[发明专利]产气烟火复合物

说明书

技术领域

本发明涉及产气烟火复合物，该复合物适用于机动车乘员防护系统，例如用于安全气囊充气或用于安全带预紧器。

背景技术

在过去的二十年，涉及机动车乘员防护的技术领域已经历了很大的发展。最新一代机动车在乘客室内整合了若干安全气囊型或安全带预紧器型的安全系统。该安全系统的运行是由烟火复合物的燃烧气体完成的。在安全气囊型系统中，主要分为用于正面碰撞的安全气囊(驾驶员或乘客的安全气囊)和用于侧面碰撞的安全气囊(胸部防护的帘式安全气囊)。

考虑到机动车厂商要求降低用于安全气囊的气体发生器的成本，烟火药料必须同时满足以下要求：

-烟火药料燃烧产生的气体必须是无毒的，也就是燃烧产生的气体中氯化化合物、一氧化碳和氮氧化物的含量低；

-组合物的气体产量(也就是由燃烧产生的气体量)必须高，以产生高充气力。这是由所述组合物的摩尔气体产量(mol/kg)和其燃烧温度T_c(K)的乘积决定的；

-相关联地，由燃烧产生的固体粒子的量必须保持低水平，所述固体粒子能够构成损坏安全气囊壁的热点；

-燃烧温度不能过高(理想地低于2200K)，这样安全气囊里的气体温度足够低，不会伤害乘员的身体。低燃烧温度一方面使得能够限制气囊的厚度，另一方面使得能够通过减少该气囊内的折流板(baffles)及过滤器来简化气体发生器的设计。最终，该气体发生器重量减轻、体积减小，成本较低；并且

-该烟火组合物必须具有高的单位面积充气率，该单位面积充气率通过乘积ρ×n×T_c×V_c来评估。其中，ρ是烟火材料的密度(以g/cm³表示)，n是燃烧的摩尔气体产量(以mol/g表示)，T_c是燃烧温度(以K表示)，V_c是燃烧速率(以mm/s表示)。因此，单位面积充气率这一参数用mol·K·mm^-2·s^-1表示。

用于侧面应用的安全气囊系统与用于正面应用的安全气囊系统本质上的区别在于安全气囊展开和定位所需要的时间。一般地，侧面安全气囊需要的这一时间较短(约为10ms-20ms，而正面安全气囊需要40ms-50ms)。对于侧面安全气囊，快速充气的功能要求使其需要借助于如下的烟火组合物以获得足够的单位面积充气率(乘积ρ×n×T_c×V_c)，所述组合物在发生器燃烧室中的整个工作压力范围(一般约为20MPa-80MPa)内都拥有高燃烧速率(一般在20MPa下大于35mm/s，在50MPa下大于40mm/s)。此外，为了保证该系统顺利启动，所述烟火组合物必须还具有好的可燃性特征。最后，考虑到所使用的药料(丸型)的表面轮廓通常是渐缩的，该组合物理论上应该具有在低压(将低压理解为表示等于或稍大于大气压的压力)下稳定且足够高的燃烧速率。

此外，侧面应用的安全气囊系统可能需要两种气体发生器技术：被称为全烟火气体发生器(仅通过烟火药料燃烧产生气体)的技术以及被称为“混合型”气体发生器(由烟火药料燃烧以及在密封容器中加压贮存的非活性气体共同产生气体)的技术。对于“混合型”发生器，烟火药料的燃烧温度必须不能过低，这样才能使燃气足够热，以补偿预压的非活性气体体积膨胀引起的温度下降。理想地，要求燃烧温度高于2000K。

因此，本领域技术人员正在寻找具备适中燃烧温度(约2000K-2200K)以及在整个运行压力范围(包括低压)下都具有高燃烧速率的烟火组合物，以使所述组合物适用于打算用于侧面安全气囊的全烟火气体发生器或混合型气体发生器。

迄今为止，已提出了多种类型的烟火组合物。目前，在燃烧温度和燃烧气体毒性之间提供最佳折衷的烟火组合物由碱式硝酸铜(BCN)和硝酸胍(GN)的混合物配制而成，其中，BCN为氧化药料，GN为还原药料。BCN/GN对的使用可获得通常为约1800K的低燃烧温度。专利US5608183描述了由湿法制造工艺获得的此类组合物。然而，这些组合物具有以下主要的缺点：

-不可滤固体残渣含量高。这些残渣来源于BCN的分解，形式为气体发生器燃烧室中的温度下的铜液滴，所述液滴离开所述发生器时固化。由此产生的热固体粒子随后能够损坏安全气囊壁；

-“可燃性”差，因而需要使用大量引燃药料(ignition charge)，这增加了发生器的成本；

-气体产量不太高；

-燃烧温度太低，使其难以适用于“混合型”发生器；并且