CN100363313C - 单添加引发剂料 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于可充气限制系统的单添加引发剂料以及制备该单添加引发剂料的方法。所述单添加引发剂料包含锆、高氯酸钾之类的氧化剂和氢化钛之类的燃烧增强剂的均匀混合物，所述燃烧增强剂在均匀混合物的含量可有效制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料。所述单添加引发剂料可通过以下步骤形成：通过干混合各组分或将各组与分醇之类的溶剂混合形成浆液，从而制得均匀混合物；将均匀混合物装入物料贮存器，并对均匀混合物进行压缩。

Description

单添加引发剂料

发明背景

本发明一般地涉及一种用于可充气限制系统的充气装置的点火器组合件的引发剂料。本发明更具体地涉及一种能够有效地引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料(single increment initiator charge)。

众所周知，例如在车辆发生撞击而突然减速时，用缓冲垫或袋，例如用气体膨胀或展开的″气囊垫″保护车辆乘客。这种气囊限制系统通常包括：一个或多个气囊垫，这些气囊以未充气的折叠状态保存使其空间需要最小；安装在车辆的框架或车体上的用来检测车辆突然减速的一个或多个撞击传感器；由撞击传感器电子触发的激活系统；和向气囊垫输送或提供气体使气囊垫膨胀的充气装置。在车辆发生突然减速时，在不过几毫秒内，撞击传感器触发激活系统，激活系统又触发充气装置，充气装置开始向气囊垫充气。

本领域已揭示了许多种为一个或多个可充气限制系统气囊垫充气的充气装置。这些充气装置通常包括：点火器组合件；多种可燃性烟火组合物；和用来包含所述点火器组合件和一种或多种烟火组合物的外壳。点火器组合件通常包括具有一个或多个导电杆(pin)金属环(eyelet)，所述杆与电桥标准导线相连，形成闭合电路。电桥标准导线与可以电引燃的引发剂料保持紧密接触，所述引发剂料容纳或装在物料贮存器或料杯中。在发生碰撞时，激活系统通过点火器组合件的导电杆将电流输送到电桥标准导线。电桥标准导线引燃引发剂料，引发剂料又引燃其相连的点火剂组合物或气体生成组合物之类的烟火组合物，开始产生充气气体，从而使相连的或相应的气囊垫膨胀。

本领域已揭示了各种用来引燃相联的烟火组合物的引发剂料。通常，为满足工业和联邦安全标准，这些引发剂料包括两种分离的组合物或添加物(increment)：通常是电热传导且可燃的的点火剂组合物或添加物；和用于提高点火器组合件燃烧温度和压力输出的助促进剂或增强剂组合物或添加物。通常将这些组合物依次装入物料贮存器，而点火剂组合物或添加物与电桥标准导线紧密接触，以促进充气装置的点火。

本领域已经揭示了许多点火剂组合物或添加物在充气装置中的应用，例如用于可充气限制系统。一种这样的点火剂组合物或添加物包含锆或钛之类的金属或金属燃料和高氯酸钾之类的氧化剂。特别优选使用这些点火剂组合物，这是由于对它们施加电流时，很容易将它们引燃。然而，对于汽车用途，例如在可充气限制系统中，这些点火剂组合物或添加物通常无法产生足够的热量和/或压力来引燃相联的烟火组合物。因此，这些点火剂组合物或添加物通常与分别复合的增强剂或助促进剂组合物或添加物结合使用。

所述增强剂或助促进剂组合物或添加物通常用来提高燃烧的温度和/或增大引发剂料燃烧时产生的压力。合适的增强剂或助促进剂组合物或添加物通常可包含与高氯酸钾之类的氧化剂化合物组合的氢化钛或氢化锆之类的金属氢化物。通常，当通过相连的电桥标准导线对这些增强剂或助促进剂组合物或添加物施加电流时，它们的电热传导性质不足以进行引燃。因此，通常将这些增强剂或助促进剂组合物或添加物用作点火剂组合物或添加物的补充。

依次加入所述两个分离的组合物或添加物需要进行另外的步骤，例如要两次配制、装入物料贮存器和压缩步骤才能形成能够有效引燃相联的烟火组合物的引发剂料。这些另外的步骤在例如增加设备、劳力、质量保证分析和加工时间等方面增加了生产成本。另外，通常同时用于点火剂组合物或添加物和增强剂或助促进剂组合物或添加物中的材料在装入时很困难且很危险，会给处理这些材料的工作人员带来安全隐患。因此配制和装入两个分离的组合物或添加物就提高了工人所受的危险。

鉴于上文，需要和要求能够满足多添加物的引发剂料要求的单添加引发剂料。特别地说，需要和要求能够有效地可重复而可靠地引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料。还需要和要求比包含多次依次装入的组合物或添加物的市售引发剂料更低成本且生产更安全的单添加引发剂料。

发明简述

本发明一般的目标是提供一种用于可充气限制系统的充气装置的改进的引发剂料，以及制备该引发剂料的方法。

本发明更具体的目的是克服一个或多个上述的问题。

通过使用包含锆、氧化剂和有效量的燃烧增强剂的均匀混合物的单添加引发剂料，所述燃烧增强剂的量能够足以得到能够有效引燃相联的烟火料的单添加引发剂料，从而实现、至少是部分实现本发明的一般目的。根据某些优选实施方式，均匀混合物至少包含约占组合物20重量％的锆。

现有技术通常无法提供能够根据需要满足一种或多种上述性能或生产标准的包含有效量燃烧增强剂的单添加引发剂料以及该单添加引发剂料的制备方法。另外，现有技术通常无法提供涉及使用锆和氧化剂的均匀混合物的单添加引发剂料和相关制造方法，所述均匀混合物具有增加的电热灵敏性。

本发明还包括制造用于可充气限制系统充气装置的单添加引发剂料的方法，在此方法中制备了锆、氧化剂和有效量燃烧增强剂的均匀混合物，将该混合物装入物料贮存器，并对其进行压缩。根据一个优选实施方式，该方法还包括将锆、氧化剂和燃烧增强剂干混合形成均匀混合物。根据本发明另一优选的实施方式，该方法包括将锆、氧化剂和燃烧增强剂与溶剂混合形成均匀混合物的步骤。

本发明还包括通过以下方法制备的单添加引发剂料：形成锆、氧化剂和有效量燃烧增强剂的均匀混合物，所述燃烧增强剂的量能够制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加物的引发剂组合物；将该均匀混合物装入物料贮存器；将均匀混合物压缩形成单添加引发剂料。根据某些优选实施方式，所述均匀混合物包含：

占组合物约20-60重量％的锆；

占组合物约30-75重量％的氧化剂；

占组合物约10-40重量％的燃烧增强剂。在本发明的其它优选实施方式中，燃烧增强剂包括金属燃烧增强剂、有机燃烧增强剂，或它们的组合。

应理解，在本文中，术语″添加物″表示单独配制的混合物或组合物。多添加物表示两种或两种以上单独配制和装入的混合物或组合物，这些混合物或组合物可包含相同或不同含量的不同或相同组分。

应理解，在本文中，术语″均匀混合物″表示由均一混合物组成的材料，在此整个均一混合物中，组分或成分在其中均匀分布。

应理解，在本文中″烟火组合物″表示能够快速燃烧或分解，释放出光、热和/或气体的材料或化学组合物。

应理解，在本文中“全火(AF)”标准表示当在-40C至+23C对一种材料施加2毫秒的不超过1.2安培直流电流时，该材料会在99.9999％的时间里被引燃，其置信水平95％。可根据美国军用标准(MIL-STD)331B，试验D2(射弹引信解除保险距离(Projectile Fuze Arming Distance))揭示的Bruceton法对特定的引发剂料评定AF级别。

应理解，在本文中“无火(NF)”标准表示当在+23C至+85C对一种材料施加10秒的不超过400毫安最大直流电流时，该材料不会在99.9999％的时间里被引燃，其置信水平95％。可根据美国军用标准(MIL-STD)331B，试验D2(射弹引信解除保险距离(Projectile Fuze Arming Distance))揭示的Bruceton法对特定的引发剂料评定NF级别。

应理解，在本文中，术语″最初光时间(TTFL)″标准表示测得的从开始需要点火信号，例如如上所述在全火测试中施加直流电流，到最初观察到光能放出的时间间隔。特定引发剂料的TTFL评级不应超过2毫秒。

应理解，在本文中，术语″静电放电灵敏度(ESD)″标准表示当对一种材料进行以下的电容性放电试验时，该材料性质不会变差，也不会变疏松：例如将500-皮法的电容器(+/-10％)充电至25,000伏(+/-250V)，然后通过与点火器组合件串联的5000欧姆电阻器(+/-10％)放电，或者更优选的，将150-皮法的电容器(+/-10％)充电至25,000伏(+/-250V)，然后通过与点火器组合件串联的150欧姆电阻器(+/-10％)放电。根据美国军用标准(MIL-STD)1576，方法2205，通过以下各连接对点火器组合件进行5次放电，两次放电之间最少间隔5秒：(1)第一导电杆至第二导电杆；(2)第一导电杆至金属环；(3)第二导电杆至金属环；(4)短接的导电杆。

结合所附权利要求书和附图阅读以下具体描述之后，其它的目的和优点对本领域技术人员将是显而易见的。

附图简述

附图是包括单添加引发剂料的点火器组合件的截面图。

发明详述

本发明提供一种例如可充气限制系统充气装置的点火器组合件用的单添加引发剂料。这种单添加引发剂料通常包含锆、氧化剂和有效量燃烧增强剂的均匀混合物，所述燃烧增强剂的量足以得到能够有效引燃相联的烟火料的单添加引发剂料。

可以估计到，本发明可以以各种不同的结构实施。来看附图，图中显示点火器组合件，该组合件通常由数字10表示。点火器组合件10包括外壳12，外壳12连接着点火器组合件的三个主要部件，即覆盖部件14、料杯16和其中具有孔20的金属环18。在金属环18的上表面24上装有物料贮存器22。物料贮存器22限定了装有引发剂料28的内腔26。点火器组合件还包括具有外部连接端32和相对的内部终端34的第一导电杆30，所述内部终端34位于孔20内，并被玻璃绝缘体或密封材料36固定。点火器组合件还可包括具有外部连接端40和相对的内部终端42的第二导电杆38，所述内部终端42紧靠金属环18的下表面44，并焊接在那里。物料贮存器22内腔26中的电桥标准导线46将第一导电杆30的内部末端34与金属环18的上表面24相连。这提供了一个包括电桥标准导线46、金属环18、第一导电杆30和第二导电杆38的电路。合适地，将引发剂料28置于物料贮存器22的内腔26中，使其与电桥标准导线46紧密接触，使得在例如车辆突然减速时，分别在第一杆30和第二杆38中施加电流，对电桥标准导线46进行加热，从而引燃引发剂料28。

通常希望在生产点火器组合件和相联的引发剂料时，对组成引发剂料的化学化合物进行操作时所需的成本、劳力和安全风险都最小。然而，如上文所述，现有技术的点火器组合件通常包括两种分别配制并依次装入的组合物或添加物：与电桥标准导线之类的热转换器紧密接触的点火组合物或添加物；和与所述点火添加物紧密接触的燃烧增强剂组合物或添加物。通常，点火剂组合物或添加物本身的燃烧温度或气体输出并不足以引燃相联的烟火组合物，因此，通常将其与燃烧增强剂结合使用。迄今为止，一般还不知道在点火剂组合物或添加物中加入燃烧增强剂来形成单添加引发剂料。以前，人们认人为使用燃烧增强剂会使点火剂组合物或添加物的电热灵敏度降低，从而得到效果较差、可靠性较低的引发剂料。这种灵敏度的损失通常归因于由于加入燃烧增强剂使点火剂组合物或添加物金属或金属燃料和/或氧化剂量的减少。然而，已经发现通过形成锆或钛之类的金属或金属燃料与高氯酸钾之类氧化剂的均匀混合物，所形成的点火剂组合物或添加物对电热刺激的灵敏度高于类似的非均匀配制的点火剂组合物或添加物。在一些情况下，将金属或金属燃料和氧化剂均匀混合，制得的点火剂组合物或添加物的电热灵敏度超过工业和联邦安全标准。因此，已发现可以将燃烧增强剂加入金属或金属燃料和氧化剂的均匀混合物，能制备电热灵敏度至少与多添加物的引发剂料相等的单添加引发剂料。

根据本发明，单添加引发剂料包含有效量的燃烧增强剂，该燃烧增强剂的含量足以制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料。具体来说，所述单添加引发剂料包含锆、氧化剂和有效量燃烧增强剂均匀混合物，所述燃烧增强剂的含量足以制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料。在本文中，术语″有效引燃相联的烟火组合物″表示满足关于在可充气限制系统充气装置中有效而可靠地引燃相联的点火剂组合物或气体生成组合物的引发剂料的工业和联邦标准。这些标准包括如上所述的全火(AF)、无火(NF)、最初光时间(TTFL)，和静电放电灵敏度(ESD)标准。

所述单添加引发剂料的均匀混合物通常可包含至少约占组合物20重量％的锆，优选至少约占组合物的25重量％的锆，在某些优选的实施方式中，至少约占组合物30重量％的锆。通常将单添加引发剂料的锆含量保持在能够对电热刺激有效提供足够程度灵敏度的浓度，以便有效地引燃单添加引发剂料。因此，在本发明的某些方面中，均匀混合物可包含占组合物至少约20-60重量％的锆。

单添加引发剂料的均匀混合物通常包含至少占组合物30重量％的氧化剂，更具体来说，包含约占组合物30-75重量％的氧化剂。可将各种氧化剂用于本发明单添加引发剂料的均匀混合物，合适氧化剂的例子包括，但不限于高氯酸钾、氯酸钾、氧化铝、硝酸镁、高氯酸镁和它们的组合。根据本发明某些优选的实施方式，氧化剂可包括高氯酸钾。

本发明单添加引发剂料的均匀混合物通常包含能够有效引燃相联的烟火组合物的燃烧增强剂，例如燃烧增强剂的含量至少约占组合物的10重量％，更具体地说，约占组合物的10-40重量％。

可用于均匀混合物的燃烧增强剂包括金属燃烧增强剂、有机燃烧增强剂和它们的组合。合适的金属燃烧增强剂的例子包括，但不限于氢化钛、铝、氢化铝、钢、氧化铜、镁、氢化镁、钛、氢化锆、铍和它们的组合。合适的燃烧增强剂包括硝酸胍。在实际中，单添加引发剂料的均匀混合物可包含氢化钛之类的金属燃烧增强剂。

根据本发明某些优选的实施方式，单添加引发剂料的均匀混合物可包含约占组合物25-35重量％的锆，约占组合物的50-60重量％的高氯酸钾氧化剂，和约占组合物10-25重量％的氢化钛燃烧增强剂。

在本发明的另一方面中，可通过以下步骤制备用于可充气限制系统充气装置的单添加引发剂料：制备锆、氧化剂和有效量的燃烧增强剂的均匀混合物，其中燃烧增强剂的量足以制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料；将均匀混合物装入物料贮存器；对均匀混合物进行压缩，形成单添加引发剂料。

根据某些优选实施方式，可将锆、氧化剂和燃烧增强剂干混合形成均匀混合物。

根据其它优选实施方式，可将锆、氧化剂和燃烧增强剂与溶剂混合，形成通常为浆液形式的均匀混合物。合适的是，所述溶剂为异丙醇、正丙醇或它们组合的醇。在实际中，在将锆、氧化剂、燃烧增强剂和溶剂的混合物装入物料贮存器之前，可对混合物进行离心，除去组分混合过程中混入的空气。有益的是在压缩之前，对浆液形式的均匀混合物进行干燥，除去溶剂。

在某些优选的实施方式中，需要将均匀混合物压缩至约为理论密度的50-90％的干密度。

结合以下实施例进一步详细描述本发明，这些实施例中说明或模拟了本发明实施中包含的各个方面。应当理解本发明精神范围内的各种变化均受到保护，因此本发明并不仅限于这些实施例。

实施例

通过称取各组分，将各组分结合，并将这些组分与溶剂混合形成溶剂基浆液的均匀混合物，制得了以下单添加引发剂料。离心除去所得溶剂基浆液在混合过程中混入的空气，然后将其装入物料贮存器。对浆液进行干燥，除去溶剂，形成干燥的均匀混合物，然后对该混合物进行压缩，形成本发明的单添加引发剂料。

组分	实施例1	实施例2
			锆高氯酸钾氢化钛	32.8653.2313.91	27.5057.5015.00
总计	100.0	100.00

对上述实施例的引发剂料进行分析，发现其对于电热刺激的灵敏度与包含占组合物55重量％锆和占组合物45重量％高氯酸钾的点火剂添加物近似。上面实施例的引发剂料也通过了上述对全火、无火、最初光时间和静电放电灵敏度的工业和联邦标准。

本文中示例性地揭示的本发明，可以在缺少本文未具体揭示的要素、部分、步骤、组成或组分的情况下合适地实施。

尽管在前述详细描述中，结合本发明的实施方式对本发明进行了描述，出于说明的目的阐述了许多细节，但是对本领域技术人员显而易见，可以将本发明用于其它实施方式，可以在不背离本发明基本原则的基础上对本文一些详细描述的内容进行改变。

Claims (41)

1.一种单添加引发剂料，包含：

均匀混合物，该均匀混合物包含：

锆；

氧化剂；

燃烧增强剂，

其中所述燃烧增强剂在均匀混合物的含量可有效制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料。

2.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含至少占组合物20重量％的锆。

3.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含至少占组合物25重量％的锆。

4.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含至少占组合物30重量％的锆。

5.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述氧化剂选自高氯酸钾、氯酸钾、硝酸钾、氧化铝、硝酸镁、高氯酸镁和它们的组合。

6.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述氧化剂包含高氯酸钾。

7.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含至少占组合物30重量％的氧化剂。

8.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂选自金属燃烧增强剂、有机燃烧增强剂和它们的组合。

9.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂包括选自氢化钛、铝、氢化铝、铜、氧化铜、镁、氢化镁、钛、氢化锆、铍和它们的组合的金属燃烧增强剂。

10.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂包含包括硝酸胍的有机燃烧增强剂。

11.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂包括氢化钛。

12.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包括至少占组合物10重量％的燃烧增强剂。

13.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含：占组合物的20-60重量％的锆；30-75重量％的氧化剂；和10-40重量％的燃烧增强剂。

14.如权利要求12所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含：高氯酸钾氧化剂和氢化钛燃烧增强剂。

15.一种制备可充气限制系统用的充气装置的单添加引发剂料的方法，包括以下步骤：

制备包含以下组分的均匀混合物：

锆；

氧化剂；

燃烧增强剂，所述燃烧增强剂在均匀混合物的含量可有效制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料；

将所述均匀混合物装入物料贮存器；

对均匀混合物进行压缩，形成单添加引发剂料。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，将锆、氧化剂和燃烧增强剂干混合形成均匀混合物。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，用溶剂将将锆、氧化剂和燃烧增强剂与溶剂混合形成均匀混合物。

18.如权利要求17所述的方法，还包括对均匀混合物进行离心，除去混合物中所含空气的步骤。

19.如权利要求17所述的方法，还包括对均匀混合物进行干燥，除去溶剂并形成干的均匀混合物的步骤。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括选自异丙醇、正丙醇和它们的组合的醇。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述均匀混合物包含占组合物的至少20重量％的锆。

22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述均匀混合物包含占组合物的至少25重量％的锆。

23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述均匀混合物包含占组合物的至少30重量％的锆。

24.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述氧化剂包含高氯酸钾。

25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述燃烧增强剂包含氢化钛。

26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述均匀混合物包含：占组合物20-60重量％的锆；30-75重量％的氧化剂；和10-40重量％的燃烧增强剂。

27.如权利要求15所述的方法，其特征在于，将所述均匀混合物压缩至为理论密度的50-90％的干密度。

28.一种单添加引发剂料，通过包括以下步骤的方法制造：

制备包含以下组分的均匀混合物：

锆；

氧化剂；

燃烧增强剂，所述燃烧增强剂在均匀混合物的含量可有效制得能够有效引燃相联的烟火组合物的单添加引发剂料；

将所述均匀混合物装入物料贮存器；

对均匀混合物进行压缩，形成单添加引发剂料。

29.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，将锆、氧化剂和燃烧增强剂干混合形成均匀混合物。

30.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，将锆、氧化剂和燃烧增强剂与溶剂混合形成均匀混合物。

31.如权利要求30所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述溶剂包括选自异丙醇、正丙醇和它们的组合的醇。

32.如权利要求30所述的单添加引发剂料，其特征在于，对所述均匀混合物进行离心，除去混合时混入的空气。

33.如权利要求30所述的单添加引发剂料，其特征在于，在压缩之前，对所述均匀混合物进行干燥，除去溶剂。

34.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述氧化剂选自高氯酸钾、氯酸钾、硝酸钾、氧化铝、硝酸镁、高氯酸镁和它们的组合。

35.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂选自金属燃烧增强剂、有机燃烧增强剂和它们的组合。

36.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂包含选自氢化钛、铝、氢化铝、铜、氧化铜、硝酸胍、镁、氢化镁、钛、锆、氢化锆、铍和它们的组合的金属燃烧增强剂。

37.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述燃烧增强剂包含包括硝酸胍的有机燃烧增强剂。

38.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含：占组合物的20-60重量％的锆；30-75重量％的氧化剂；和10-40重量％的燃烧增强剂。

39.如权利要求38所述的单添加引发剂料，其特征在于，所述均匀混合物包含：占组合物的25-35重量％的锆；50-60重量％的高氯酸钾氧化剂；和10-25重量％的氢化钛燃烧增强剂。

40.如权利要求28所述的单添加引发剂料，其特征在于，将所述均匀混合物压缩至为理论密度的50-95％的干密度。

41.如权利要求1所述的单添加引发剂料，其特征在于，将所述均匀混合物压缩至为理论密度的50-95％的干密度。

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