PL212671B1

PL212671B1 - Sposób wytwarzania na drodze suchej materialów pirotechnicznych, materialy pirotechniczne i zastosowanie materialu pirotechnicznego

Info

Publication number: PL212671B1
Application number: PL384183A
Authority: PL
Inventors: Marie Gaudre; Eric Giraud; Dimitri Charrette
Original assignee: Snpe Materiaux Energetiques
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2012-11-30
Also published as: CN101198400A; RO122626B1; FR2887247B1; WO2006134311A2; KR101276531B1; PL384183A1; JP2008546615A; CN101198400B; JP5204648B2; CZ306508B6; US8216402B2; KR20080015432A; WO2006134311A3; CZ2007876A3; US20090205757A1; FR2887247A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania na drodze suchej materiałów pirotechnicznych, materiały pirotechniczne i zastosowanie materiału pirotechnicznego. Chodzi tu o materiały pirotechniczne, przeznaczone zwłaszcza do stosowania w dziedzinie bezpieczeństwa samochodowego, na przykład w wytwornicach gazu do poduszki powietrznej.

W dotychczasowym stanie techniki są znane sposoby wytwarzania materia ł ów pirotechnicznych, obejmujące etap ugniatania i etap wytłaczania realizowany za pomocą wytłaczarki dwuślimakowej oraz etap krojenia cienkich rurek otrzymanych po wytłaczaniu. Ten rodzaj sposobu wytwarzania jest opisany na przykład we francuskim zgłoszeniu patentowym nr 2 779 426. Jednak takiego sposobu nie można stosować do wszystkich rodzajów kompozycji pirotechnicznych. W związku z tym, że kompozycja zawiera znaczną ilość ładunku, takiego jak na przykład nadchloran amonowy albo azotan sodowy, to materiał staje się bardzo lepki i nie może być wytłaczany.

Nowe propergole stosowane w dziedzinie bezpieczeństwa samochodowego mogą zawierać więcej niż 95% ładunku i stąd istnieje konieczność odwołania się do innego sposobu wytwarzania. Tym sposobem wytwarzania jest na przykład prasowanie za pomocą maszyny do prasowania albo tabletkarki.

Wytwarzanie tabletek opiera się na następujących etapach:

- mieszanie surowców kompozycji,

- zagę szczanie.

Po tych dwóch etapach może ewentualnie mieć miejsce etap granulacji, po którym może ewentualnie następować etap formowania prasowanych obiektów.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 6143101 jest znana kompozycja pirotechniczna, którą można stosować w postaci pastylek. Taka kompozycja zawiera azotan guanidyny, zasadowy azotan miedzi i jeden albo więcej tlenków metali. Otrzymuje się ją na drodze mokrej.

Etap granulacji umożliwia otrzymanie granulek. Tworzenie granulek jest konieczne do uzyskania odpowiedniego płynięcia w kierunku usytuowanej dalej tabletkarki i w ten sposób umożliwienie jej dobrego działania.

Granulacja może być prowadzona różnymi sposobami, na przykład drogą „zawiesiny” (szlamu albo papki). Droga „zawiesiny” polega na wprowadzeniu ładunku do roztworu w rozpuszczalniku, na przykład w wodzie, a następnie odparowaniu rozpuszczalnika. Odparowanie rozpuszczalnika można prowadzić na przykład drogą atomizacji. Atomizacja polega na rozpylaniu roztworu na drobne kropelki w strumieniu gorącego powietrza w celu wykrystalizowania materiału z utworzeniem granulek. Ten rodzaj znanego sposobu wytwarzania ma niedogodność polegającą na tym, że jest dość kosztowny i ma niską wydajność. Na koniec otrzymane granulki są w znany sposób prasowane w tabletkarce z utworzeniem tabletek kompozycji pirotechnicznych.

Stosować można także i inne znane sposoby granulacji, przy czym jednak większość z nich wymaga etapu suszenia, który może okazać się długi i delikatny. Obecność tego etapu ma ujemny wpływ na wydajność i powoduje wyższy koszt inwestycji.

Z amerykańskiego opisu patentowego US 5 489 349 są znane oryginalne materiały pirotechniczne, jak również sposób ich otrzymywania. Zgodnie z wymienionym sposobem, wychodząc z proszków, wytwarza się najpierw drogą zagęszczania fragmenty o małej wielkości. Wymienione małe fragmenty poddaje się następnie aglomeracji drogą prasowania pod niskim ciśnieniem. Wymienione małe fragmenty zachowują swoją indywidualność w strukturze produktu końcowego.

W opisie patentowym US 6 132 537 ujawniono nie zawierające azydków kompozycje wytwarzające gaz. Kompozycje te zawierają specyficznie co najmniej dwa ładunki redukujące i trzy ładunki utleniające. Proszki stanowiące materiał wyjściowy są mieszane i prasowane do utworzenia tabletek. Taki proces prowadzony jest jedynie w skali laboratoryjnej. Nie obejmuje on sukcesywnego wytwarzania wstęgi zagęszczonego materiału i granulek z mieszaniny sproszkowanych ładunków, w tym ładunku mającego właściwości płynięcia pod naciskiem.

Celem wynalazku jest zaproponowanie prostego sposobu wytwarzania obiektów pirotechnicznych, o bardzo zadowalającej wydajności i niskim koszcie inwestycyjnym.

Ten cel osiąga się łącząc technologię (droga sucha) i wybór surowców.

Sposób wytwarzania na drodze suchej materiałów pirotechnicznych, obejmujący:

- mieszanie na sucho pylistych surowców typu ł adunków utleniają cych i redukują cych, i

PL 212 671 B1

- zagęszczanie na sucho otrzymanej mieszaniny, odznacza się według wynalazku tym, że wymienione pyliste surowce zawierają co najmniej jeden ładunek redukujący wybrany spośród pochodnych guanidyny, wodorków metali, wodorków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych oraz co najmniej jeden ładunek utleniający wybrany spośród azotanów metali alkalicznych, azotanów metali ziem alkalicznych i zasadowych azotanów metali, przy czym co najmniej jeden z wymienionych ładunków redukujących i utleniających ma właściwość płynięcia pod naciskiem oraz wspomniane zagęszczanie na sucho prowadzi się w walcowym urządzeniu do zagęszczania i wytwarza się wstęgę zagęszczanego materiału oraz sposób obejmuje ponadto granulację na sucho zagęszczanej mieszaniny.

Korzystnie wymienione pyliste surowce zawierają azotan guanidyny.

Korzystnie wymienione surowce pyliste zawierają:

- od 45 do 55% wagowych azotanu guanidyny i

- od 40 do 50% wagowych zasadowego azotanu miedzi.

Korzystnie ciśnienie zagęszczania wynosi do 1,5 x 10⁵ do 6 x 10⁵ kPa.

Korzystnie granulację na sucho realizuje się drogą wymuszonego przepuszczania zagęszczonej mieszaniny przez kalibrowaną siatkę.

Korzystnie obejmuje ponadto prasowanie na sucho otrzymanych granulek.

Przedmiotem wynalazku są również materiały pirotechniczne wytworzone sposobem jak opisano powyżej, występujące w postaci granulek albo materiałów prasowanych, których gęstość jest wyższa niż 90% gęstości teoretycznej.

Przedmiotem wynalazku jest też zastosowanie materiału pirotechnicznego opisanego powyżej jako ładunku zapłonowego ładunków pirotechnicznych zawartych w układach bezpieczeństwa samochodowego albo jako ładunków pirotechnicznych.

Połączenie (adekwatność) wymienionej technologii i specyficznych surowców pozwala na otrzymanie, w interesujących warunkach, obiektów pirotechnicznych, które mają doskonałe właściwości, zwłaszcza ze względu na zastosowanie w pirotechnicznych wytwornicach gazu w dziedzinie bezpieczeństwa samochodowego, w różnych postaciach:

- granulki pochodzące z dwóch kolejnych etapów prasowania i granulacji,

- obiekty prasowane pochodzące z trzech kolejnych etapów zagęszczania, granulacji i prasowania.

Sposób według wynalazku jest szczególnie przystosowany do kompozycji o wysokiej zawartości ładunków (powyżej 95%, a nawet (kwazi) 100%, z których co najmniej jeden z ładunków płynie i jest to przypadek na przykład kompozycji zawierającej azotan guanidyny.

Przedmiotowe pyliste surowce zawierają co najmniej jeden ładunek redukujący wybrany spośród pochodnych guanidyny (taki jak azotan guanidyny: NG), wodorki metali (takie jak TiH2), wodorki metali alkalicznych (takie jak LiH) i ziem alkalicznych (takie jak CaH2) oraz co najmniej jeden ładunek utleniający wybrany spośród azotanów metali alkalicznych (takich jak azotany K, Na i Li), azotanów metali ziem alkalicznych (takich jak azotany Sr, Be, i Ba) i zasadowych azotanów metali (takich jak zasadowy azotan miedzi: BCN), przy czym co najmniej jeden z wymienionych ładunków redukujących i utleniają cych ma wł a ś ciwość pł ynię cia.

Przedmiotowe pyliste surowce zawierają co najmniej jedną pochodną guanidyny, a zwłaszcza azotan guanidyny.

Wymienione pyliste surowce zawierają korzystnie azotan guanidyny (NG) i zasadowy azotan miedzi (BCN). W ramach tego korzystnego wariantu zawierają one na ogół:

- 45 do 55% wagowo azotanu guanidyny i

- 40 do 50% wagowo zasadowego azotanu miedzi.

Bardzo korzystnie wymienione surowce nie zawierają innych ładunków utleniających albo redukujących niż wymieniony azotan guanidyny (NG) i zasadowy azotan miedzi (BCN).

Zgodnie ze sposobem według wynalazku mieszanie pylistych surowców prowadzi się każdą techniką mieszania nadającą się do mieszania takich materiałów (proszków).

Zagęszczanie prowadzi się na ogół drogą przepuszczania surowców pomiędzy dwoma cylindrami wprowadzonymi w ruch obrotowy w przeciwnych kierunkach, a zatem stosuje się na ogół cylindryczne urządzenie do zagęszczania. Ciśnienia zagęszczania wynoszą na ogół od 1,5 x 10⁵ do 6 x 10⁵ kPa (1500 do 6000 barów).

Mieszaninę surowców otrzymaną na wyjściu z etapu mieszania można przenosić, w celu poddania jej etapowi zagęszczania, za pomocą układu jednoślimakowego albo wieloślimakowego.

PL 212 671 B1

Zgodnie ze sposobem według wynalazku mieszaninę surowców „klasycznie” zagęszcza się na sucho, przy czym wytwarza się taśmę zagęszczonego materiału. Powierzchnia cylindrów pracującego urządzenia zagęszczającego nie jest poddana obróbce i jest idealnie gładka.

Taśma zagęszczonego materiału otrzymana pod koniec „klasycznego” zagęszczania na sucho nie jest na ogół oceniana jako taka i służy do zasilania granulatora.

Sposób według wynalazku, obejmuje zatem granulację na sucho zagęszczonej mieszaniny i można go zatem podsumować następująco: mieszanie na sucho + zagęszczanie na sucho + granulacją na sucho.

Granulację na sucho prowadzi się na ogół drogą wymuszonego przepuszczania zagęszczonej mieszaniny przez kalibrowaną siatkę. Takie wymuszone przepuszczanie prowadzi się na ogół za pomocą wirnika, który powoduje fragmentację wymienionej zagęszczonej mieszaniny na wymienionej siatce. Granulację na sucho prowadzi się zatem na ogół za pomocą szeregu granulatorów, z których każdy jest utworzony z wirnika i kalibrowanej siatki.

W ramach realizacji sposobu według wynalazku granulacja może być zakończona korzystnie sortowanymi rodzajami otrzymanych granulek, pozwalając na otrzymanie na końcu granulek doskonale kalibrowanych. Granulki odrzucone albo niekalibrowane resztki materiału wykorzystuje się korzystnie ponownie (zawraca do procesu) w celu poddania ich nowemu etapowi granulacji.

Pod koniec tego etapu granulacji otrzymuje się materiały pirotechniczne typu granulek, korzystnie granulek kalibrowanych, wykorzystywanych bezpośrednio w układach pirotechnicznych, takich jak wytwornice gazu. Te granulki, mają na ogół wymiary rzędu od kilkudziesięciu mikrometrów do kilku milimetrów, a ich wymiary są na ogół mniejsze niż 5 mm.

Takie granulki można otrzymywać zwłaszcza z bardzo gęstych, zidentyfikowanych wyżej surowców, to jest takich, które mają gęstość wyższą niż 90% gęstości teoretycznej.

Takie granulki i ich zastosowania stanowią inne przedmioty niniejszego wynalazku, mianowicie

- materiał y pirotechniczne nadaj ą ce się do otrzymywania sposobem wedł ug wynalazku z granulacją na sucho, taką jak opisano wyżej, przy czym materiały typu granulek mają taką gęstość i skład, jak podano wyżej,

- zastosowania takiego materiału, a mianowicie jako ładunku zapłonowego ładunków pirotechnicznych zawartych w układach z dziedziny bezpieczeństwa samochodowego albo jako ładunków pirotechnicznych tego rodzaju.

W sposób całkowicie oryginalny sposób wedł ug wynalazku umoż liwia otrzymywanie takich granulek stosowanych bezpośrednio.

Sposób według wynalazku, w ramach jego drugiego wariantu realizacji, może obejmować po etapie granulacji etap prasowania na sucho otrzymanych granulek i można go wtedy podsumować następująco: mieszanie na sucho + zagęszczanie na sucho + granulacja na sucho + prasowanie na sucho.

Otrzymane granulki mogą służyć zatem, zgodnie z korzystnym wariantem realizacji sposobu według wynalazku, do zasilania urządzenia do prasowania.

W celu otrzymania gęstych materiałów o grubości bliskiej 2 mm ciśnienie przyłożone do granulek wynosi na ogół od 1,5 x 10⁵ do 6,5 x 10⁵ kPa. Takie ciśnienie przyłożone w czasie prasowania jest na ogół wyższe niż ciśnienie przyłożone w czasie zagęszczania.

Prasowanie stosowane do granulek według wynalazku umożliwia otrzymanie gęstych sprasowanych materiałów pirotechnicznych (które mają gęstość wyższą niż 90% gęstości teoretycznej), zwłaszcza typu tabletki (etap prasowania prowadzi się wtedy w tabletkarce), wafla albo monolitu, przy czym ta lista nie jest wyczerpująca.

Takie gęste sprasowane materiały pirotechniczne i ich zastosowania stanowią inne przedmioty niniejszego wynalazku:

- materiały pirotechniczne nadające się do otrzymywania sposobem według wynalazku z granulacją na sucho i ewentualnie z prasowaniem na sucho, takimi jak opisano wyżej, przy czym materiały typu obiektów sprasowanych (na przykład tabletki, wafle, monolity, itp.) mają taką gęstość i skład, jak podano wyżej,

- zastosowania takich materiałów, zwłaszcza jako ładunku zapłonowego ładunków pirotechnicznych zawartych w układach bezpieczeństwa samochodowego, albo jako ładunków pirotechnicznych tego rodzaju (patrz wyżej).

Specjalista w tej dziedzinie wykorzysta każdą zaletę sposobu według wynalazku.

PL 212 671 B1

Wybrana technologia (na drodze suchej) umożliwia zwłaszcza, z wybranych surowców (mianowicie NG + BCN) otrzymywanie bezpośrednio stosowanych granulek.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony w przykładach realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób realizacji sposobu wytwarzania na drodze suchej materiałów pirotechnicznych według wynalazku, fig. 2 przedstawia w widoku w rzucie poziomym cykl pracy tabletkarki obrotowej, którą można stosować przy realizacji wariantu sposobu według wynalazku, zaś fig. 3 przedstawia przykład cylindra do zagęszczania wyposażonego we wgłębienia do bezpośredniego otrzymywania zagęszczonych/sprasowanych obiektów.

Sposób wytwarzania na drodze suchej materiałów pirotechnicznych według wynalazku obejmuje etap mieszania 1 surowców tworzących kompozycję. Jak przedstawiono na fig. 1 mieszaninę można wytwarzać stosując różne urządzenia znane w stanie techniki. Mieszaninę można wytwarzać za pomocą „urządzenia zawracającego” 10, konwekcyjnej mieszarki ślimakowej 11 albo na przykład konwekcyjnej mieszarki łopatkowej 12. Zgodnie z wynalazkiem mieszanie składników prowadzi się na sucho.

Otrzymaną mieszaninę poddaje się na koniec etapowi zagęszczania 2 i etapowi granulacji 2bis. Zgodnie z wynalazkiem ten etap granulacji prowadzi się na drodze suchej, co oznacza, że nie wymaga on stosowania rozpuszczalnika. Mieszaninę w postaci proszku wstrzykuje się przede wszystkim do urządzenia do zagęszczania 20, w którym podlega on etapowi zagęszczania. Wstrzykiwanie w kierunku (S) posuwu materiału prowadzi się na przykład stosując układ ślimakowy 13 kończący się w urządzeniu do zagęszczania 20. Urządzenie do zagęszczania 20 ma postać dwóch cylindrów 200, 201 rozmieszczonych równolegle i w takiej odległości od siebie, aby pozostawić pomiędzy nimi przerwę, na poziomie której mieszaninę zagęszcza się. Dwa cylindry 200, 201 wprawia się w ruch obrotowy w przeciwnych kierunkach i o tej samej szybkości dookoła ich odpowiedniej osi. Ciśnienie przykłada się do materiału pomiędzy cylindrami. Kierunek obracania się cylindrów 200, 201 wybiera się w taki sposób, aby powodować przesuwanie się materiału w kierunku posuwu (S) wyznaczonego ślimakiem 13.

Zagęszczona mieszanina wychodząca z urządzenia do zagęszczania 20 ma na przykład postać płyt, względnie taśm.

Taśmy względnie wychodzące z urządzenia do zagęszczania można następnie wprowadzać do granulatora. Przeprowadzenia w postać granulek dokonuje się na przykład stosując wirnik 21 obracający się w pobliżu siatki 22. Obracający się wirnik 21 umożliwia wymuszone przechodzenie taśmy, względnie płyty materiału przez siatkę 22. Taśma; względnie płyta przechodząca przez otwory siatki 22 jest w ten sposób łamana na granulki.

Otrzymane granulki są następnie sortowane w taki sposób, aby mieć pewną klasę ziarnową. W celu otrzymania granulek, które mają wymaganą wielkość, można stosować układ dwóch nałożonych na siebie siatek 23, 24. Siatka górna 23 ma długość oczka większą niż długość oczka siatki dolnej 24. Otrzymane granulki, jeżeli mają wymaganą wielkość, przechodzą przez siatkę górną 23, natomiast granulki zbyt duże pozostają na tej siatce 23. Granulki zbyt małe przechodzą przez siatkę górną 23, jak również przez siatkę dolną 24. Granulki znajdujące się pomiędzy dwiema siatkami 23, 24, to jest ani za małe ani za duże, będą albo wykorzystywane do wytwarzania sprasowanych obiektów, takich jak tabletki, wafle albo monolity (wymienione granulki są w tym celu tabletkami), albo bezpośrednio wykorzystywane jako takie. Granulki zbyt duże, jak również granulki zbyt małe, mogą być ponownie wstrzykiwane do urządzenia do zagęszczania 20.

Formowanie tabletek z kompozycji pirotechnicznej (etap tabletkowania 3) można realizować za pomocą tabletkarki obrotowej, której zasada działania jest przedstawiona na fig. 2, na przykład za pomocą alternatywnego urządzenia do zagęszczania (nieprzedstawionego).

Granulki są wsypywane w sposób ciągły do leja zawierającego element przesuwny 300, przed którym przesuwa się w sposób ciągły wiele matryc 31 niesionych przez wieżyczkę. Z każdą matrycą są związane dwa stemple 32, 33, dolny i górny. Stempel dolny umożliwia dozowanie granulek wsypanych do matrycy 31 za pomocą zasilającego elementu przesuwnego 300. Urządzenie wyrównawcze 36 pozwala na koniec na usunięcie nadmiaru granulek z matrycy 31. W miarę obrotu matrycy napełnionej granulkami stempel dolny 32 i stempel górny 33 zbliżają się do siebie, na przykład za pomocą rolek dociskowych 34, aż do pojawienia się prasowania znajdujących się pomiędzy nimi granulek. Na koniec wstrzykuje się związek pirotechniczny 35 utworzony drogą prasowania pomiędzy dwoma stemplami.

Etap prasowania może być pominięty, ponieważ otrzymanie gęstych i skalibrowanych granulek może wystarczyć do zasilania układu pirotechnicznego.

PL 212 671 B1

Etap formowania granulek drogą wymuszonego przepuszczania przez siatkę 22, jak również etap prasowania, mogłyby być pominięte, przy czym prasowanie w postaci tabletek albo małych kulek można prowadzić wtedy podczas zagęszczania. W tym celu, część każdego z cylindrów do zagęszczania 200, 201 ma wgłębienia A, fig. 3. Wgłębienia A mogą mieć różne kształty geometryczne, a także, na przykł ad, przekrój pod łu żny, kwadratowy albo okrą g ł y. W czasie obracania się każ de wgłębienie A każdego 2 cylindrów 200, 201 współpracuje z i odpowiada wgłębieniu w drugim cylindrze. Mieszanina materiału pirotechnicznego jest zatem nie tylko zagęszczana pomiędzy cylindrami 200, 201, lecz także prasowana bezpośrednio we wgłębieniach A w postaci tabletek albo małych kulek.

Objętości tak uzyskanych tabletek i małych kulek mogą wynosić od 10 mm³ do 2 cm³, co odpowiada na ogół tabletkom i małym kulkom, których masa wynosi od kilkudziesięciu miligramów do 10 gramów.

Claims

1. Sposób wytwarzania na drodze suchej materiałów pirotechnicznych, obejmujący:

- zagęszczanie na sucho otrzymanej mieszaniny, znamienny tym, ż e wymienione pyliste surowce zawierają co najmniej jeden ładunek redukujący wybrany spośród pochodnych guanidyny, wodorków metali, wodorków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych oraz co najmniej jeden ładunek utleniający wybrany spośród azotanów metali alkalicznych, azotanów metali ziem alkalicznych i zasadowych azotanów metali, przy czym co najmniej jeden z wymienionych ł adunków redukują cych i utleniają cych ma wł a ś ciwość pł ynię cia pod naciskiem oraz wspomniane zagęszczanie na sucho prowadzi się w walcowym urządzeniu do zagęszczania i wytwarza się wstęgę zagęszczanego materiału oraz sposób obejmuje ponadto granulację na sucho zagęszczanej mieszaniny.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wymienione pyliste surowce zawierają azotan guanidyny.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wymienione surowce pyliste zawierają:

- od 45 do 55% wagowych azotanu guanidyny i

- od 40 do 50% wagowych zasadowego azotanu miedzi.

4. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 3, znamienny tym, że ciśnienie zagęszczania wynosi do 1,5 x 10⁵ do 6 x 10⁵ kPa.

5. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 4, znamienny tym, że granulację na sucho realizuje się drogą wymuszonego przepuszczania zagęszczonej mieszaniny przez kalibrowaną siatkę.

6. Sposób według jednego z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że obejmuje ponadto prasowanie na sucho otrzymanych granulek.

7. Materiały pirotechniczne wytworzone sposobem określonym w zastrz. 1 do 6, znamienne tym, że występują w postaci granulek albo materiałów prasowanych, których gęstość jest wyższa niż 90% gęstości teoretycznej.

8. Zastosowanie materiału pirotechnicznego określonego w zastrz. 7 jako ładunku zapłonowego ładunków pirotechnicznych zawartych w układach bezpieczeństwa samochodowego albo jako ładunków pirotechnicznych.