[发明专利]热稳定非叠氮化物自驱动气囊推进剂

说明书

相关申请的交叉参考文献

本申请为1996年7月29日申请的序号为08/681,662的美国申请的部分连续申请。

发明背景

发明领域

本发明涉及非毒性产生气体组合物，该组合物在燃烧时能够迅速产生可用于机动车辆乘客安全控制(safety restraints)装置充气的气体，特别地，本发明涉及热稳定非叠氮化物(nonazide)气体产生剂(generants)，该气体产生剂不但具有可接受的燃烧速率，而且在燃烧时能够于可接受的火焰温度处显示出相对高的气体体积与固体颗粒比例。

由基于叠氮化物的气体产生剂进化到非叠氮化物气体已在现有技术中充分引证过。与产生气体的叠氮化物组合物相比，产生气体的非叠氮化物组合物的优点已广泛描述在专利文献中，如美国专利4,370,181、4,909,549、4,948,439、5,084,118、5,139,588和5,035,757，这些文献中的讨论在此引作参考。

除了燃料成分，烟火的非叠氮化物气体产生剂含有如氧化剂成分，从而提供迅速燃烧所需的氧并减少有毒气体产生量；也含有催化剂，从而促进毒性碳和氮氧化物转变成无毒气体；以及含有造渣的成分，从而使得所形成的固体和液体产品在燃烧期间和之后立即聚集成可过滤的渣块状颗粒。其它任意的添加剂，如燃烧速率增强剂或弹道改进剂和点火助剂，可用于控制气体产生剂的点火性能和燃烧性能。

已知非叠氮化物气体产生组合物的缺点之一在于其在燃烧过程中所形成的固体残渣的量和物理性质。燃烧过程中所产生的固体必须可被过滤，否则不应与机动车辆中的乘客相接触。因此十分需要研制一种组合物，该组合物能够产生最小量的固体颗粒，而且仍然能够提供适当量的非毒性气体，从而以很高的速率使安全装置充气。

由于在燃烧时能够生成丰富的非毒性气体和最小量的固体，所以需要使用相稳定硝酸铵。然而，为了有效，用于自驱动应用的气体产生剂应当在107℃下老化400小时或更多时间仍然是热稳定的。当在-40℃至107℃循环时，组合物应当还能保持其结构完整性。

一般地，根据相关添加剂(如增塑剂和粘合剂)的组合物，掺入相稳定或纯硝酸铵的气体产生组合物显示出不良的热稳定性，可产生不可接受的大量有毒气体，如CO和NO_x。另外，硝酸铵可导致不良的点火性能、较低的燃烧速率及性能变异性。为了解决这类问题，掺入硝酸铵的几种已知气体产生组合物使用了公知的点火助剂，如BKNO₃。然而，加入点火助剂(如BKNO₃)是不可取的，这是由于BKNO₃是一种高度敏感的含能化合物，而且会增加热不稳定性和产生固体量。

有些含硝酸铵的气体产生组合物是热稳定的，但其燃烧速率低于充气所需的速率。为了可用于控制乘客的充气装置，气体产生组合物在1000psi时的燃烧速率一般至少为0.4英寸/秒(ips)。在1000psi时燃烧速率低于0.40ips的气体产生剂不能可靠地点火，且经常会在充气装置中导致“熄火”。

另一应当提出的问题在于美国交通部(DOT)章程需要气体产生剂进行“点火试验(cap testing)”。由于经常用于与硝酸铵结合的燃料爆轰感度，除非成型成大的碟状物，多数掺入硝酸铵的推进剂不能通过点火试验，由此也降低了设计充气装置的适应性。

因此，许多以硝酸铵为基础的非叠氮化物推进剂不能满足自驱动应用的要求。

相关技术的描述

下文描述了相关技术，这些相关技术的全部思想在此引作参考。

Poole的美国专利5,545,272公开了使用含有硝基胍(NQ，重量百分比为35％-55％)和相稳定硝酸铵(PSAN，重量百分比为45％-65％)的气体产生组合物；作为燃料，优选NQ，这是因为NQ能够生成丰富的气体，却含有很少量的碳和氧，而碳和氧在燃烧气体中会导致较高水平的CO和NO_x。根据Poole，因为许多含氧化剂的气体产生组合物是热不稳定的，因此使用相稳定硝酸铵(PSAN)或纯硝酸铵存在着问题。Poole发现以给定百分比合并NQ和PSAN可得到热稳定气体产生组合物。但据Poole报道，1000psi时的燃烧速率仅为0.32-0.34英寸/秒。正如人们所公知，1000psi时低于0.4英寸/秒的燃烧速率对于在充气装置中的约束用途(confident use)简直是太低了。