[发明专利]用于气囊的产气剂

说明书

本发明涉及一种产气剂模制用品(gas-generant-molded-article)，用以燃烧产生气体成分使气囊系统膨胀展开，和生产这种用品的方法。更具体地讲，本发明涉及一种新的产气剂组合物，该组合物可在汽车及飞机携带的和用于人体保护的气囊系统中产生操作气体。

气囊系统是众所周知的，其中有一个袋囊，在车辆如汽车高速相撞时，可以充气快速膨胀展开，防止由于惯性造成乘坐人猛烈地撞击在车内损伤性物品及/或硬部件上(如驾驶盘及风挡)。对于用作气囊系统的产气剂的要求是非常严格的，如袋的膨胀展开时间要非常短，通常40至50微秒，和要求袋中气体气氛对人体无害(如接近车内空气组成)。

目前气囊系统通常使用的产气剂包括有无机叠氮化合物，尤其是叠氮化钠。虽然从燃烧性能角度看，叠氮化钠仍是很好的产气剂，但从对乘坐人安全角度来看，叠氮化钠并没有满足上述要求，因为它在气体发生中生成一种副产物的碱性成分是有毒的。此外，由于叠氮化钠本身就有毒性，当抛弃它时它对环境作用的影响也是令人关心的。

为了克服这些缺点，某些，所谓非叠氮化物产气剂得到了发展，并取代了叠氮化钠产生剂。例如，一种组合物包括，作为其主要成分的，四唑、三唑或其金属盐，以及含氧的氧化剂如碱金属硝酸盐，在JP-A-3-208878中有披露。此外，产气剂包括，作为它们主要成分的，不含氢的双四唑化合物的金属盐类，在JP-B-64-6156及JP-B-64-6157中均有所披露。

另外，一种含四唑或三唑过渡金属络合物的产气剂也在JP-B-6-57629中提及。还有一种含硝酸三氨基胍的产气剂在JP-A-5-254977中提出；一种含碳酰肼的产气剂在JP-A-6-239683中提及；和一种含氮非金属化合物的产气剂，包括有醋酸纤维素及硝基胍的产气剂在JP-A-7-61855中提及。此外，采用硝基胍作为一种能源材料与15％至30％一种纤维素粘结剂共同存在在US5,125,684中有所披露。另外，在JP-A-4-265292中还披露了一种产气剂组合物，包括一种由四唑及三唑衍生物与一种氧化剂及结渣剂(slag-forming)构成的组合。

但是，含氮有机化合物有一个缺点，即它们与叠氮化物比较起来，在氧化剂产出氧量足以与其化学当量一致(即燃烧该化合物分子中所含的碳、氢及其它元素需氧量)的条件下燃烧时，要释放出大量的热能。尽管除了产气剂的性能外，气囊系统自身尺寸大小不妨碍正常驾驶是最基本的，但是，对于燃烧热值大的产气剂，在设计气体发生器时，就要求有任选的散热部件，这样就不可能做到使气体发生器微型化。尽管可以通过选择氧化剂的类型来降低热值，但这样又会使燃烧线速度下降，进一步使产气性能下降。

如上所述，与采用无机叠氮化物产气剂组合物比较，当使用足以产生与其化学当量一致的氧时，包括含氮有机化合物的产气剂，通常都有燃烧释放热能大的缺点。由于燃烧温度高的结果，燃烧线速度就低了。

高燃烧温度引起的问题是气袋遭受破坏，这是因为从吹气器(增压泵，inflater)选出了(i)在组合物中含有的氧化剂成分产生的碱性雾状化学反应产物，以及(ii)由于冷却剂磨蚀冷却部件又新产生的高温热颗粒，而冷却部件通常是用不锈钢制备的。但是，如果能在碱雾及热颗粒到达冷却部件之前在燃烧室中也形成一种结渣，就能防止氧化剂成分产生的碱雾和在燃烧室新生成的高温热固粒流出吹气器。用这种方式，采用少量的冷却剂的吹气器系统就能够实现，而不致严重损坏气袋，因为尽管产生的气体温度高，但热容量小。这样的效果也就有可能做到吹气器尺寸更小一些。

非叠氮化物产气剂组合物，采用各种含氮有机化合物，包括四唑衍生物，以前已有研究。尽管组合物的燃烧线速度随氧化剂组合类型而各有所不同，但是几乎所有这类组合物的燃烧线速度都在30mm/sec或以下。

燃烧线速度会对产气剂组合物的实体构型有影响以满足所要求的性能。对于一种产气剂组合物的构型，其产气剂组合物燃烧时间取决于厚部件的最薄厚度和组合物的燃烧线速度。吹气器系统要求的气袋膨胀展开时间是约40至60微秒。

在这样的时间内要完全燃烧，多数情况下所采用的是粒状及薄片形的产气剂组合物。但是，例如在厚度为2mm，燃烧线速度为20mm/sec时，就需要有100微秒的时间，这样就不能够满足对汽车用的气囊吹气器的性能要求。

因此，对于燃烧线速度约20mm/sec的产气剂组合物，而厚度不到约1mm时，其性能不能满足要求。于是对于燃烧线速度约10mm/sec或更低的情况，其基本条件是厚部件的厚度还要更低。