidante .
12. 12.- Una composición pirotécnica de una sola carga, según la cláusula 1, que comprende de 35 a 37 % de zirconio, de 6 a 8 % de boro, y de 50 a 60 % del perclorato de potasio. - -
13. 13. -Un agente de encendido de una bolsa de ai-re para la iniciación de la generación del gas de una bolsa de aire , que comprende una composición pirotécnica de una sola carga según la cláusula 1 , operativamente adyacente a la fuente de iniciación , de manera tal que la iniciación de la fuente , efectuará la iniciación de la composición pirotécnica .
14. 14.- Un agente de encendido para una bolsa de aire según la cláusula 13, en donde la fuente de iniciación es un iniciador de alambre de puente.
15. 15.- Un agente de encendido- para una bolsa de aire para generar un gas que comprende una fuente de iniciación , un material sensible al choque , el cual se enciende ., mediante la iniciación de la fuente de iniciación y una composición pirotécnica de una sola carga como se menciona en la cláusula 1, operativamente adyacente al material sensible al choque.
16. 16.- Un sistema propelente de la bolsa de aire que comprende un gas que se genera operativamente adyacente a un agente de encendido de la bolsa de aire como se menciona en la cláusula 13, para la iniciación del agente de encedido de la bolsa de aire, el cual efectuará la iniciación de la generación del gas.
17. 17.- Un sistema propelente de la bolsa de aire según la cláusula 16 , en donde el propelente es una azida alcal ina .
18. 18.- Un sistema propelante de la bolsa de aire según la cláusula 17, en donde el propelante principal es la azida de sodio.
19. 19.- Un sistema propelante para la bolsa de aire , que consiste de un agente de encendido de un alambre de puente, un material pirotécnico de una sola carga, según la cláusula 1 , operativamente adyacente al agente de encendido del alambre de puente, y un gas que se genera operativamente adyacente al material pirotécnico de una sola carga. EXTRACTO OE LA INVENCIÓN. MATERIAL PIROTÉCNICO DE UNA SOLA CARGA . Un material pirotécnico de una sola carga que comprende un combustible del metal, un oxidante , y un combustible secundario el cual se puede usar para regular el régimen de la reacción del material pirotécnico. La composición se puede usar como un material de encendido de una sola carga, en el sistema de la bolsa de aire del automóvil ,, en lugar de la carga de encendido separada y de la carga que incrementa comunmente uti 1 izadas . - - Bajo protesta de decir verdad, manifiesto que el mejor método para llevar a la práctica la presente invención es el que se menciona en esté solicitud. En testimonio de lo cual firmamos la presente México, D.F., a 4 de Octubre de 1995 ICI AMERICAS INC.