可挤出式产气药的制作方法

专利名称:可挤出式产气药的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于气体产生的材料，例如产生膨胀气体，为可膨胀装 置如汽车充气约束系统的气嚢充气，更特别地，涉及可冲齐出的含高氯酸 盐的产气药，此类产气药可产生或导致多种不良成分含量降低的气流并 且有利于或易于通过挤出处理生产制造。
背景技术：
通常，当汽车在如碰撞事故中急剧减速时，利用气体膨胀或者延展 的垫子或者袋子，如气嚢，被用于保护汽车乘员。此类气嚢约束系统通
常包括 一个或者多个处于未充胀且折叠的状态以减少所占空间的气嚢； 一个或者多个置于汽车框架或者车体的用于检测汽车急剧减速的撞击传 感器；靠撞击感应器电子起动的激活系统；和产生或者供应气体以充胀 气嚢的充气装置。在汽车急剧减速的情况下，撞击感应器起动激活系统 进而激活充气装置在数亳秒内充胀气嚢。
用于充胀一个或者多个充气约束系统的气嚢的多种的充气装置已经 在本领域中公开。通过烟火型产气材料如产气药的燃烧来形成或者产生 膨胀气体的充气装置是^^知的。例如，利用产气药燃烧产生的高温燃烧 产物，包括额外的气体产物，提供储备和加压的气体来充胀一个或者多 个气嚢的充气装置是已知的。在其他已知的充气装置中，产气药燃烧产 生的燃烧产物可能是唯一的或者基本上唯一的用于充胀气嚢的膨胀气体 来源。通常，此类充气装置包括移除在产气药燃烧过程中产生的充气中 的灰尘或者颗粒物质的滤网，以限制或避免乘员暴露于不良和/或有毒燃 烧副产物。
基于对乘客安全和伤害避免不断提升的关注，很多汽车通常包括几 个充气约束系统，每个系统包括一个或多个充气装置。例如， 一辆汽车可能包括驾驶员气嚢、乘客气嚢、 一个或多个安全带张紧器、 一个或多 个膝盖保护和/或一个或多个膨胀安全带，每一个配有相关联的充气装 置，以使驾驶员和乘客免于正面撞击。汽车可能也包括一个或者多个头/ 胸护垫、胸部护垫和/或窗帘，每一个配有至少一个相关联的充气装置， 用以使驾驶员和乘客免于侧面撞击。通常，在一辆特定的汽车中的所有 充气装置产生的气流或膨胀气体，作为一个整体时，要求满足严格的含 量限制以达到目前工业安全的要求。因此，希望此类充气装置使用的产 气药产生尽可能少的不良气流如氯化氢、 一氧化碳、二氧化氮和一氧化 氮。
很多产气药包括高氯酸盐添加剂作为氧化剂，例如高氯酸铵和/或碱 金属的高氯酸盐。此类高氯酸盐添加剂通常作为提高产气药燃烧效率的 氧的来源在产气药中使用，如碳到二氧化碳、氢到水和氮到氮气的完全 转化。然而，高氯酸盐添加剂往往也产生燃烧的气体副产物氯化氢，而 过高浓度的氯化氢可能是有毒的和/或具有腐蚀性的。氯化氢能够通过添 加碱或碱土金属盐到产气药中而被从燃烧气流中移除。此类碱或碱土金 属盐与氯化氢反应生成弱毒或无毒的碱或碱土金属氯化物，如氯化钠或 氯化钾。然而，此类碱或碱土金属氯化物不利地形成可从充气装置中逸 出的细微颗粒或者灰尘。此外，高氯酸盐添加剂的添加通常提高了烟火 型产气药的燃烧温度，常常导致不良和潜在有毒的气流如氨气和一氧化 碳的水平升高。
一项控制产气药燃烧生成气流的成分的技术涉及到当量比的控制， 例如改变产气药中氧化剂的浓度。虽然产气药材料的当量比控制是一项 惯用于调整产气药气流水平的技术，但此类控制倾向于效果调整，有时 被称为当量比平衡。也就是说，当当量比降低时，未完全氧化的物质如
一氧化碳(C0 )和氨气(NH3)增多，并且过氧化物质如一氧化氮(NO ) 和二氧化氮(N02)减少。当量比升高时则情况相反。
由上可见，需要有利地产生或导致低水平的不良气流，如一氧化碳、 氨气、二氧化氮和一氧化氮，以及低水平的细微颗粒物质的产气药。
通常，此类产气药利用喷雾干燥流程生产。在此类喷雾干燥流程中，产气药通常被制备成微粒材料在如水或酒精的载流中形成的浆状物。浆 状的产气药随后被喷射成细微喷雾以致载流同时被干燥而形成粉状材 料。粉状材料随后通过高速压机压制成产气药体，其形状如丸形、片形、 饼形及类似形状。然而，本领域技术人员可以认识并理解这两步过程例 如喷雾干燥及压制成型由于形成最终产气药产品的多个处理步骤和/或 系统的使用而导致升高的生产时间和成本。因此，希望以经济和/或有效 率的方式生产此类充气装置中使用的产气药。
例如，更有效率地制备充气装置中使用的固体产气药体的流程包括 挤出过程。这样的挤出过程通常是粘稠的或者粘浆状的产气药被混合并 挤出成为期望的形状。每个独立的产气药体可能在产气药被挤出时通过 切割或者分割产气药而形成。此类产气药体可能被切割为各种需要的体 积，如允许多个药体被置于充气装置的燃烧舱内，或者，作为选择，允 许燃烧抢内置入单片颗粒。因此，本领域技术人员可以认识到此类挤出 过程可以通过减少分离的生产和压制成型的步骤以及减少设备成本的方 式有利地被用于降低生产成本。
除上述有利的性能和特点外，用于汽车充气约束应用的产气药材料 必须有足够的反应活性，从而基于适当的反应引发，由此产生的气体生 成或者发生反应能够足够迅速地发生使相关的膨胀气嚢能够适当地充 胀，并为车上乘员提供有利的保护。
可用于挤出过程的产气药通常包括粘合产气药各组分并增加挤出颗 粒的刚性和/或强度的粘合材料。然而，此类粘合材料能够不利地降低产 气药的燃烧速率，进而对产生膨胀气体的速率和/或用于充胀相关气嚢的 膨胀气体的总量产生不利的影响。
综上所述，格外需要和要求一种烟火型产气药，能够被挤出并形成 多个独立的产气药体或者单个片状颗粒，在用于气嚢充气装置时，能够 以 一定的燃烧速率快速、可靠并/或有效率地产生期望数量的气流以充胀 相关的气嚢。

发明内容
本发明的主要目标是提供一种改善的产气药。 本发明一个更具体的目的是克服上述问题中的一个或多个。
本发明的主要目标能够通过以下技术方案实现或至少部分实现一 种可挤出式产气药，包括非叠氮有机含氮燃料、至少一种含铜化合物、 高氯酸盐添加剂和有效地使产气药变为可挤出式的聚合物粘合剂。至少 一种含铜化合物选自^if威式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3%至 约90%的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、双四哇二氨铜、由5-氨基四 唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物或以上含铜化合物的混合物。 高氯酸盐添加剂包括至少一种从碱金属的高氯酸盐和高氯酸铵中选出的 高氯酸盐材料。当产气药燃烧时，与没有高氯酸盐添加剂的同样的产气 药相比， 一定剂量的高氯酸盐添加剂可以有效地导致气流中 一氧化碳、 氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种气体的含量降低。
现有技术通常无法提供既允许或者容易添加一种或者多种高氯酸盐 添加剂同时又阻止生成或者降低例如一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧 化氮的不良气体含量的产气药。现有技术往往更无法提供包括一种或者 多种高氯酸盐添加剂的、可被挤出并形成可以以有效的燃烧速率快速可 靠地产生充胀相联气嚢的气流的多个独立的产气药体或者一个片状颗粒 的产气药。
本发明进一步包括一种可挤出式产气药，包括 含量为产气药重量的5%至60%的非叠氮有机含氮燃料； 含铜化合物，选自由碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为3% 至90%的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、双四唑二氨铜、由5-氨基四 唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物以及以上含铜化合物的混合物 构成的组，至少一种含铜化合物的含量是产气药重量的10°/。至80%;
包括至少一种从石威金属的高氯酸盐和高氯酸铵中选出的高氯酸盐材 料的高氯酸盐添加剂，含量为产气药重量的1°/。至约10%，当产气药燃烧 时，与没有高氯酸盐添加剂的同样的产气药相比，高氯酸盐添加剂可以 有效地导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种气 体的含量降低；和含量是产气药重量的1°/。至20。/。并可有效使产气药变为可挤出式的聚 合物粘合材料，该聚合物粘合材料选自由纤维素材料、天然橡胶、聚丙 烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋 酸乙烯酯、有枳J圭和以上两种或多种的混合物构成的组。
本发明更包括一种可挤出式产气药，包括
含量为产气药重量的5%至60%的硝酸胍；
含量为产气药重量的10%至80%的含铜化合物，该含铜化合物选自由 碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3%至约90%的二氨二硝酸 铜和硝酸铵的混合物、双四唑二氨铜、由5-氨基四唑和石咸式硝酸铜反应 生成的硝酸铜配合物以及以上含铜化合物的混合物构成的组；
含量为产气药重量的1%至10°/。的包括至少一种从碱金属的高氯酸盐 和高氯酸铵中选出的高氯酸盐材料的高氯酸盐添加剂；和
含量为产气药重量的1°/。至20%的聚合物粘合材料，该聚合物粘合材 料选自由纤维素材料、天然橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、 聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、有机硅和以上两种或 多种的混合物构成的组。
系统气嚢的膨胀气体的方法。这些方法通常涉及点燃特定的可挤出式产 气药来产生一定量的膨胀气体，然后利用膨胀气体充胀气嚢。
本发明中使用的术语"当量比"是指产气药或者配方中氧的摩尔数 与将氢转化为水、碳转化为二氧化碳、以及任一金属转化为热力学可推 断出的金属氧化物所需的氧的摩尔数的比例。因此，当量比大于1的产 气药被过氧化，当量比小于1的产气药被不充分氧化，当量比等于1的 产气药被理想地氧化。
本发明中使用的"基本没有"，在提到可能的气流成分如氯化氢、一 氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮时，类似地也指包括含量等于或者 少于被现有工业标准(美国汽车研究协会规范(USCAR specifications)) 许可或者允许的含量的此类成分的气流或者膨胀气体。举例说明，对于 一辆有一个带有一个包括产气药的充气发生器的气嚢的汽车而言，当气体发生器在一个100立方英尺的容器内被启动时，如果产气药燃烧产生 的气流或者膨胀气体包括约百万分之5或者更少的氯化氢，则认为基本 没有氯化氢；当气体发生器在一个100立方英尺的容器内被启动时，如 果点燃产气药产生的气流或者膨胀气体包括约百万分之461或者更少的 一氧化碳，则认为基本没有一氧化碳；当气体发生器在一个100立方英 尺的容器内被启动时，如果点燃产气药产生的气流或者膨胀气体包括约 百万分之35或者更少的氨气，则认为基本没有氨气；当气体发生器在一 个100立方英尺的容器内被启动时，如果点燃产气药产生的气流或者膨 胀气体包括约百万分之5或者更少的二氧化氮，则认为基本没有二氧化 氮；当气体发生器在一个100立方英尺的容器内被启动时，如果点燃产 气药产生的气流或者膨胀气体包括约百万分之75或者更少的一氧化氮， 则认为基本没有 一 氧化氮。
通过下面结合权利要求
和附图的详细描述，将可清楚地理解本发明 的其j也目才示禾口优点。


图1是示出根据本发明 一 个实施例的部分截取的说明 一 个气嚢从一 个组装在一辆汽车内部的气嚢部件中膨胀的简化示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种改善的产气药。更具体地，已被发现的是通过在 产气药中添加一种或者多种高氯酸盐添加剂，气流产物能被大幅改进 (例如，产生的气流中如一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中的一种 或者多种的不良物质含量明显减小)。更进一步，已被发现的是此类产气 药可以通过添加聚合物粘合材料和至少一种含铜化合物在没有导致燃烧
速率不利降低的情况下而被改为可挤出式的。
如上述讨论，高氯酸盐添加剂对于应用于汽车充气约束系统充胀的 产气药而言是特别地有效的氧化剂。然而，在碱或碱土金属净化剂同样 被使用的时候，此类高氯酸盐添加剂的使用常常会导致不良副产物如氯化氢或者细微固体颗粒物(如氯化钠)的生成。在本发明中，已被发现 的是在可挤出式产气药中使用含铜化合物可以产生改善的气流或者膨胀 气体。特别地，已被发现的是生成的可滤出的氯化铜副产物通常导致气 流或者膨胀气体中特定的不良物质含量降低。此外，已被发现的有利地 是生成的可滤出的氯化铜副产品导致逸出充气装置的微粒水平降低。
而且，已被意外发现的是包括高氯酸盐添加剂和至少 一种含铜化合 物的产气药不会导致该产气药燃烧产生的气流或者膨胀气体中 一氧化碳 水平的不利提高。这一发现之所以是出乎意料的是因为通常已被发现的 是包括高氯酸盐添加剂的产气药往往导致燃烧温度的升高，进而导致气 流或者膨胀气体中一氧化碳水平的升高。此外，已被意外地发现的是， 在没有出现通常情况中氮的不良氧化物(如一氧化氮或者二氧化氮)含 量的抵消性增长的情况下， 一氧化碳含量比预期值要低。
更进一步地，已被意外发现的是包括高氯酸盐添加剂和含铜化合物 的可挤出式产气药燃烧产生的气流或者膨胀气体中发现的主要的含氯物
质是氯化铜(CuCl2),极少或者没有检出氯化氢。这个发现是出乎意料的 是因为进行标准热力学推算的计算机程序(如海军武器中心推进剂评估 程序(Naval Weapons Center Propellant Evaluation Program) (PEP)) 通常预测在此类挤出式产气药燃烧产生的气流或者膨胀气体中的主要氯 化物将是带有一些氯化氢的氯化亚铜和氯化亚铜三聚体。
同样地，如上述讨论， 一定量的能有效使产气药呈现可挤出特性聚 合物粘合材料的添加通常对可挤出式产气药的燃烧速率产生不利效果。 然而，除了提供燃烧可产生改善的气流的可挤出式产气药外，也被发现 的是根据本发明所述的可挤出式产气药的燃烧速率也能被改善。改善的 燃烧速率可以在不会不利地影响气流质量的情况下通过催化高氯酸盐添 加剂的分解而被实现。优势地，多种材料可以被用来提高包括高氯酸盐 添加剂的可挤出式的爆炸药或者产气药的燃烧速率。
如上所述，本发明涉及包括至少一种非叠氮有机含氮燃料、至少一 种含铜化合物、高氯酸盐添加剂和可以有效地使产气药变为可挤出式的 聚合物粘合材料的可挤出式产气药。 一定量的高氯酸盐添加剂与不含高氯酸盐添加剂的同样的产气药相比，在产气药被燃烧的时候可以有效地 导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种物质含量 降低。
实际上，该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约5%至约60% 的至少一种非叠氮有机含氮燃料，占产气药重量的约10%至约80%的至少 一种含铜化合物，占产气药重量的约1%至约20%的高氯酸盐添加剂，和 占产气药重量的约1%至约20%的聚合物粘合材料。
该可挤出式产气药中使用的发挥功效的非叠氮有机的含氮燃料包 括胺硝酸盐(amine nitrates)、硝胺、硝基杂环化合物、四氮哇类化 合物和以上化合物的混合物。虽然各种非叠氮有机含氮燃料也可以在可 挤出式产气药中使用，结合具体的优选实施例，优选地非叠氮有机含氮 燃料可以是硝酸胍。大体上，硝酸胍可以被考虑是因为它良好的热稳定 性，低成本和燃烧时的高产气率。
该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约5%至约60 /。的至少一 种非叠氮有机含氮燃料。结合具体实施例，该可挤出式产气药能够包括 占产气药重量的约5%至约30%的至少一种非叠氮有机含氮燃料。结合其 他具体实施例，该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约5%至约20% 的至少 一种非叠氮有机含氮燃料。
结合具体实施例，该可挤出式产气药可以包括占产气药重量的约5% 至约60。/。的硝酸胍。在另一个实施例中，该可挤出式产气药可以包括占产 气药重量的约5°/ 至约30%的硝酸胍。在另一个实施例中，该可挤出式产 气药可以包括占产气药重量的约5°/。至约20%的硝酸胍。
该可挤出式产气药也包括至少一种含铜化合物。虽然在该可挤出式 产气药中多种含铜化合物可以被使用，适合的含铜化合物选自硝酸铜配 合物(如由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物)、碱式硝 酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3%至约90%的二氨二硝酸铜和硝 酸铵的混合物、双四峻二氨铜，及以上含铜化合物的混合物。
结合具体实施例，该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约10%
至约80°/。的至少一种含铜化合物。用于本发明实践的合适的含铜化合物包括由5-氨基四唑和碱式硝酸 铜反应生成的硝酸铜配合物。特别是，由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应 生成的硝酸铜配合物相信是5-氨基四氮唑鞋基硝酸铜配合物(a copper, hydroxyl nitrate 1H-tetrazo卜5-amine complex)。
结合一个实施例，该可挤出式产气药可能包括占产气药重量的约10% 至约60%的由5-氨基四唑和石威式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物。结合 另一个实施例，该可挤出式产气药可能包括占产气药重量的约20%至约 60%的由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物。在另一个实 施例中，该可挤出式产气药可能包括占产气药重量的约30°/。至约60%的由 5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物。
结合其他实施例，该可挤出式产气药可能包括碱式硝酸铜和由5-氨 基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物的混合物。特别地，由5-
氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物相信是5-氨基四氮唑羟
基硝酸铜配合物。
结合一个实施例，该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约10% 至约80%的碱式硝酸铜和该硝酸铜配合物的混合物。结合另一个实施例， 该可挤出式产气药可能包括占产气药重量的约30%至约80%的碱式硝酸铜 和该硝酸铜配合物的混合物。在另一个实施例中，该可挤出式产气药可 能包括占产气药重量的约50%至约80°/ 的碱式硝酸铜和该硝酸铜配合物的 混合物。
实际上，碱式硝酸铜和由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸 铜配合物的混合物包括占混合物重量的约20%至约80%的碱式硝酸铜和占 混合物重量的约20%至约80%的该硝酸铜配合物。结合另一个实施例，碱 式硝酸铜和该硝酸铜配合物的混合物包括占混合物重量的约20%至约40% 的石咸式硝酸铜和占混合物重量的约60%至约80%的该硝酸铜配合物。
该可挤出式产气药还包括一定量的高氯酸盐添加剂，与不含高氯酸 盐添加剂的同样的产气药相比，在该产气药燃烧的时候，可以有效地导 致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种物质含量降 低。该高氯酸盐添加剂包括至少一种选自碱金属高氯酸盐和高氯酸铵的高氯酸盐材料。实际上，该产气药能够包括占产气药重量的约1°/。至约10% 的高氯酸盐添加剂。
结合具体实施例，高氯酸盐添加剂包括至少一种以如锂、钠、钾、 铷和铯的高氯酸盐为例的碱金属高氯酸盐。实际上，高氯酸钠和高氯酸 钾相信是用于本发明的特别理想的碱金属高氯酸盐，其中基于效果和成 本优选是高氯酸钾，至少部分因为其更低的吸潮性。
结合其他实施例，高氯酸盐添加剂是高氯酸铵。实际上，该产气药 能够包括占产气药重量的约1%至约10%的高氯酸铵。
实际上，利用可挤出式产气药的不均匀性可能是期望的和/或优势 的。理论上，添加到本发明的可挤出式产气药中的高氯酸盐添加剂的颗 粒越大将导致其不均匀度越高。结果，由于在特定的可挤出式产气药中 添加了筛过的高氯酸盐添加剂，更大的气流毒性的影响被发现。理论上， 高氯酸盐添加剂对降低可挤出式产气药燃烧时产生的气流中不良物质的 生成的效果由于含高氯酸盐的产气药变的更均匀而被削弱。例如，使用
平均颗粒大小小于100 ;徵米的高氯酸盐颗粒导致可挤出式产气药的不均
一性降低和阻止气流中不良物质生成的效果减弱。
更具体地，结合具体的实施例，已被发现的是在可挤出式产气药中
平均颗粒大小大于IO(M鼓米和平均颗粒大小至少约200微米的高氯酸盐 添加剂的添加，与同样的但没有含有这些粒径的高氯酸盐添加剂颗粒的 产气药燃烧产生的气流相比，能够显著地改善含有这些粒径的高氯酸盐 添加剂颗粒的可挤出式产气药燃烧产生的气流。结合至少本发明中其他 具体实施例，已被发现有利的是添加到可挤出式产气药的高氯酸盐添加 剂的颗粒有在约350至约450微米的范围内的平均颗粒大小。
该可挤出式产气药更包括可以有效使产气药变为可挤出式的聚合物 粘合材料。实际上，可挤出式产气药包括占产气药重量的约1%至约20% 的聚合物粘合材料。结合具体实施例，该可挤出式产气药能够包括占产 气药重量的约3%至约10%的聚合物粘合材料。结合其他具体实施例，该 可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约3%至约6%的聚合物粘合材 料。用于可挤出式产气药的合适的聚合物粘合材料包括但不限于纤维素 材料、天然橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丁二烯、聚苯 乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、有枳^圭和以上两种或多种的混合物。 结合具体实施例，聚合物粘合材料可能是选自乙基纤维素、羧曱基纤维 素、羟丙基纤维素以及以上两种或多种的混合物的纤维素材料。结合其 他具体实施例，聚合物粘合材料可能是选自瓜尔胶、黄原胶阿拉伯胶以 及以上两种或多种的混合物的天然橡月交。
结合一个实施例，产气药包括占产气药重量的约1%至约20%的瓜尔 胶。结合具体实施例，该可挤出式产气药能够包括占产气药重量的约3% 至约10%的瓜尔胶。结合更具体实施例，该可挤出式产气药能够包括占产 气药重量的约3%至约6%的瓜尔胶。
如果需要，结合本发明，可挤出式产气药可以优选地包含至少一种 促燃烧速率提高和粉渣生成的金属氧化物添加剂。这样的金属氧化物添 加剂可能被加入以提高可挤出式产气药的燃烧速率或者通过形成可滤出 的颗粒或者粉渣来协助去除不良燃烧副产物。实际上，本发明的可挤出 式产气药可以包括最多占产气药重量的约10%的至少一种这样的金属氧 化物添加剂。适合的金属氧化物添加剂包括但不限于二氧化硅、氧化铝、 氧化锌和以上的混合物。结合具体实施例，可挤出式产气药包括占产气 药重量的约1%至约5°/。的至少一种这样的金属氧化物添加剂。结合其他具 体实施例，可挤出式产气药优选地包括占产气药重量的约1. 5°/。至约5%的 促燃烧速率提高和粉渣形成的氧化铝金属氧化物添加剂和最多占产气药 重量的约1%的促燃烧速率提高和粉渣形成的二氧化硅金属氧化物添加 剂。
在具体实施例中，可挤出式产气药可能优选包括至少 一种有效增强 高氯酸盐添加剂燃烧的化合物。实际上，本发明的可挤出式产气药可能 包括最多占产气药重量的约10%的至少一种这样的助燃剂。合适的高氯酸 盐添加剂助燃剂包括但不限于氧化铁、亚铬酸铜、铁氰化物/铁氰化物染 料和以上的混合物。
在具体实施例中，可挤出式产气药优选地包括至少一种铁氰化物/铁氰化物染料。这种铁氰化物/铁氰化物染料，也被称为"铁蓝染料"，通 常可被理解为是指基于微晶的铁亚铁氰基配合物的这一类、 一族或者变 体的染料。根据由X光和红外光语法获得的结果，铁蓝染料的一般化学
式为
Me( I )Fe(II)Fe(m) (CN)6 H20 (1) 此化学式中，Me(I)指钾、钠或铵，而且相信碱金属离子对铁蓝的色质 起到决定性作用。铁蓝染料，有时也被称为"氰亚铁酸盐(iron ferricyanides)，，，已经以各种不同的基于其产地或者其光学特性的名称 被生产或者销售。这些不同的名字的例子有柏林蓝、射光绀蓝、中国蓝、 米洛丽蓝、非射光绀蓝、巴黎蓝、普鲁士蓝、同宁蓝(Toning Blue)和 滕氏蓝。
本领域技术人员通过本申请的教导会意识到，如上所述，有多种具 体的或者特别的铁蓝染料氰亚铁酸盐材料可供选择。Degussa公司生产或 销售的MANOX-Blue 4050铁蓝染料氰亚铁酸盐材料是目前优选用于本发 明的铁蓝染料材料。
其他添加剂如加工助剂和/或润滑剂可能也被添加到该可挤出式产 气药以改善该产气药的加工性能。通常，此类添加剂可能以相对很小的 如不高于占产气药重量的约5°/ 的浓度被添加到可挤出式产气药。 综上所述，结合具体实施例， 一种可挤出式产气药可能包括 至少一种占产气药重量的5%至60%的非叠氮有机含氮燃料； 至少一种含铜化合物，选自碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分 数约为3°/。至90%的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、双四唑二氨铜、由 5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝S交铜配合物以及以上含铜化合物 的混合物，至少一种含铜化合物占产气药重量的10°/。至80%。
选自碱金属高氯酸盐和高氯酸铵中至少一种高氯酸盐材料的高氯酸 盐添加剂，占产气药重量的1%至10%的该高氯酸盐添加剂与不含高氯酸 盐添加剂的同样的产气药相比，在该产气药燃烧的时候，可以有效地导 致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种物质含量降 低；和占产气药重量的1%至20%的可以有效使产气药变为可挤出式的聚合 物粘合材料，该聚合物粘合材料选自纤维素材料、天然橡胶、聚丙烯酸 酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙 烯酯、有枳J圭和以上两种或多种的混合物。
更进一步地，综上所述，结合具体实施例， 一种可挤出式产气药可 能包括占产气药重量的5%至60°/。的硝酸胍，占产气药重量的10%至80%的 碱式硝酸铜和由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物的混 合物，占产气药重量的1°/。至10%的高氯酸铵，和占产气药重量的1°/ 至20% 的瓜尔胶。与不含高氯酸铵的同样的产气药相比，在该产气药燃烧的时 候，高氯酸铵可以有效地导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧 化氮中至少一种物质含量降低。
更进一步地，综上所述，结合具体实施例，可挤出式产气药可能包 括占产气药重量的5°/。至60%的硝酸胍，占产气药重量的10%至60%的由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物，占产气药重量的1°/。至 10%的高氯酸铵，和占产气药重量的1°/ 至20%的瓜尔胶。
本发明更包括为汽车充气约束系统的气嚢充气的方法，包括点燃挤 压出的产气药产生一定量的膨胀气体然后利用膨胀气体充胀气嚢的步 骤。可见地，该膨胀气体中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至 少一种物质含量降低。
可见地，本发明的可挤出式产气药可以结合多种不同结构、配件和 系统而被结合、利用或者应用。如附图所示，汽车(IO)具有内部结构 12,其中包含有一个通常标记为14的充气式汽车乘员安全约束系统。可 见地，为便于说明和理解，对于本发明的理解不必要的某些标准细节可 能已从附图中删除或者移去。
汽车乘员安全约束系统14包括开口式反应罐16，该开口式反应罐形 成容纳装有如膨胀气嚢的充气式汽车乘员安全约束装置20的壳体，和通 常标记为22的产生或者提供用于充胀相关的乘员约束装置的充气的装 置。根据如上定义，此气体发生装置通常被称为"充气机"。
充气机22包括一定量的本发明的产气药，比如上面所描述的。充气机22也包括本领域中已知的与产气药点火式连接用以引起产气药燃烧的 点火器。可见地，充气装置的具体构造不会限制本发明更广泛的应用， 而且如本技术领域：
所知此类充气装置可以按照多种方式构造。
实际上，展开中的气嚢20通过约束乘员向汽车前方(即，附图中向 右的方向)的移动有利地提供了对汽车乘员24的保护。
本发明通过下列说明或者模拟多个涉及本发明应用的方面的实施例 更具体地阐明细节。未脱离本发明主旨的所有改变都应被保护并且本发 明不受这些实施例的限制。 比较实施例l-4和实施例1:
如下面的表格l所示，五种产气药被制备，实施例1 (EX1)和比较 实施例1-4 (CE1-CE4)。所有化合物的值按占产气药的重量百分比给出。
_表格l_
化合物(重量％) CE1
CE2
CE3
CE4 EX1
硝酸胍50. 3827.4949.3726.9423.65
石咸式硝'酸铜46. 6214.3545.6914.06i4.87
5-ATN/bCN配合物…55.16.. 54.0648.78
高氯酸铵… .. .7.00
瓜尔胶… 2.002.003.00
氧化铝3. 003.002.942.942.70
合计100. 00100.00100.00100.00100.00
燃烧速率5)30Q0磅0. 822.110.331.322.30
每平方英寸
其中
5-ATN/bCN配合物=由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜 配合物；和燃烧速率5)300()磅每平方英寸=英寸每秒。
更具体地，对于比较实施例l和2，硝酸胍、含铜化合物和氧化铝净皮 砂浆混合然后喷雾干燥形成粉状前体。然后生成的粉状前体用常用的压 片过程被适当地压制成片。
对于比较实施例3、比较实施例4和实施例1，硝酸胍、含铜化合物 和氧化铝被砂浆混合然后喷雾干燥形成粉状前体。粉状前体与瓜尔胶干 混，对于实施例l,还包括高氯酸铵。该干混混合物用水润湿，干燥并制 成颗粒。然后该颗粒状混合物用常用的压片过程^皮适当地压制成片。
获得表格1中的燃烧速率数据首先要压制相应的产气药样品成为直 径为0. 5英寸的圆柱体。通常，足量的产气药被压制使圓柱体的长为0. 5 英寸。随后，这些圆柱体除了上表面外的所有表面均被用克瑞龙(Krylon) 阻燃剂覆膜，以确保在测试装置中的线性燃烧。在每一个实施例中，覆 膜的圆柱体被放置于一个1升的能够用氮气充压至几千磅每平方英寸并 装有精确测量测试舱压力的压力计的封闭管道或者测试抢内。少量的引 燃剂样品被放置在圓柱体的顶部而且一根镍铬合金线穿过引燃粉末与测 试舱舱盖上的电极相连接。测试舱随后被充压至预期压力并且样品被通 过镍铬合金线的电流引燃。压力比时间的数据在每个样品燃烧的时候被 采集。因为每一个样品的燃烧产生气体，测试舱压力上升表明燃烧开始
并且压力趋平表明燃烧结束。燃烧所需时间等于t广ti,其中h是燃烧结
束的时间并且L是燃烧开始的时间。样品的重量除以燃烧时间用以决定 燃烧速率(克每秒)。燃烧速率通常在四种压力下分别检测900、 1350、 2000和3000磅每平方英寸(分别为6205、 9308、 13790和20684千帕)。 燃烧速率的对数与平均压力的对数的关系被绘制成图，从这条线上，任 何压力下的燃烧速率能够被利用下面的燃烧速率公式计算出来
rb=K (P)n 其中，
rb =燃烧速率(线性) K =常数 P =压力n =压力常数。 对结果的讨论
从表格1可以看出，由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜 配合物(5-ATN/bCN)的添加对产气药的燃烧速率有非常重要的影响。例 如，当5-ATN/bCN被加到比较实施例1的产气药制造出比较实施例2的 产气药时，燃烧速率从0. 82英寸/秒提高至2. 11英寸/秒(约2. 08厘米 /秒到5. 36厘米/秒)。类似地，当5-ATN/bCN净皮加到比较实施例3的可 挤出式产气药制造出比较实施例4的可挤出式产气药时，燃烧速率从 0. 33英寸/秒提高至1. 32英寸/秒(约0. 84厘米/秒到3. 35厘米/秒)。
但是，从表格1可以看出，瓜尔胶的添加对产气药的燃烧速率产生 不利的影响。例如，当瓜尔胶被加到比较实施例1的产气药制造出比较 实施例3的产气药时，燃烧速率从0. 82英寸/秒降低至0. 33英寸/秒(约 2. 08厘米/秒到0. 84厘米/秒)。类似地，当瓜尔胶被加到比较实施例2 的可挤出式产气药制造出比较实施例4的可挤出式产气药时，燃烧速率 从2. 11英寸/秒降低至1. 32英寸/秒(约5. 36厘米/秒到3. 35厘米/秒)。
相比之下，本发明的可挤出式产气药(如实施例1) ^J良现有2.30 英寸/秒(约5. 84厘米/秒)的燃烧速率。理论上高氯酸铵添加剂的添加 会导致气流的不良组分含量降低同时5-ATN/bCN的添加抵消了由聚合物 粘合材料加入而导致的燃烧速率降低。因此，同可挤出式或者不可挤出 式的没有高氯酸铵的产气药例如比较实施例1-4的产气药相比，如实施 例1的可挤出式产气药既有改善的气流组分也有改善的燃烧速率。
本发明说明性地公开的内容可能在缺少任何元素、部分、步骤、成 份或者此处未具体公开的添加剂的情况下被使用。
虽然在之前细节描述中本发明已经^皮以具体优选实施例阐述，并且 很多细节被以说明目的公开，对本领域技术人员而言，本发明显然可以 适用于更多的实例并且此处描述的细节的具体内容可以在不偏离本发明 基本原则的前提下适当地变化。
权利要求
1.一种可挤出式产气药，包括
至少一种非叠氮有机含氮燃料；
至少一种含铜化合物，所述含铜化合物选自由碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3％至约90％的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、双四唑二氨铜、由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物和以上含铜化合物的混合物构成的组；
高氯酸盐添加剂，所述高氯酸盐添加剂包括至少一种从碱金属的高氯酸盐和高氯酸铵中选出的高氯酸盐材料，当产气药燃烧时，与没有高氯酸盐添加剂的同样的产气药相比，一定量的所述高氯酸盐添加剂可以有效地导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种气体的含量降低；和
聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料可有效使产气药变为可挤出式的。
2. 按照权利要求
1所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚合 物粘合材料选自由纤维素材料、天然橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、 聚氨酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、有机硅和以 上两种或多种材料的混合物构成的组。
3. 按照权利要求
2所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚合 物粘合材料是纤维素材料，所述纤维素材料选自由乙基纤维素、羧甲基 纤维素、羟丙基纤维素以及以上两种或多种材料的混合物构成的组。
4. 按照权利要求
2所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚合 物粘合材料是天然橡胶，所述天然橡胶选自由瓜尔胶、黄原胶、阿拉伯 胶以及以上两种或多种材料的混合物构成的组。
5. 按照权利要求
l所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚合 物粘合材料的含量占产气药重量的1°/。至20%。
6. 按照权利要求
l所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述至少 一种非叠氮有机含氮燃料包括硝酸胍。
7. 按照权利要求
l所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述至少 一种非叠氮有机含氮燃料的含量占产气药重量的5%至60%。
8. 按照权利要求
l所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述至少 一种含铜化合物的含量占产气药重量的10°/。至80%。
9. 按照权利要求
l所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述高氯 酸盐添加剂的含量占产气药重量的1°/。至10%。
10. 按照权利要求
1所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述高 氯酸盐添加剂选自由高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠及其混合物构成的 组。
11. 一种可挤出式产气药，包括含量为产气药重量的5%至60%的至少一种非叠氮有机含氮燃料；至少一种含铜化合物，所述含铜化合物选自由碱式硝酸铜、氧化铜、 硝酸铵的质量分数为约3°/。至约90%的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、 双四哇二氨铜、由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物和 以上含铜化合物的混合物构成的组；所述至少一种含铜化合物的含量为 产气药重量的10%至80%;高氯酸盐添加剂，所述高氯酸盐添加剂包括至少一种从碱金属的高 氯酸盐和高氯酸铵中选出的高氯酸盐材料；当产气药燃烧时，与没有高 氯酸盐添加剂的同样的产气药相比，含量为产气药重量的1%至10%的所 述高氯酸盐添加剂可以有效地导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和 一氧化氮中至少一种气体的含量降低；和聚合物粘合材料，所述聚合物粘合材料的含量为产气药重量的1%至 20%，并可以有效使产气药变为可挤出式的；所述聚合物粘合材料选自由 纤维素材料、天然橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丁二烯、 聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、有机硅和以上两种或多种材料的 混合物构成的组。
12. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚 合物粘合材料是天然橡胶，所述天然橡胶选自由瓜尔胶、黄原胶、阿拉 伯胶以及以上两种或多种材料的混合物构成的组。
13. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述聚 合物粘合材料是瓜尔胶。
14. 按照权利要求
ll所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述至 少 一种非叠氮有机含氮燃料包括硝酸胍。
15. 按照权利要求
ll所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述高 氯酸盐添加剂包括高氯酸铵。
16. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述高 氯酸盐添加剂的颗粒尺寸是至少约200微米。
17. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述含 铜化合物是由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物。
18. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，所述含 铜化合物是碱式硝酸铜和由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜 配合物的混合物。
19. 按照权利要求
11所述的可挤出式产气药，其特征在于，额外包 括促燃烧速率提高和粉渣生成的金属氧化物添加剂，所述金属氧化物选 自由二氧化硅、氧化铝、氧化锌及其混合物构成的组。
20. 按照权利要求
ll所述的可挤出式产气药，其特征在于，额外包 括助燃剂，所述助燃剂选自由氧化铁、亚铬酸铜、铁蓝染料及其混合物 构成的纟且。
21. —种可挤出式产气药，包括 含量为产气药重量的5°/。至60%的硝酸胍；含量为产气药重量的10°/ 至80%的至少一种含铜化合物，所述含铜化 合物选自由碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3°/。至约90%的 二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物、双四唑二氨铜、由5-氨基四唑和碱式组;5
; 、 I " 、
、 5 、 "、、含量为产气药重量的1%至10%的高氯酸盐添加剂，所述高氯酸盐添 加剂包括至少 一种从由碱金属的高氯酸盐和高氯酸铵构成的组中选出的 高氯酸盐材料；和含量为产气药重量的1°/。至20%的聚合物粘合材料，所述聚合物粘合 材料可以有效使产气药变为可挤出式的；所述聚合物粘合材料选自由纤 维素材料、天然橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、聚丁二烯、 聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、有机硅和以上两种或多种材料的 混合物构成的组。
专利摘要
本发明提供了通过燃烧产生或导致改善的气流的可挤出式产气药和相关的产生用于充气约束系统的膨胀气体的方法。此类可挤出式产气药包括非叠氮有机含氮燃料、至少一种含铜化合物、高氯酸盐添加剂和聚合物粘合材料。至少一种含铜化合物可能选自碱式硝酸铜、氧化铜、硝酸铵的质量分数为约3％至约90％的二氨二硝酸铜和硝酸铵的混合物和/或由5-氨基四唑和碱式硝酸铜反应生成的硝酸铜配合物。当产气药燃烧时，与没有高氯酸盐添加剂的同样的产气药相比，一定量的高氯酸盐添加剂可以有效地导致气流中一氧化碳、氨气、二氧化氮和一氧化氮中至少一种气体的含量降低。聚合物粘合材料可以有效使该产气药变为可挤出式的。
文档编号C06B45/10GKCN101528642SQ200780039215
公开日2009年9月9日 申请日期2007年8月16日
发明者伊万·V·门登豪, 罗伯特·D·泰勒 申请人:奥托里夫Asp股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan