气囊用气体发生组合物的模制品

本发明技术领域

本发明涉及燃烧以产生用于充气气囊系统的气体组分的气体发生组合 物的模制品和在气囊中使用该模制品的气体发生器。更具体地说，本发明 涉及在气囊系统中成为启动气体的气体发生组合物的新型模制品，所述的 气囊系统被安装在汽车、飞行器等中用于保护人体，本发明还涉及该模制 品在气囊中应用的气体发生器。

现有技术

当汽车等交通工具发生高速碰撞时，为了防止乘客因对交通工具内硬 件例如驾驶盘或防风罩的猛烈惯性碰撞而造成的伤害或死亡，已经开发了 一种使气囊迅速充气以防止乘客碰撞危险部位的气囊系统。对在这种气囊 系统中应用的气体发生剂的要求是极其严格的，要使气囊的充气时间相当 短，一般在40-50毫秒内，袋内的气体对人体是无毒的，即接近于交通 工具中的空气组分。

目前，气囊系统中一般使用的气体发生的基本组分包括无机叠氮化 物，特别是叠氮化钠。叠氮化钠的可燃性极佳。但是，气体发生中形成的 副产物碱性组分是有毒的，从乘客的安全角度来看，不能满足上述要求。 此外，由于化合物本身有毒，在排放时就会对环境造成不利的影响。

为了克服这些缺点，人们已经研制出一种替代叠氮化钠的所谓非叠氮 化物气体发生剂。例如JP-A-3-208878公开了一种含有作为主要组分的四 唑、三唑或其金属盐和碱金属硝酸盐类的含氧氧化剂的组合物。JP-B-64- 6156和JP-B 64-6157公开了一种含有作为主要组分的无氢双四唑化合物的 金属盐的气体发生剂。

另外，JP-B 6-57629公开了一种含有四唑或三唑的过渡金属复合物的 气体发生剂。JP-A 5-254977公开了一种含有硝酸三氨基胍的气体发生 剂，JP-A 6-239683公开了一种含有碳酰肼的气体发生剂，JP-A 7-61885 公开了一种含有乙酸纤维素和含氮非金属化合物例如硝基胍的气体发生 剂。另外，US-A 5125684的说明书公开了一种与15-30％纤维素粘合剂 共存的用作能源的硝基胍的用途。JP-A 4-265292公开了一种将四唑和三 唑衍生物与氧化剂和成渣剂混合的气体发生剂。

至于这些现有技术的气体发生性能和气囊充气性能，因为驾驶员的座 位一般固定在驾驶侧(下文缩写为“D侧”)，所以普通的充气性能特性已 经满足了安全要求。但是，因为气囊系统的广泛应用以及它们几乎成为标 准的设备，开发一种更安全的气囊系统的技术成为人们的迫切要求。原因 是坐在D侧的有各种类型的人，例如乘座或高或矮高度的人或把握驾驶盘 驾驶汽车的人，以及乘客侧(下文缩写为“P侧”)的各种模式例如辅助驾 驶员座位是在驾驶员有小孩的情况下。

具备常规充气性能特性的气囊系统也是适用的。但是，为了提供更安 全的气囊系统，要求的一种技术是使起始阶段的充气速度例如从气体发生 开始的10毫秒内的充气速度应比D侧的常规速度要慢些，以避免起始阶段 因气囊充气力对乘客造成的可能损伤，并且在30-50毫秒后仍保证乘客 的安全性。此外，同时能控制P侧气体发生性能的技术也是人们所要求的。

有关这类技术，JP-A 8-207696公开了一种分两步发生气体的技术， 气囊在启动的起始阶段充气较慢，而在第二阶段迅速地产生气体。但是， 在这种技术中，气体发生器的内部结构变得复杂，容器的体积增大，同时 成本较高。

于是，仅控制气体发生性能，继而控制气囊充气速度的气体发生组合 物的模制品的技术尚未公开。对一种结构简单，成本低，气体发生组合物 模制品仅能控制气体发生性能的技术具有强烈的要求。

另外，如果采用一种氧化剂，其速度足以产生化学当量的氧，即用于 燃烧化合物分子中的碳、氢和其他元素所需的量，那么含氮有机化合物通 常存在燃烧时产生的热量比叠氮化物更高的缺点。在气囊系统中，不仅气 体发生剂的性能是重要的，而且系统本身的大小也是应考虑的，它们不应 影响正常的驾驶。但是，如果燃烧时气体发生剂产生的热量过大，在设计 气体发生器时就要考虑排出热量的辅助部件，这就不可能缩小气体发生器 本身的体积。可通过选择氧化剂的类型来降低热量。但是，线性燃烧速率 相应地降低，其结果削弱了发生气体的能力。

如上所述，由含氮化合物形成的气体发生组合物通常存在的缺点是如 果采用一种氧化剂，其速度足以产生化学当量的氧，即用于燃烧含氮化合 物分子中的碳、氢和其他需氧化元素所需的量，那么与含无机叠氮化物的 气体发生组合物相比其燃烧时产生较高的热量，燃烧温度较高，线性燃烧 速率低。

因此，高燃烧温度带来的问题是由组合物中的氧化剂组分产生的碱雾 与冷却部分因包括碱雾化学反应性在内的冷却剂的腐蚀而新产生的高温热 颗粒一起被释放到充气囊的外部，并且经常使用不锈钢冷却器。但是，只 要由氧化剂组分产生的碱雾和新产生的高温热颗粒在到达冷却部分之前在 燃烧室内形成渣子，以便将它们限制在同一燃烧室内，那么就可以设计一 种使用少量冷却剂，对气囊没有损坏的充气系统，因为气体温度高，但热 容量较低。这就能提供一种小型化充气器。

迄今为止，已经研制了采用各种包括四唑衍生物在内的含氮有机化合 物的非叠氮化物气体发生组合物。组合物的线性燃烧速率将根据混合物中 所用氧化剂的类型而变化。大多数组合物通常是线性燃烧速率为30毫米/ 秒或30毫米/秒以下的那些组合物。

线性燃烧速率影响气体发生组合物的形状以满足所要求的特性。气体 发生组合物的燃烧时间由气体发生组合物的一种形状的厚的部位的厚度最 薄的厚度方向和气体发生组合物的线性燃烧速率确定。充气系统要求的气 囊膨胀时间在大约40和60毫秒的范围内。

为了使气体发生组合物在该时间内完全燃烧，经常使用的形状是丸粒 状或园片状，例如当厚度为2毫米，线性燃烧速率为20毫米/秒时，所需 的时间为100毫秒。因此，不能获得所需的充气特性。另外，性能也不尽 人意，除非气体发生组合物的厚度大约为1毫米，线性燃烧速率大约为20 毫米/秒。当线性燃烧速率约为10毫米/秒或在该值左右或更小时，重要的 是厚的部位的厚度要薄。

在混合物中使用氧化剂例如硝酸钠和高氯酸钾以改善线性燃烧速率的 方法是已知的。但是，硝酸钠中的氧化钠排放到充气袋的外部而高氯酸钾 中的氯化钾分别是以液态或固态细颗粒的形式存在。在无成渣剂的情况 下，在采用普通的过滤器时，很难将这些化合物的排放量控制到容许的水 平。

为了使丸粒或园片厚的部位的厚度令人满意，同时线性燃烧速率大约 为10毫米/秒或在该值左右或小些，重要的是其厚度大约为0.5毫米或0.5 毫米以下。但是，要生产这种耐机动车长期震荡并保持工业稳定性的丸粒 状或园片状的气体发生组合物，实际上几乎是不可能的。

本发明的内容

本发明人经过努力探索解决了上述问题，因而发现通过控制气体发生 组合物模制品的实际形状就可以解决该问题，还发现模制线性燃烧速率低 的气体发生组合物，以便能在预定的时间期限内进行燃烧，并且作为气囊 用时气体发生剂的性能很好。基于这些发现完成了本发明。

本发明提供了一种气囊用气体发生组合物的模制品(下文称为“气体 发生组合物的模制品(Ⅰ)”)，它们是一种由非叠氮化物气体发生组合物制 成的模制品，其特征在于它们呈单孔或多孔状，当一种单孔模制品的长度 为L(毫米)，模制品的孔内径为d(毫米)时，d值为0.2-1.5(毫米) 之间，L/d值为1.5或1.5以上。

在本发明的气体发生组合物模制品(Ⅰ)中，“单孔或多孔的形状”是 指“气体发生剂模制品所具有的通孔或非通孔(未穿透的并相当于例如气 体发生组合物模制品表面的凹陷处)形状”。通孔或非通孔的数量可以是一 个或两个或多个。此外，一种模制品可以同时具有通孔和非通孔。

本发明还提供了一种气囊用气体发生组合物模制品(下文称为“气体 发生组合物模制品(Ⅱ)”)，其中气体发生组合物被模制成具有一个或两 个或多个孔的圆柱状，并且在70kgf/厘米2压力下的气体发生组合物的线性 燃烧速率r(毫米/秒)和模制品厚度W(毫米)的关系在0.005≤W/(2r)≤0.1 表示的范围内。

在本发明的气体发生组合物模制品(Ⅱ)中，“具有一个或两个或多 个孔的圆柱状”是指“具有一个通孔的单孔圆柱状，具有两个或多个通孔 的多孔圆柱状或具有一个或两个或多个非通孔的结构(非圆柱状)”。

附图的简单说明

图1是实施例1的罐试验中获得的压力-时间曲线。

图2是对比实施例1的罐试验中获得的压力-时间曲线。

图3是具有7个孔的化学气体发生剂的模制品(Ⅰ)的多孔示意图。

图4是采用具有7个孔的化学气体发生剂的模制品(Ⅰ)时进行的罐 试验中获得的压力-时间曲线。

图5是采用本发明气体发生组合物模制品(Ⅰ)用于气囊气体发生器 的一个实例所示的纵截面图。

图6表示本发明气体发生剂模制品(Ⅱ)的外观，其中L代表长度， R代表外径，d代表内径。

本发明的优选实施方案

本发明的气体发生组合物模制品(Ⅰ)是由非叠氮化物气体发生组合 物制成的模制品，其特征在于它们呈具有单孔或多孔的形状，当一种具有 单孔的模制品的长度为L(毫米)，模制品的孔内径为d(毫米)时，d值 介于0.2和1.5(毫米)之间，L/d值为1.5或1.5以上。

本发明模制品(Ⅰ)的一项物理特性是具有单孔的形状。在有一个通 孔的情况下，孔的内径d值介于0.2和1.5(毫米)之间，L/d值为1.5 或1.5以上，当用点火系统的热能点燃具有孔的模制品时，则由此控制在 内径部分的总内表面积中的起始阶段需点火的内表面积所占的比例。借助 于点火部分的热量起始阶段未点火的部分立即移动到点火状态。根据该理 由仅能够控制点火的起始阶段，而不会将所需时间延长到达到最大压力。 就这方面而言，应该意识到本发明的技术基本上与所谓的其中总气体发生 量多少有点降低以控制起始阶段的所谓动力降低(depowering)技术不 同。

另外，当模制品(Ⅰ)具有一个或两个或多个非通孔时，孔的内径d 值介于0.1和1.5(毫米)之间，L/d值为1.5或1.5以上。孔的深度优 选为0.5-29毫米。

因此，本发明具有孔的模制品(Ⅰ)可以具有单孔，即一个通孔，或 一个或两个或多个非通孔。对其形状没有限制，只要能达到上述的控制结 果就行。但是，考虑到模制成本，优先选择单孔状。孔的内径d值介于0.2 和1.5(毫米)之间，优选介于0.4和1.0毫米之间。当d值低于0.2毫 米时，点火系统的热能不能充分地控制具有孔的模制品内的起始点火面 积，就不能达到所需结果。当超过1.5毫米时，热能达到具有孔的模制品 的整个内表面，因此增加了起始点火和燃烧面积，就不能获得所需气体发 生量的结果。

另外，本发明具有孔的模制品(Ⅰ)的L/d值为1.5或1.5以上。如 果L太长，气体发生器内的要求填充效率自然降低。因此，根据气体发生 器的大小要求来确定孔长。L/d的优选范围为1.5-10.0，更优选2.5- 5.0，最优选3.0-5.0。当L/d值低于1.5时，如上所述，不能控制气体 发生的性能。

对本发明具有孔的模制品(Ⅰ)的长度没有具体的限制。其优选值为 1.5-30毫米。对外径D也没有具体的限制。在具有单孔形状的情况下， 其长度优选为1.5-5.0毫米，更优选2.0-5.0毫米，最优选2.4-5.0 毫米。

本发明气体发生组合物模制品(Ⅰ)可以有两个或多个通孔。在这种 情况下，对通孔的排列方式没有具体的限制。在优选的实施方案中，通孔 的排列要使气体发生器的性能达到稳定。

在圆柱状模制品的横截面上适当地排列两个或多个孔，使两个相邻孔 的中心距离大约等于两孔中心与模制品外端之间的距离。

在优选的实施方案中，如图3所示，在具有园截面的圆柱形模制品上 形成7个通孔。将这些孔中的一个孔中心定位在模制品的圆中心，其他6 个孔围绕该中心孔排列。在图3中，中心孔周围排列的两个孔之间的中心 距离(b)等于这两个孔的中心与模制品外端之间的距离(c)。另外，中 心孔的中心和排列在中心孔周围的孔心之间的距离(a)彼此相等。合适 的排列是由(a)、(b)和(a)构成的等边三角形大致与由(b)、(c) 和(c)构成的等边三角形相同。从一个中心孔排列着6个等边三角形， 中心孔周围的6个孔心排列在等边三角形的顶角。

在模制品的另一个实施例中，中心孔的周围环绕着18个孔。如上所述， 孔的数量和排列方式应是有利的。根据生产气体发生剂的便利性、生产成 本和组合特性来确定孔的数量和排列方式，对它们没有具体的限制。

在这种情况下，具有多孔的模制品的外径D为4-50毫米是适宜的， 每个通孔的直径d为0.4-1.0毫米，长度L为1.5-30毫米。在呈多孔 状的情况下，孔的深度最好为0.5-29毫米。另外，因为L/d的改变将取 决于孔的数量和d值，所以不得不根据孔数和d值来确定。例如，L/d介 于1.5-30之间。

本发明气体发生组合物模制品(Ⅰ)的特征在于在采用模制品(Ⅰ) 进行气体发生器的罐燃烧试验时，当要求的最大罐压为P(kPa)并且从 罐压开始增加的时间至已经达到最大罐压P(kPa)的时间段的时间为T 毫秒时，将0.25×T毫秒处的罐压力调节到0.25×P(kPa)或该值以 下，优选为0.20×P(kPa)或该值以下。理想地是将0.80×T毫秒处 的罐压力调节到0.70×P(kPa)或该值以上。

如果0.25×T毫秒处的罐压力超过0.20×P(kPa)，尤其是超过0.25 ×P(kPa)，那么囊的充气的起始压力太高。如果0.80×T毫秒处的罐 压力为0.70×P(kPa)或该值以上，那么肯定能保证汽车发生碰撞时乘 客的安全。

顺便提一下，本发明的罐燃烧试验是根据下列方法进行的。 [罐燃烧试验]

将填充有气体发生剂模制品(Ⅰ)的充气器固定在内容量为60升的SUS (不锈钢)罐中。在室温下密封罐，然后与外部点火电路连接。将接通点 火电路的时间设定为0，并用安装在罐中的压力传感器分别地测定0和200 毫秒之间罐内压力的增加值。最终通过计算机处理将每种测定数据绘制成 罐压/时间曲线，获得评定气体发生剂模制品(Ⅰ)性能的曲线。在燃烧完 全后，抽取罐内的部分气体，进行CO和NOx气体分析。另外，本发明的最 大罐压是指罐燃烧试验中SUS罐内的最大压力。

下面描述在60升罐中在20℃气氛下引入装有本发明气体发生组合物 模制品(Ⅰ)的气体发生器的评定实施例。评定用的模制品的外径D为6.5 毫米，长度L为4毫米，每个孔的直径约为0.7毫米。图4示出了罐输出 量曲线。此时，在接通点火电流后10-35毫秒，调节外壳内的内压，达到 最大值，以此在该位置呈现罐曲线的转折点，提供在囊膨胀的起始阶段对 乘客影响减弱的气体发生器用模制品。

下面描述本发明气体发生组合物模制品(Ⅰ)的制备方法的优选实施 方案。首先，根据原料的颗粒大小和堆密度采用溶解粘合剂的溶剂的捏合 步骤以制备气体发生组合物料。溶剂应选择能够溶解粘合剂并且适合于模 制的物质。在水溶性粘合剂的情况下可使用水，在可溶于有机物质粘合剂 的情况下可使用有机溶剂例如醚、乙酸乙酯或酮。溶剂的用量为适合于模 制要求组合物的量。通常，其用量按气体发生组合物的量计优选为10-30 重量％。混合顺序不很重要，能够在制备中保证最大安全性的顺序即可。 然后根据需要除去过量的溶剂后，通过固定的单孔圆柱形模挤压残余物， 通过挤压将组合物料制成单孔的圆柱形，压力一般为40-80千克/厘米2， 根据要求在130-140千克/厘米2的压力下制成单孔的圆柱形柱。在干燥 柱表面之前，将柱切割成所要求的长度，使得L/d值达到1.5或1.5以上， 然后进行干燥获得要求的模制品(Ⅰ)。

其次，描述本发明使用的非叠氮化物的气体发生组合物。本发明使用 的非叠氮化物气体发生组合物优选采用含有含氮化合物、氧化剂、成渣剂 和粘合剂的混合物。

本发明使用的含氮化合物的实例是一种选自三唑衍生物、四唑衍生 物、胍衍生物、偶氮二碳酰胺衍生物和肼衍生物的化合物或这些化合物的 两种或多种混合物。它们可以单独使用，也可以混合使用。其具体实例包 括5-氧-1,2,4-三唑、四唑、5-氨基四唑、5,5′-二-1H-四唑、胍、硝基胍、 氰基胍、硝酸三氨基胍、硝酸胍、碳酸胍、缩二脲、偶氮二碳酰胺、碳酰 肼、硝酸碳酰肼复合物、草酸二酰肼和硝酸肼复合物。

在这些含氮化合物中，优先选自四唑衍生物和胍衍生物中的一种或多 种化合物。特别优选硝基胍、氰基胍和5-氨基四唑。从分子中碳原子数最 少的角度考虑，硝基胍是最优选的。硝基胍包括比重低的针状结晶硝基胍 和比重高的块状结晶硝基胍。这些化合物都可使用。但是，在有少量水存 在的情况下，从生产的安全性和操作的简易性出发，最好使用比重高的硝 基胍。

本发明气体发生组合物中含氮化合物的混合比根据分子式中碳元素、 氢元素和需氧化的其他元素的量改变。一般优选为25-56重量％，更优 选30-40重量％。含氮化合物混合比的绝对值根据气体发生组合物中氧 化剂的类型而改变。当其值比完全氧化的理论值高时，气体中产生的痕量 CO的浓度增加。当其值等于或低于完全氧化的理论值时，气体中产生的痕 量NOx的浓度增加。因此，将该值定在最佳平衡两者浓度的范围内是最优 选的。

本发明气体发生组合物使用的氧化剂可以是各种氧化剂。优选选自至 少一种含有选自碱金属和碱土金属阳离子的硝酸盐氧化剂。除了硝酸盐 外，也可使用气囊充气器领域中经常使用的那些氧化剂例如亚硝酸盐和高 氯化物。但是，优选使用硝酸盐，因为与硝酸盐相比，亚硝酸盐分子中的 氧原子数较少，降低了易于排放到袋外的粒状雾的形成。含有选自碱金属 和碱土金属阳离子的硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁和硝酸锶。硝酸 锶是特别优选的。

本发明气体发生组合物中氧化剂混合比的绝对值是根据气体发生化合 物的类型和含量而改变。就CO和NOx浓度而言，其值优选为40-65重量 ％，更优选45-60重量％。

本发明气体发生组合物的成渣剂所起的作用是为了防止气体发生组合 物的氧化剂组分分解形成的碱金属或碱土金属氧化物以雾排放到囊外，使 该氧化物从液态变成固态并保留在燃烧室内。理想的成渣剂可以根据金属 组分的不同而进行选择。

成渣剂的具体实例包括至少一种选自酸质粘土、二氧化硅、主要由膨 润土型或高岭土型硅酸铝组成的天然粘土、人造粘土例如合成云母、合成 高岭土和合成绿土和一种水合硅酸镁矿物的滑石中的物料。在这些粘土 中，优选是酸质粘土或二氧化硅，特别优选酸质粘土。

例如，至于由三种组分即由硝酸钙产生的氧化钙、作为粘土主要组分 的氧化铝和氧化硅组成的氧化物混合物的粘度和熔点，在1350-1550℃ 下的粘度在3.1泊至大约1000泊的范围内改变，熔点视配方而定为1350 -1450℃。在利用这些特性时，根据气体发生组合物的混合比可呈现出成 渣性。

本发明气体发生组合物中成渣剂的混合比可在1重量％至20重量％的 范围内改变。优选范围为3-10重量％。如果该值太高，导致线性燃烧速 率降低，气体发生效率下降。如果该值太低，不能呈现令人满意的成渣性。

在本发明气体发生组合物中，粘合剂是获取要求模制品(Ⅰ)的主要 组分。可使用各种粘合剂，只要它们在水和溶剂的存在下具备粘性并对组 合物的燃烧特性没有大的副作用。本发明使用的粘合剂的具体实例包括聚 糖衍生物例如羧甲基纤维素金属盐、羟乙基纤维素、乙酸纤维素、丙酸纤 维素、丁酸纤维素、硝基纤维素和淀粉。从安全生产和易于操作的角度考 虑，水溶性粘合剂是优选的，羧甲基纤维素金属盐，特别是羧甲基纤维素 钠盐是最优选的。

本发明气体发生组合物中粘合剂的混合比优选为3-12重量％，更优 选4-12重量％。比例越高，模制品(Ⅰ)的断裂强度越高。但是，较高 的比例将导致组合物中碳元素和氢元素量的增加并导致痕量CO气体的浓度 增加，这就导致碳元素的不完全燃烧，因此而降低发生气体的质量。因此， 这是不理想的。特别是，如果该比例超过12重量％，氧化剂所占的相对比 例增加，结果气体发生化合物的相对比例下降，难以建立实际上可以使用 的气体发生器系统。

此外，如果使用羧甲基纤维素钠盐作为粘合剂，那么其附带的作用是 改善燃烧性，在微量混合态分子级硝酸钠(在用水制备模制品(Ⅰ)时因 金属与硝酸盐发生交换反应产生的)的存在下，使作为氧化剂使用的硝酸 盐，尤其是具有高分解温度的硝酸锶的分解温度向低温侧转移。

如上所述，本发明实际使用的理想气体发生组合物包括：

(a)约25-56重量％，优选30-40重量％的硝基胍，

(b)约40-65重量％，优选45-65重量％的氧化剂，

(c)约1-20重量％，优选3-10重量％的成渣剂，和

(d)约3-12重量％，优选4-12重量％的粘合剂。

最理想的组合物包括：

(a)约30-40重量％的硝基胍，

(b)约40-65重量％硝酸锶，

(c)约3-10重量％的酸质粘土或二氧化硅，和

(d)约4-12重量％的羧甲基纤维素钠盐。

将具有下列组成的组合物模制而成单孔圆柱状来制备本发明气体发生 组合物的优选模制品(Ⅰ)，所述组合物包括：

(a)约25-56重量％的硝基胍，

(b)约40-65重量％的氧化剂，

(c)约1-20重量％的成渣剂，和

(d)约3-12重量％的粘合剂。

其次，描述本发明气囊中使用的气体发生器系统。

在本发明的气体发生器系统中，理想地是在采用上述模制品(Ⅰ)进 行气体发生器的罐燃烧试验时，当要求的最大罐压为P(kPa)并且从罐 压开始增加的时间至已经达到最大罐压P(kPa)的时间段的时间为T毫 秒时，将0.25×T毫秒处的罐压力调节到0.25×P(kPa)或该值以下， 优选为0.20×P(kPa)或该值以下，将0.80×T毫秒处的罐压调节到 0.70×P(kPa)或该值以上。

本发明气体发生器包括具有多个气体排放孔的外壳，安装在外壳内的 点火装置，由点火装置点火并产生燃烧气体的气体发生装置和装在气体发 生装置中的燃烧室。优选地，进一步包括一个冷却燃烧气体并捕集燃烧残 余物的过滤器装置。更优选地，过滤器装置的安装应使得过滤器装置的外 周边缘与室外周边壁的内表面相对并在两者之间有间隙。

在本发明气体发生器系统中，根据用于D侧(驾驶员)的气体发生器 系统，通过消除的应力解释了最大罐压P(kPa)和从灌压开始增加的时 间至已经达到最大罐压P(kPa)的时间段的时间T(毫秒)，其中最大罐 压P(kPa)介于110至220(kPa)之间，从罐压开始增加至达到最大 罐压(kPa)的时间T例如介于30至65毫秒之间。但是，本发明的技术 并不局限于在D侧使用系统。在P侧(乘客)也可使用气体发生器系统， 其最大压力P(kPa)介于350至500(kPa)之间，从罐压开始增加至 达到最大罐压P(kPa)的时间T例如介于50至70毫秒之间。

图5是采用本发明气囊用的气体发生组合物模制品(Ⅰ)在D侧气囊 中应用的气体发生器的一个实施方案的纵截面图。

参见图5，在气体发生器中，将包括有扩散器壳体1和闭合壳体2的 外壳3的内部划分成两个室，即点火装置容纳室23和配有内部圆柱形杆16 的气体发生剂燃烧室28。安装作为点火装置的点火元件4和转移填料5， 通过碰撞点火以激发点火装置并在点火装置容纳室23中燃烧气体发生剂。 通过点火装置点火和燃烧产生燃烧气体的本发明气体发生组合物的模制品 (Ⅰ)6和接近盘状的底板24被安装在燃烧室28内，底板24用于支承气 体发生剂6，防止它们移动。在扩散器壳体1的周壁部分10处在环形方向 上等间距地形成多个气体排放孔11，用密封带52密封气体排放孔11。内 圆柱形杆16被适当地安装在闭合壳2中的中心孔15上。扩散器壳体1和 闭合壳2的各个突缘部分19,20覆盖在外壳3的轴向中心横截面部分的 附近，并用激光焊接点21连接以形成壳体3。

在安装有内圆柱形杆16的点火装置4侧的端部形成弯曲部分27，用 填缝部分27固定点火装置4。另外，在内圆柱形杆16的周边壁上形成多 个朝向燃烧室28等间距排列的通孔54，通孔54用密封带52′密封。安装 在壳体1中的用于净化和冷却由点火和燃烧气体发生剂6产生的气体的冷 却剂/过滤器7排列在气体发生剂6的周围以构成环形室，即环绕内圆柱形 杆16的气体发生剂燃烧室28。以径向覆盖不锈钢线网并同时在以径向和 轴向压缩，形成冷却剂/过滤器7。在冷却剂/过滤器7的外侧形成用于防 止冷却剂/过滤器膨胀作用的外层29。在外壳3的外周壁8和冷却剂/过滤 器7之间形成间隙9，该间隙9起气体通道的作用。用于防止外壳和冷却 剂/过滤器之间气体短路的防止短路的装置32被安装在冷却剂/过滤器7的 内周壁上。

另外，在冷却剂/过滤器的内周壁上，也可配置几近圆柱形的多孔篮以 防止过滤器7中因气体发生剂燃烧引起的火焰并防止气体发生剂6和过滤 器7直接接触。在外壳中，除了气体发生剂外，在由内圆柱形杆16外侧限 定的气体发生剂燃烧室28中安装几近圆盘状的底板24，用以支承气体发 生剂6，以防止它们移动。该底板24具有一个与气体发生剂6接触的环形 部分25和适于插入内圆柱形杆16外周壁的中心孔26。防止由环形部分25 上的缓冲垫25′支承的气体发生剂6移动，并且不用担心气体发生剂因振动 会被碰碎而改变表面积。另外，根据需要安装外层29、间隙9和多孔篮， 也可省掉它们。

在图5中，数字17表示具有凹槽18的圆柱形轴环部分，数字22表示 安装在凹槽18内的0环。

其次，描述本发明气体发生组合物的模制品(Ⅱ)。将气体发生组合 物模制成具有一个或两个或多个孔的圆柱状，制备本发明气囊用气体发生 剂模制品(Ⅱ)，其中在70kgf/厘米2压力下气体发生组合物的线性燃烧速 率r(毫米/秒)和模制品的厚度W(毫米)之间的关系是在0.005≤W/(2r)≤0.1 表示的范围内。

在本发明气体发生组合物的模制品(Ⅱ)中，如上所述，“具有一个 或两个或多个孔的圆柱状”是指“具有一个通孔的单孔圆柱状，具有两个 或多个通孔或具有一个或两个或多个非通孔的多孔圆柱状”。因此，在具有 一个通孔的单孔圆柱状情况下，线性燃烧速率r(毫米/秒)和模制品的厚 度W(毫米)之间的关系在0.005≤W/(2r)≤0.1的范围内，在具有两个或多 个通孔的多孔圆柱状的情况下，在0.005≤W/(2r)≤0.1的范围内，在具有一 个或两个或多个非通孔结构的情况下，在0.005≤W/(2r)≤0.1的范围内。

另外，具有一个通孔的单孔圆柱状具有示于图6中的具有一个通孔的 形状，通孔既可以是直的，也可以是弯曲的。具有两个或多个通孔的多孔 圆柱状与气体发生组合物模制品(Ⅰ)的具有两个或多个通孔的圆柱形模 制品(例如图3所示的)相同。至于具有一个或两个或多个非通孔的结构， 可提及的实例是一端是密封的单孔圆柱状和具有两个或多个通孔并且多个 孔的一部分或全部被密封的多孔圆柱状。

作为制备本发明气体发生组合物模制品(Ⅱ)的气体发生组合物，采 用制备气体发生组合物模制品(Ⅰ)时使用的气体发生组合物。优选使用 线性燃烧速率为1-12.5毫米/秒的组合物以抑制热量的产生。

本发明可提供一种线性燃烧速率大约为10毫米/秒或接近或低于该值 的气体发生组合物并将考虑了气体发生质量的小型化充气器系统投入实际 使用。

另外，优选使用双氰胺作为气体发生组合物中所含的含氮有机化合 物。气体发生组合物中的含氮化合物的量根据构成含氮化合物的元素量和 分子量和与氧化剂和其他添加剂的混合情况而改变。最优选地，通过与氧 化剂和其他添加剂混合而使氧平衡接近零。根据产生的痕量CO和NOx的浓 度，通过将氧平衡调节到正侧或负侧而制备理想的组合物模制品(Ⅱ)。 例如，在采用双氰胺的情况下，其含量优选在8-20重量％的范围内。

含氧氧化剂可使用在气囊气体发生剂领域中已知的氧化剂。主要优选 使用的氧化剂是能将残余成分转变成液体或气体并形成高沸点物质以降低 对冷却剂和过滤剂的热负荷。

例如，硝酸钾是气体发生剂中通常使用的氧化剂，燃烧中的主要残余 成分是氧化钾或碳酸钾。氧化钾在大约350℃时分解成过氧化钾和金属钾。 另外，过氧化钾的熔点为763℃，它们在气体发生器运作时变成液态或气 态。因此，无需考虑对冷却剂和过滤剂施加的热负荷。

可提及的优选使用的具体氧化剂是硝酸锶。硝酸锶燃烧时的主要残余 成分是熔点为2430℃的氧化锶，在气体发生器运作时，它们几乎呈固态。

对氧化剂的用量没有具体的限制，只要其用量足以完全燃烧含氮有机 化合物，为了控制线性燃烧速率和热量，必要时可改变其用量。当采用硝 酸锶作为双氰胺的氧化剂时，其用量优选为11.5-55重量％。

作为一种优选的气体发生组合物，可提及的组合物含有8-20重量％ 的双氰胺，11.5-55重量％的硝酸锶、24.5-80重量％的氧化铜和0.5 -8重量％的羧甲基纤维素钠盐。本发明也提供了一种含有8-20重量％ 双氰胺，11.5-55重量％硝酸锶、24.5-80重量％氧化铜和0.5-8 重量％羧甲基纤维素钠盐的气体发生组合物。

其次，描述本发明气体发生组合物模制品(Ⅱ)的制备方法。通常可 按采用粘合剂模制具有特定厚度火药组合物的已知方法制备，例如压片或 挤压模制。同时，当将产品用作本发明气囊用气体发生剂时，考虑到线性 燃烧速率，制备较薄的模制品是适宜的。此外，为了使模制品具有所需的 强度，合适地是将模制品模制成单孔圆柱状并按压制-拉长模制法进行模 制。

在本发明中，干混气体发生组合物，向混合物中加水，混合浆料直到 形成均匀的产品。用带模具的压制-拉长模制机模制，切割成适当的长度， 干燥，以获得气体发生剂模制品(Ⅱ)，该制品在气囊系统中使用时具有 令人满意的性能。

在压制-拉长模制后，同样切割成适当的长度，将气体发生剂加工成 图6所示的单孔圆柱状。另外，可将它们加工成具有两个或多个通孔的多 孔圆柱状或具有一个或两个或多个非通孔的结构。另外，在压制-拉长模 制法中，可通过改变内径同时用模固定外径来调节厚度。

这样的一种形状使得它们能抑制热的产生，从圆柱状的内外表面进行 燃烧，并具有足以供气囊使用的极好的线性燃烧速率。

可将具有一个或两个或多个孔的圆柱形模制品的外径(R)，内径 (d)和长度(L)确定在能够在气体发生器中应用的范围内。在具有一 个通孔的单孔圆柱状情况下，外径为6毫米和6毫米以下是适宜的，长度 与厚度W=(R-d)/2之比(L/W)为1或1以上。在具有两个或多个通孔的 多孔圆柱状情况下，外径为60毫米或60毫米以下是适宜的，长度与厚度 (当多个孔等距离排列时为孔间距；当这些孔不是等距离排列时为这些孔 各个距离的平均值)之比为1或1以上。另外，在具有一个或两个或多个 非通孔结构的情况下，外径为60毫米或60毫米以下，长度与厚度之比为1 或1以上是适宜的，非通孔部分的厚度W′为厚度W的0.5-2倍。如果使 用本发明的模制品(Ⅱ)，它们将在要求的燃烧时间内燃烧，甚至在较低 的线性燃烧速率下。此外，在与成渣剂混合使用时，无需再考虑热量排出 的部分，这使得气体发生器本身小型化。

下面描述本发明使用的生产模制品(Ⅱ)的一个优选实施方案。首先 根据原料的颗粒大小和堆密度的气体发生组合物的需求量而计算使用增加 的10-30％比例的水，通过捏合形成组合物料。混合顺序是无关紧要的， 只要在生产中能够保证最佳安全性的混合顺序即可。接着，根据需要除去 过量的水后，使组合物料通过形状固定的用于单孔圆柱状的模，通常在40 -80千克/厘米2的压力下，视需要在130-140千克/厘米2的压力下进行 挤压，制成单孔圆柱状柱。在干燥柱表面前，用切割机将柱切割成要求的 长度，然后干燥获得所要求的模制品(Ⅱ)。在充满氮的1升容器中在 70kgf/厘米2的压力下燃烧并分析用压力传感器记录的容器内的压力改变而 得出的气体发生组合物的线性燃烧速率。

模制品(Ⅱ)的形状由最终组合物的线性燃烧速率决定。对于线性燃 烧速率为10毫米/秒或在该值左右或以下的组合物而言，适合于制成外径 为1.5-3毫米，长度为0.5-5毫米的单孔圆柱形模制品。特别是含35 重量％硝基胍，50重量％硝酸锶，5重量％酸质粘土和10重量％羧甲基 纤维素钠盐的组合物，适合于制成外径为2.2-2.75毫米，内径为0.56 -0.8毫米，长度为2.5-3.2毫米的单孔圆柱形模制品。

另外，本发明也提供了一种用于气囊的气体发生剂模制品(Ⅱ)的充 气器系统，其中：

A．组合物含有

(a)约25-60重量％的含氮有机化合物，

(b)约40-65重量％的氧化剂，

(c)约1-20重量％的成渣剂，和

(d)约3-12重量％的粘合剂

B．加水或溶剂通过捏合法将组合物制成组合物料，

C．在加压下，通过模制将组合料挤压成单孔圆柱状，和

D．切割并干燥。

当将本发明的气体发生组合物模制品(Ⅱ)用作充气器系统时，对它 们没有特别的限制。最合适的是将气体发生组合物模制品(Ⅱ)与充气器 结构组合，以此改善模制品(Ⅱ)的特性。

实施例

借助于实施例和对比例更详细地说明本发明。但是，本发明不仅仅局 限于这些实施例。

实施例1

将占组合物总量的15份(下文中，份表示重量份)的水加入到31份 硝基胍中，将它们混合并捏合。另外将54份硝酸锶，5份酸质粘土和10 份羧甲基纤维素钠盐进行干混。将该混合物加入到上述湿混粉末中，进一 步捏合它们。然后，通过外径为3.2毫米，内径为0.80毫米的模在80千 克/厘米2的压力下挤压捏合的混合物，制成单孔圆柱状柱。用切割机将柱 切割成4.0毫米的长度，干燥掉水分，制得气体发生剂的模制品(Ⅰ)。

在室温下，用37克制成的气体发生剂模制品(Ⅰ)进行60升罐试验。 结果示于表1中。图1表示进行罐试验所获得的压力-时间曲线。

从上述试验结果和图1可以看出在起始阶段罐压增加曲线是缓慢的， 当达到最大压力时，在要求的时间内获得了所要求的压力-时间曲线。

另外，罐内非常干净，痕量CO和NOx的气体浓度在汽车制造商要求的 范围内。

实施例2和3

按与实施例1相同的方法制备气体发生剂模制品(Ⅰ)，只是用切割机 将柱切割成表1所示的长度。按实施例1的方法评定制成的气体发生剂模 制品(Ⅰ)。结果示于表1中。 对比例1

按与实施例1相同的方法制备气体发生剂模制品(Ⅰ)，只是用切割机 将柱切割成2.0毫米的长度。按实施例1的方法评定制成的气体发生剂模 制品(Ⅰ)。结果示于表1中。

另外，罐试验中获得的压力-时间曲线示于图2中。

从上述试验结果和图2可以看出在起始阶段罐压增加曲线超过要求的 压力值，与实施例1相比，曲线较陡，可能对乘客的损伤会较大。 实施例4

将占组合物总量的15份(下文中，份表示重量份)的水加入到35份 具有高比重的硝基胍(下文缩写为“NQ”)中，将它们混合并捏合。另外 将50份硝酸锶，5份酸质粘土和10份羧甲基纤维素钠盐进行干混。将该 混合物加入到上述湿混粉末中，进一步捏合它们。然后，通过外径为2.5 毫米，内径为0.80毫米的模在80千克/厘米2的压力下挤压捏合混合物， 制成单孔圆柱状柱。用切割机将柱切割成2.12毫米的长度，干燥掉水分， 制得气体发生剂的模制品(Ⅱ)。下面示出了在室温下，用38克制成的气 体发生剂模制品(Ⅱ)进行60升罐试验的试验结果。另外，气体发生组 合物的线性燃烧速率为8.1毫米/秒。最大罐压为1.83千克/厘米2，达到 最大压力的时间为55毫秒。

罐内的雾量为700毫克或700毫克以下，罐内非常干净，痕量CO和NOx 的气体浓度都在汽车制造商要求的范围内。

实施例5-7和对比例2-4

按与实施例4相同的方法制备气体发生剂模制品(Ⅱ)，只是各种组 分的重量份和模制品的形状按表2所示的改变。

在采用各实施例4-7和对比例2-4的气体发生组合物的线性燃烧 速率时产生的总热量和产生固定量气体必需的组合物量示于表3中。

罐试验结果示于表4中。

实施例8

干混好12份双氰胺，53份硝酸锶，30份氧化铜和5份羧甲基纤维素 钠盐粉末。再向混合物中加入12.5份水，混合浆料直到混合物变成令人满 意的均匀态。在混合浆料后，在60-70kgf/厘米2的压制-拉长模压下压 制拉长混合物，采用外径1.6毫米，内径0.56毫米模的压制-拉长模制机 制备时压制-拉长的模制速度约为0.2厘米/分钟，将产品切割成大约5毫 米的长度。切割后，在50℃干燥切割产品15小时或15小时以上，制成气 体发生组合物(线性燃烧速率为7.4毫米/秒，总热量22.2大卡)。制成的 气体发生组合物的重量产率为80％或80％以上。用54克该气体发生组合 物进行预定的罐试验(JP-B 52-3620和JP-B 64-6156描述的方法)。罐压 为1.22千克/厘米2，达到最大压力的时间为50毫秒。这些值落在组合物 投入实际使用时不会损伤金属排热器和过滤器的要求范围内。

实施例9

完全按与实施例5相同的方法制备气体发生组合物，只是双氰胺的含 量变成10份，硝酸锶的含量为35份，氧化铜的含量为50份，羧甲基纤维 素钠盐的含量为5份，组合物的重量定在65克(线性燃烧速率为7.6毫米 /秒，总热量为22.1大卡)，按实施例5进行罐试验。罐压为1.31千克/厘 米2，达到最大压力的时间为55毫秒。这些值落在组合物投入实际使用时 不损伤金属排热器和过滤器的要求范围内。

实施例10

按与实施例5相同的方法制备气体发生组合物，只是双氰胺的含量改 成13份，硝酸锶的含量为32份，氧化铜的含量为50份，羧甲基纤维素钠 盐的含量为5份，模制品的外径为1.15毫米，内径为0.34毫米，长度为 0.52毫米(线性燃烧速率为6.1毫米/秒，总热量为22.2大卡)。采用67 克该模制品按实施例5进行罐试验。罐压为1.67千克/厘米2，达到最大压 力的时间为47毫秒。结果表明能在很宽的范围内调节性能而不损伤金属排 热器和过滤器。 对比例5

采用与实施例8极其相同的配方进行浆料混合。在混合浆料后，用普 通制丸机将混合物模制成直径为5毫米，厚度为1毫米的薄丸片。按起始 重量计，薄丸片的重量产率为20％或20％以下，丸片没有实际强度。 对比例6

将23份双氰胺，57份硝酸锶和20份氧化铜与加入的10份水很好地 均匀混合。在湿状态下，用普通制丸机将混合物模制成直径为5毫米，厚 度为2毫米的薄丸片(线性燃烧速率为24.0毫米/秒，总热量为28.6大卡)。 采用50克组合物按与实施例5相同的方法进行罐试验。由于过滤器遭到严 重的破坏，未能获得所需罐压。 对比例7

按与对比例2极其相同的方法制备丸片，只是将双氰胺的含量变成19 份，硝酸钾的含量为31份和氧化铜的含量为50份(线性燃烧速率为9.1 毫米/秒，总热量为25.3大卡)。采用60克模制品按与实施例5相同的方 法进行罐试验。完全燃烧所需的时间为100毫秒或100毫秒以上，不能获 得令人满意的实际性能。

实施例8-10中各气体发生组合物的线性燃烧速率和产生固定量气体 的组合物所需的组合物量示于表5中。

表1 气体发生剂模制品 的长度(L)(毫米) L/d 从点火至上升所 需时间(T)(毫     秒) 从开始升至最 大罐压的时间   (T)(毫少) 最大罐压(kPa) 0.25×T毫秒 处的罐压(kPa) 0.80×T毫秒 处的罐压(kPa) 实施例1     4.0  5.0     2.2     45.0     170     16.1     136.3 实施例2     3.0  3.8     1. 65     44.5     167     31.8     157.2 实施例3     3.5  4.4     3.40     34.7      200     38.8     169.5 对比例1     2.0  2.5     2.50     50.5     174.5     69.6     164

表2 含氮有机化合物 硝酸锶   成渣剂   粘合剂     外径×内径×长度 实施例5     NQ28     55 酸质粘土7     CMC10     2.5×0.8×2.14 实施例6     NQ31     56 酸质粘土3     CMC10     2.5×0.8×2.14 实施例7     NQ29     54 酸质粘土7     CMC10     2.2×0.56×3.0 对比例2     NQ38     52     -     CMC10     2.5×0.8×2.14 对比例3     NQ52     46     -     淀粉2     5.0×-×1.39 对比例4     NQ32     58     -     CMC10     5.0×-×1.27

表3 线性燃烧速率(毫米/秒)     总热量(大卡)   实施例4     8.1     28.2   实施例5     10.0     33.3   实施例6     9.4     31.9   实施例7     9.3     30.2 对比例2     7.3     31.1 对比例3     7.8     27.8 对比例4     8.5     31.1

表4 组合物 用量 最大罐压 达到最大压   力的时间   雾量 CO和NOx的气体浓度 实施例5  44.6   1. 95     58 与实施例1   相同 NOx含量比实施例1的 稍高，但在容许范围内 实施例6  43.0     3.05     48 与实施例1   相同 CO和NOx含量最低 实施例7  40.6     1.44     62 与实施例1   相同 NOx含量比实施例2高 对比例2  41.8     2.24     38 雾量大并且 罐内变脏     NOx含量高 对比例3  37.4     0.52     50     燃烧进行不好 对比例4  41.9     引发剂破碎

表5     气体发生组合物     (组分/重量％) 线性燃烧速 率(毫米/     秒) 总热  量  (大  卡)   组合物的   必需量   (克) 含氮有机 化合物 氧化剂 粘合剂 实施例8  DCDA/10  Sr(NO3)2/45   CuO/40  CMC/5     6.2   20.5     64.0 实施例9  DCDA/17  Sr(NO3)2/48   CuO/30  CMC/5     7.2   23.8     72.2 实施例10  DCDA/13  Sr(NO3)2/35   CuO/50  CMC/2     8.3  21.5     65.9