本發(fā)明屬于汽車安全氣囊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于安全氣囊的產(chǎn)氣藥及其制備方法和一種汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器。

背景技術(shù)：

一般情況下，汽車安全氣囊的作用原理是：通過(guò)引發(fā)煙火產(chǎn)氣填料，使氣體發(fā)生器在非常短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定量的氣體，從而使安全氣囊膨脹。

目前現(xiàn)有市場(chǎng)上的產(chǎn)氣藥主要為硝酸胍型，主要采用堿式硝酸銅為氧化劑，由于硝酸胍類產(chǎn)氣藥燃速較低，一般使用一定量的過(guò)渡金屬氧化物作為其燃速催化劑，同時(shí)采用高氯酸鹽為輔助氧化劑，增加燃速達(dá)到使用要求。為了解決硝酸胍類產(chǎn)氣藥燃速慢的問(wèn)題，同時(shí)采用了金屬氧化物催化劑和高氯酸鹽輔助氧化劑，這兩者的大量使用降低了產(chǎn)氣藥的產(chǎn)氣效率，反應(yīng)后固體殘?jiān)枯^多，高氯酸鹽的使用還會(huì)增加燃溫，產(chǎn)生刺激性氣體HCl。因此，提供一種成分簡(jiǎn)單、燃燒性能良好、高產(chǎn)氣量且殘?jiān)俚漠a(chǎn)氣藥已成為亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種成分簡(jiǎn)單、燃燒性能良好、產(chǎn)氣量高且少殘?jiān)?、環(huán)保無(wú)毒的產(chǎn)氣藥及其制備方法，其非常適合用于汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器中，也利于氣體發(fā)生器的小型化發(fā)展。

具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于安全氣囊的產(chǎn)氣藥，所述產(chǎn)氣藥中含有燃料、氧化劑和添加劑；所述添加劑為層狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，其中Al為AlO₄四配位結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供了所述產(chǎn)氣藥的制備方法，包括將燃料、氧化劑和添加劑混合得到混合物，然后將混合物造粒、烘干、壓制，得到所述產(chǎn)氣藥。

最后，本發(fā)明還提供了一種汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器中含有產(chǎn)氣藥；其中，所述產(chǎn)氣藥為本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥或者由本發(fā)明提供的制備方法制備得到。

本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥，其成分簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，具體通過(guò)采用層狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽作為添加劑，其中Al為AlO₄四配位結(jié)構(gòu)，即使得該添加劑具有較高活性，可有效催化產(chǎn)氣藥氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，使得所述產(chǎn)氣藥具有良好的燃燒性能。同時(shí)，該添加劑在產(chǎn)氣藥高溫反應(yīng)后，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的硅鋁化合物，能用作成渣材料。因此，該添加劑集催化劑和成渣劑于一體，使得體系中非產(chǎn)氣組分含量降低，產(chǎn)氣效率增加的同時(shí)固體殘?jiān)繙p少。具體地，本發(fā)明中提供的產(chǎn)氣藥，其起壓時(shí)間快，燃速快，達(dá)到最大壓力的時(shí)間短，產(chǎn)氣效率高，且固體殘?jiān)可?，易過(guò)濾。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制得的產(chǎn)氣藥S1的壓強(qiáng)-時(shí)間曲線。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種用于安全氣囊的產(chǎn)氣藥，所述產(chǎn)氣藥中含有燃料、氧化劑和添加劑；所述添加劑為層狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽，其中Al為AlO₄四配位結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中，所述燃料為硝酸胍，其熱穩(wěn)定性能好，感度低、不吸潮，有利于安全穩(wěn)定生產(chǎn)及使用。更優(yōu)選情況下，所述燃料的平均粒徑為1~10μm，顆粒小，利于原料的充分混合均勻且易于燃燒。

所述氧化劑優(yōu)選采用現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的各種堿式硝酸鹽。例如，所述氧化劑可選自堿式硝酸銅、堿式硝酸鈷和堿式硝酸鋅中的至少一種，但不局限于此。進(jìn)一步地，所述氧化劑優(yōu)選采用堿式硝酸銅。所述氧化劑的平均粒徑為1~6μm，氧化劑粒徑小，利于混合均勻，且增大藥劑著火性和提高燃速。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中為了解決硝酸胍類產(chǎn)氣藥的燃速慢的問(wèn)題，一般會(huì)采用金屬氧化物作為催化劑和輔助氧化劑高氯酸鹽（例如高氯酸鉀），而這兩者的使用會(huì)降低產(chǎn)氣藥的產(chǎn)氣效率，且反應(yīng)后固體殘?jiān)枯^多，同時(shí)高氯酸鹽的使用還會(huì)增加燃溫，并產(chǎn)生刺激性氣體HCl。

需要指出地是，現(xiàn)有的產(chǎn)氣藥有采用高嶺土、二氧化硅、云母等含硅氧或鋁氧化合物的高熔點(diǎn)物質(zhì)作為成渣劑，其主要作用是對(duì)含金屬成分的燃燒產(chǎn)物進(jìn)行凝固成渣。但此類成渣劑的使用會(huì)進(jìn)一步降低產(chǎn)氣效率，增加殘?jiān)?，加大?duì)氣體的過(guò)濾和降溫難度，不利于氣體發(fā)生器的小型化。

而本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥，其成分簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，具體通過(guò)采用層狀結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽作為添加劑，其中Al為AlO₄四配位結(jié)構(gòu)，即使得該添加劑具有較高活性，可有效催化產(chǎn)氣藥氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，使得所述產(chǎn)氣藥具有良好的燃燒性能。同時(shí)，該添加劑在產(chǎn)氣藥高溫反應(yīng)后，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的硅鋁化合物，即可作為常規(guī)的成渣材料使用。因此，該添加劑集催化劑和成渣劑于一體，不影響其成渣作用，還能使得體系中非產(chǎn)氣組分量降低，產(chǎn)氣效率增加的同時(shí)固體殘?jiān)繙p少。具體地，本發(fā)明中提供的產(chǎn)氣藥，其起壓時(shí)間快，燃速快，達(dá)到最大壓力的時(shí)間短，產(chǎn)氣效率高，且固體殘?jiān)可?，易過(guò)濾。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中，所述添加劑為活化高嶺土。本發(fā)明中，所述活化高嶺土可通過(guò)焙燒制備得到。具體地，所述添加劑為經(jīng)過(guò)600~700℃焙燒的高嶺土。其中，焙燒時(shí)的升溫速率為5~15℃/min，焙燒時(shí)間為1-2.5h。本發(fā)明中，還包括將高溫焙燒后的高嶺土緩慢冷卻至室溫的步驟。

普通的高嶺土其主要成分為含水硅鋁酸鹽，為硅氧四面體和鋁氧八面體通過(guò)共用氧原子以1:1的比例層疊堆砌而成的穩(wěn)定的高嶺石結(jié)構(gòu)，如前所述，一般為煙火藥劑中常用的成渣劑之一。而本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將高嶺土經(jīng)600~700℃高溫焙燒后，其中Al-O八面體結(jié)構(gòu)中惰性的六配位Al（即AlO₆）經(jīng)高溫焙燒轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨乃呐湮籄l（即AlO₄）結(jié)構(gòu)，而該四配位的Al結(jié)構(gòu)中含有未配位的電子空軌道，利于氧化還原反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)燃料和氧化劑的燃燒反應(yīng)進(jìn)行；同時(shí)，在燃燒反應(yīng)完成后該添加劑依然可作為成渣材料，不影響原本的成渣作用。但通過(guò)該添加劑的使用，能減少非產(chǎn)氣組分（例如常規(guī)催化劑金屬氧化物和常規(guī)輔助氧化劑高氯酸鹽）的加入量，提高產(chǎn)氣效率，減少固體殘?jiān)划a(chǎn)生刺激性氣體HCl，降低燃溫，使產(chǎn)氣藥的成分簡(jiǎn)單化，綠色環(huán)保。

優(yōu)選情況下，本發(fā)明中，以100重量份的所述產(chǎn)氣藥為基準(zhǔn)，所述燃料的含量為40-65重量份，所述氧化劑的含量為30-55重量份，所述添加劑的含量為3-6重量份。

本發(fā)明中，所述產(chǎn)氣藥中還可含有現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的各種粘合劑。例如，所述粘合劑選自羧甲基纖維素鈉鹽、羧甲基纖維素鉀鹽、羧甲基纖維素銨鹽、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙二醇和氟橡膠中的至少一種，但不局限于此。

所述粘合劑的用量在本領(lǐng)域常規(guī)范圍內(nèi)即可，本發(fā)明沒(méi)有特殊限定。例如，以100重量份的所述產(chǎn)氣藥為基準(zhǔn)，所述產(chǎn)氣藥中還含有0.4~1重量份的粘合劑。

本發(fā)明還提供了所述產(chǎn)氣藥的制備方法，包括將燃料、氧化劑和添加劑混合得到混合物，然后將混合物造粒、烘干、壓制，得到所述產(chǎn)氣藥。

如前所述，所述產(chǎn)氣藥中還可含有現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的各種粘合劑，因此，所述制備方法中還包括往混合物中加入粘合劑的步驟。優(yōu)選情況下，為便于粘合劑與藥劑中其它組分均勻混合，所述粘合劑優(yōu)選以溶液形式加入，例如可先將粘合劑溶解于溶劑中，然后再加入至混合物中。優(yōu)選情況下，以100重量份的粘合劑溶液為基準(zhǔn)，其中溶劑的用量為98重量份。所述溶劑可以為現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的各種有機(jī)溶劑，例如選自丙酮、乙醇、工業(yè)酒精中的至少一種，但不局限于此。

需要指出地是，本發(fā)明中，所述添加劑通過(guò)自己制備得到。優(yōu)選情況下，所述添加劑可以通過(guò)焙燒高嶺土制備得到。如前所述，優(yōu)選情況下，所述添加劑為經(jīng)過(guò)600~700℃焙燒的高嶺土。

最后，本發(fā)明還提供了一種汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器，所述氣體發(fā)生器中含有產(chǎn)氣藥；其中，所述產(chǎn)氣藥為本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥或者由本發(fā)明提供的制備方法制備得到。

本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥，起壓時(shí)間快，燃速快，達(dá)到最大壓力的時(shí)間Tp_max短，產(chǎn)氣效率高，固體殘?jiān)?，易過(guò)濾，且成分簡(jiǎn)單，成本低，環(huán)保無(wú)毒。本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥適用于汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器，有利于氣體發(fā)生器小型化發(fā)展。

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解釋說(shuō)明。實(shí)施例及對(duì)比例中所采用原料均通過(guò)商購(gòu)得到。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例1

先將商購(gòu)高嶺土在以10℃/min的升溫速率條件下升溫至650℃下焙燒2h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）52重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）45重量份，添加劑3重量份，將各成分先干混均勻，再添加40mL含有0.64重量份的羧甲基纖維素鈉的粘合劑溶液（其中溶劑為乙醇），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S1。

實(shí)施例2

先將商購(gòu)高嶺土在以10℃/min的升溫速率條件下升溫至650℃下焙燒2h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）54重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）42重量份，添加劑4重量份，將各成分先干混均勻，再添加40mL含有0.64重量份的羧甲基纖維素鈉的粘合劑溶液（其中溶劑為丙酮和工業(yè)酒精混合溶液），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S2。

實(shí)施例3

先將商購(gòu)高嶺土在以5℃/min的升溫速率條件下升溫至650℃下焙燒1.5h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）50重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）46重量份，添加劑5重量份，將各成分先干混均勻，再添加50mL含有0.8重量份的羧甲基纖維素鈉的粘合劑溶液（其中溶劑為丙酮和乙醇的混合溶液）濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S3。

實(shí)施例4

先將商購(gòu)高嶺土以5℃/min的升溫速率條件下升溫至600℃下焙燒2.5h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）45重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）48重量份，添加劑6重量份，將各成分先干混均勻，再添加30mL含有0.48重量份的聚乙烯醇的粘合劑溶液（其中溶劑為乙醇），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S4。

實(shí)施例5

先將商購(gòu)高嶺土以15℃/min的升溫速率條件下升溫至700℃下焙燒1h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）65重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）30重量份，添加劑3重量份，將各成分先干混均勻，再添加50mL含有0.8重量份的聚乙烯醇縮丁醛的粘合劑溶液（其中溶劑為乙醇），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S5。

實(shí)施例6

先將商購(gòu)高嶺土以10℃/min的升溫速率條件下升溫至650℃下焙燒2h，緩慢冷卻至室溫，得到本實(shí)施例的添加劑。

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）40重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）55重量份，添加劑2重量份，將各成分先干混均勻，再添加40mL含有0.64重量份的聚乙二醇的粘合劑溶液（其中溶劑為工業(yè)酒精和丙酮混合溶液），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為S6。

比較例1

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）52重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）45重量份，直接商購(gòu)的高嶺土3重量份，將各成分先干混均勻，再添加40mL含有0.64重量份的羧甲基纖維素鈉的粘合劑溶液（其中溶劑為乙醇），濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為DS1。

比較例2

稱取燃料硝酸胍（平均粒徑為1~10μm）52重量份，氧化劑堿式硝酸銅（平均粒徑為1~6μm）42重量份，輔助氧化劑高氯酸鉀3重量份，三氧化二鋁3重量份，以及直接商購(gòu)的高嶺土3重量份作為成渣劑，將各成分先干混均勻，再添加50 mL含有0.8重量份的羧甲基纖維素鈉的粘合劑溶液（其中溶劑為乙醇）濕混造粒，55℃干燥后得到產(chǎn)氣藥粒子，然后將其壓制成直徑為6mm，厚度為1.7mm的藥片，記為DS2。

產(chǎn)氣性能測(cè)試

采用《GBT 19949.3-2005道路車輛 安全氣囊部件 第3部分—?dú)怏w發(fā)生器總成試驗(yàn)》中7.3 壓力容器試驗(yàn)方法，在一密閉的60L鋼制壓力容器罐中測(cè)定常溫下氣體發(fā)生器點(diǎn)火時(shí)氣體輸出性能，通過(guò)傳感器采集各產(chǎn)氣藥的壓強(qiáng)-時(shí)間曲線，記錄各產(chǎn)氣藥的TTFG，Tp_max和P_max；其中，TTFG為罐內(nèi)壓強(qiáng)為1Kpa時(shí)的時(shí)間，又稱為點(diǎn)火時(shí)間；P_max為最大壓強(qiáng)值；Tp_max為到達(dá)最大壓強(qiáng)的時(shí)間。各產(chǎn)氣藥的用量和測(cè)試結(jié)果如表1所示。其中，產(chǎn)氣藥S1的壓強(qiáng)-時(shí)間曲線如圖1所示。

表1

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由上表1可以看出，本發(fā)明提供的產(chǎn)氣藥S1-S6的點(diǎn)火時(shí)間短，最大壓強(qiáng)在合理范圍內(nèi)，同時(shí)達(dá)到最大壓強(qiáng)時(shí)間較短，即其具有良好的產(chǎn)氣效率和燃燒性能，非常適用于汽車安全氣囊用氣體發(fā)生器，有利于氣體發(fā)生器小型化發(fā)展。比較例1中的產(chǎn)氣藥DS1其點(diǎn)火時(shí)間和達(dá)到最大壓強(qiáng)時(shí)間均較長(zhǎng)，即其燃速低；而比較例2中即使增加產(chǎn)氣藥的用量仍然無(wú)法克服燃速低的缺陷。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。