[发明专利]高燃烧速度、高气体产率的非氮化物造气剂

说明书

本发明总体上涉及造气组合物(如用于膨胀可膨胀的汽车缓冲气囊的造气组合物)，更具体地说，本发明涉及高燃烧速度、高气体产率的非氮化物造气组合物。

造气组合物的燃烧速度可用下面等式(1)表示：            Rb=Bpⁿ    (1)其中，

Rb=燃烧速度(线性)

B=常数

P=压力

n=压力指数，该压力指数是x轴的压力对数与y轴的燃烧速度对数图的直线斜率。

目前，通常用于膨胀可膨胀的汽车缓冲气囊的造气组合物常采用叠氮化钠或以叠氮化钠为基础。点火后，这种叠氮化钠基组合物通常产生或形成氮气。尽管使用叠氮化钠和某些其它氮化物基造气材料能满足目前的工业规范、指南和标准，但是这种用途会牵涉或引起潜在的问题，例如牵涉这种造气材料的安全和有效操作、供应和处置。

某些经济上和设计上的因素也导致需要改变氮化物基焰火制造术和相应的造气剂。例如，对小型化或至少减少可膨胀的缓冲系统总的空间体积的兴趣，尤其是对所述系统的膨胀组份的这种要求推动了寻找与常规的或常用的叠氮化物基造气剂相比具有更高单位体积气体产量的造气材料。另外，汽车和气囊工业的竞争的结果，要求造气组合物满足一个或多个条件，例如由低成本组分或材料组成或采用这种材料并能常用更有效或低成本造气剂加工技术进行加工。

结果开发并使用了其它合适的造气材料。具体地说，这种工作导致开发出不含氮化物的造气剂用于这种膨胀器件的用途中。如上所述，需要一种不含氮化物的造气材料，它在克服氮化物基造气剂的至少部分潜在的问题或缺陷的同时，(例如如与常用的氮化物基造气剂相比)仍具有相对高的气体产率。具体地说，要求用相对低成本的造气材料解决一个或多个这种问题或限制。

经过这种开发工作，提出了各种燃料和氧化剂的组合作为造气材料。硝酸铵是一种相对低成本的市售材料，当与合适的燃料组合在一起时，可得到或导致相对高的气体产率。然而，使用硝酸铵作为这种造气剂的单一氧化剂具有某些不利之处即缺点。例如，如此使用会使造气材料具有相对低的燃烧速度、相对高的燃烧速度压力指数(即燃烧速度高度依赖于压力)以及相对高的吸湿性。

因此，通过添加一种或多种选用的添加剂(例如选用高能燃料成分或者加入助氧化剂，如高氯酸铵和高氯酸钾)不同程度地提高了含硝酸铵组合物的燃烧速度。尽管加入这种高能燃料成分能提高燃烧速度，但是一般需要进一步提高燃烧速度。另外，这种高能燃料添加剂总体上均不能明显降低如上所述的燃烧速度压力指数。可以理解，一般要求这种组合物具有相对低的燃烧速度压力指数，以便降低相应的气囊膨胀器器件的冲击可变性。在实践中，大多数含硝酸铵的造气组合物其燃烧速度压力指数约为0．75，相对于通常要求的小于0．60的水平是非常高的。

另外，在造气制剂中加入并使用所述助氧化剂(例如用于气囊用途)被视为是令人讨厌的，因为流出气体可能具有毒性(例如形成令人讨厌的HCl气体)，并且难以从相应的膨胀器器件的气流中滤去某些不合需求的副产品(如碱金属氯化物)。

此外，在常用的或预期的储存条件(如约-40℃至约110℃的温度下)下，已知硝酸铵的晶体结构通常会发生各种变化。这种结构变化通常涉及固体材料的膨胀和缩小。即使相对小的这种变化也会对相应的造气材料产生强烈的影响，从而会对造气材料的燃烧速度产生强烈影响。除非抑制硝酸铵结构的这种变化，否则会使含有这种硝酸铵的造气材料发生性能变化，使这种造气材料不适合常规的可膨胀缓冲系统的用途。

仍需要开发一种不含氮化物的造气材料，它在克服氮化物基造气材料的至少部分潜在的问题或缺陷的同时，例如与常规的氮化物基造气剂相比，仍具有相对高的气体产率，并且它能提供或导致足够的并且是所需的高燃烧速度和低燃烧速度压力指数。

本发明的一个总的目的是提供一种改进的造气组合物和一种高燃烧速度、高气体产率的不含氮化物的造气剂的制造方法。

本发明的一个更具体的目的是克服一个或多个上述问题。

通过一种造气组合物能达到或至少部分达到本发明的总目的，所述组合物包括：

约30-60重量％造气燃料；

约15-55重量％硝酸氨合金属氧化剂；

约2-10重量％金属氧化物添加剂，用于提高燃烧速度并有助于形成炉渣；和

约0-35重量％硝酸铵补充氧化剂。