本申請(qǐng)要求2014年6月5日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/008,166的權(quán)益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及氣體發(fā)生系統(tǒng)，以及具有高燃燒熱的改進(jìn)的增壓組合物。

發(fā)明背景

本發(fā)明涉及使用氣體發(fā)生器以致動(dòng)(例如)充氣墊的車輛乘員保護(hù)系統(tǒng)或其他安全系統(tǒng)。美國(guó)專利號(hào)5,035,757、5,872,329、6,074,502、6,210,505、6,287,400、7,959,749、6,189,927、5,062,367和5,308,588舉例說(shuō)明了已知的煙火氣體發(fā)生組合物和/或已知的氣體發(fā)生器以及他們的操作環(huán)境，其中每個(gè)專利以引用的方式整體并入本文。煙火裝置通常包括引發(fā)劑或點(diǎn)火劑，以及一旦致動(dòng)器被激活可以被點(diǎn)火劑點(diǎn)燃的氣體發(fā)生組合物。除了氣體發(fā)生組合物，使用增壓組合物提供了用于氣體發(fā)生組合物的有效燃燒的環(huán)境。換句話說(shuō)，增壓組合物通常提供壓力的增加和熱量的增加，從而提供氣體發(fā)生組合物的最佳燃燒所需的條件。因此，增壓組合物的高熱量即使在較低的相對(duì)壓力和較冷的溫度下也有助于氣體發(fā)生組合物的有效燃燒。

某些增壓組合物包含硼硝酸鉀或BKNO3。含有元素硼的一些化合物的一個(gè)問(wèn)題在于含有元素硼的各組合物的撞擊靈敏度和/或摩擦靈敏度。因此，開(kāi)發(fā)不具有已知的增壓組合物的撞擊靈敏度和摩擦靈敏度問(wèn)題的點(diǎn)火和/或增壓化合物和/或組合物將是本領(lǐng)域的改進(jìn)，從而改進(jìn)增壓組合物在制造相關(guān)的充氣裝置或氣體發(fā)生器期間的運(yùn)送、處理和加工問(wèn)題。

發(fā)明概述

組合物含有含硼化合物(諸如碳化硼或金屬硼化物)，并且可以以組合物的約5-30重量百分比提供。至少一種氧化劑(諸如高氯酸鉀或硝酸鉀)可以以組合物的約40-95重量百分比提供。如果需要的話，當(dāng)實(shí)際整合到所述組合物中時(shí)次要氧化劑可以以組合物的約0-30重量百分比提供，更具體地，以約0.1-30重量百分比提供。此外，如果需要的話，組合物內(nèi)可以含有任選的次要燃料，并且次要燃料可以選自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、和胍、以及每種類型燃料的鹽和衍生物、以及其混合物。當(dāng)實(shí)際整合到所述組合物中時(shí)任選的次要燃料可以以組合物的約0-30重量百分比提供，更具體地，以約0.1-30重量百分比提供。也提供了含有所述組合物的氣體發(fā)生器和車輛乘員保護(hù)系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的組合物有利地維持良好的防彈性能(ballistic performance)特征，諸如與通常展現(xiàn)出使用點(diǎn)火劑組合物(諸如BKNO3)的第一氣體相似的時(shí)間。然而，當(dāng)與其他煙火成分結(jié)合時(shí)，本發(fā)明的碳化硼和金屬硼化物提供在(例如)制造和運(yùn)輸期間組合物的安全處理方面的顯著改進(jìn)。如本文所述，本組合物的撞擊靈敏度和/或摩擦靈敏度與使用(例如)具有硝酸鉀的元素硼相比大幅提高。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣體發(fā)生器的示例性實(shí)施方案。

圖2是含有圖1的氣體發(fā)生器的示例性車輛乘員保護(hù)系統(tǒng)。

發(fā)明詳述

本發(fā)明涉及形成以具有與已知的含有BKNO₃的增壓組合物相比相對(duì)減小的摩擦靈敏度和/或撞擊靈敏度的增壓組合物。每種組合物含有含硼化合物或成分。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)碳化硼(B₄C)可以用作點(diǎn)火劑和增壓制劑中硼的替代方案。作為硼的替換，它在帕爾高壓罐(Parr bomb)中的N2中產(chǎn)生超過(guò)1900cal/g。一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案或制劑是約4:1重量比的KClO₄:B₄C。所述制劑在107C熱老化408小時(shí)調(diào)節(jié)后是穩(wěn)定的并且在高于500C時(shí)點(diǎn)燃。如本領(lǐng)域已知所測(cè)試的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的組合物分別對(duì)高達(dá)15英寸和360N的撞擊和摩擦不敏感。其他的含硼成分包括金屬硼化物，諸如過(guò)渡金屬硼化物，其包括但不限于選自硼化鈦、硼化鎢、硼化鎂、硼化鎳和其混合物的金屬硼化物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，金屬硼化物，正如同碳化硼一樣，也用KClO₄和KNO₃產(chǎn)生高燃燒熱。

可以設(shè)想，如果需要的話，其他典型的氣體發(fā)生成分(諸如但不限于以下內(nèi)容)可以與上述新型組合物進(jìn)行結(jié)合。這些成分可以包括選自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、和胍、以及每種類型燃料的鹽和衍生物、以及其混合物的次要燃料；選自非金屬或金屬(堿金屬、堿土金屬、和/或過(guò)渡金屬)硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯酸鹽、高氯酸鹽、和氧化物、以及其混合物的氧化劑；以及其他已知的在增壓組合物中有用的添加劑。燃料，諸如雙四唑胺的單銨鹽、5-氨基四唑、硝酸胍、d,l-酒石酸、硝基胍、5'5-雙-1H-四唑的二銨鹽、二硝基水楊酸銨和其混合物，舉例說(shuō)明了典型的燃料。高氯酸鹽和硝酸鹽，諸如高氯酸鉀、高氯酸銨、硝酸鉀、硝酸銨、相穩(wěn)定的硝酸銨和其混合物，舉例說(shuō)明了典型的氧化劑。主要燃料(例如B₄C)可以以總組合物的約5-30重量百分比提供。氧化劑(如上所示例，但優(yōu)選KClO₄)可以以總組合物的約40-95重量百分比提供。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)含硼化合物(諸如碳化硼B(yǎng)₄C)和氧化劑(諸如高氯酸鉀KClO₄)是僅有的成分時(shí)，那么氧化劑可以以總組合物的約70-90重量百分比提供，而含硼化合物可以以總組合物的約10-30重量百分比提供。如果需要的話，任選的次要燃料可以以總組合物的約0-30重量百分比提供，并且當(dāng)提供時(shí)，以總組合物的約0.1-30重量百分比提供。如果需要的話，如本文所述，次要氧化劑可以以總組合物的約0-30重量百分比任選地提供，并且當(dāng)提供時(shí)，以總組合物的約0.1-30重量百分比提供。本文所述的取代反應(yīng)物和各種典型的增壓或氣體發(fā)生成分，可以由公司(諸如Aldrich Chemical Company或Fisher，例如)提供。本組合物的成分可以以已知的方式(例如)通過(guò)粉碎和干燥混合所述成分以形成基本上均一的和同質(zhì)的組合物來(lái)制成。

下列實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例說(shuō)明但不限制本發(fā)明組合物。

對(duì)比實(shí)施例1

將含有24重量百分比的硼和76重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有已知點(diǎn)火劑(130mg)的已知充氣裝置中(如圖1所示)，并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間經(jīng)計(jì)算為3.3毫秒。具有相同的點(diǎn)火劑的完全相同的充氣裝置中再次裝入相同的組合物。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間經(jīng)計(jì)算為4.0毫秒。具有相同的點(diǎn)火劑的完全相同的充氣裝置中再次裝入相同的組合物。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間經(jīng)計(jì)算為4.1毫秒。此組合物的BOE或Bruceton撞擊靈敏度(如本領(lǐng)域已知的測(cè)試并且在包含這種數(shù)據(jù)的實(shí)施例中類似地確定)為1.9英寸。

對(duì)比實(shí)施例2

將含有20重量百分比的硼、65重量百分比的硝酸鉀和15重量百分比的硝酸胍的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間經(jīng)計(jì)算為2.8毫秒。

實(shí)施例3

將含有20重量百分比的碳化硼和80重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑(130mg)的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為7.6毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為17.4毫秒。將具有230mg點(diǎn)火劑的實(shí)施例1的充氣裝置裝載相同的組合物并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為7.1毫秒。將具有310mg點(diǎn)火劑的實(shí)施例1的充氣裝置裝載相同的組合物并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.7毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。通過(guò)BAM摩擦測(cè)試測(cè)量(如本領(lǐng)域已知的測(cè)試并且在含有此數(shù)據(jù)的實(shí)施例中類似地確定)的摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例4

含有72重量百分比的實(shí)施例3的第一組合物和28重量百分比的第二自動(dòng)點(diǎn)火增壓(AIB)組合物的點(diǎn)火和/或增壓組合物。AIB組合物可以(例如)如美國(guó)專利號(hào)8,273,199(以引用方式整體并入本文)所述形成。第二自動(dòng)點(diǎn)火增壓組合物含有30重量百分比的5-氨基四唑、10重量百分比的5-氨基四唑鉀、55重量百分比的硝酸鉀和5重量百分比的三氧化鉬，所述第二自動(dòng)點(diǎn)火增壓組合物的重量百分比是按第二自動(dòng)點(diǎn)火增壓組合物的總重量計(jì)。實(shí)施例3的第一組合物和第二AIB組合物的百分比是按點(diǎn)火和/或增壓組合物的總重量計(jì)。將點(diǎn)火和/或增壓組合物粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.5毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為4.5毫秒。

實(shí)施例5

將含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。碳化硼的平均粒徑為5.8微米。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.9毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為6.0毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例6

將含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。碳化硼的平均粒徑為5.8微米。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為5.2毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為8.1毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為11.9毫秒。

實(shí)施例7

將含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。碳化硼的平均粒徑為10.6微米。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為6.8毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為14.5毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為22.0毫秒。

實(shí)施例8

將含有20.0重量百分比的碳化硼、5.0重量百分比的聚乙烯醇和75.00重量百分比的高氯酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為4.0毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為10.4毫秒。

實(shí)施例9

將含有17.10重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的硝酸胍、45.40重量百分比的高氯酸鉀和25.00重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為6.0毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為11.0毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為24.4毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例10

將含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的二硝基水楊酸銨和71.50重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為8.5毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例11

將含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的二硝基水楊酸銨和71.50重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為9.9毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例12

將含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的雙四唑胺(BTA)的單銨鹽和71.50重量百分比的硝酸鉀的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為9.6毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

實(shí)施例13

將含有15.00重量百分比的碳化硼、10.00重量百分比的5-氨基四唑、5.00重量百分比的5-氨基四唑鉀、65.00重量百分比的硝酸鉀和5.00重量百分比的三氧化鉬的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.3毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為4.8毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為6.5毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度為約80N。

實(shí)施例14

將含有75重量百分比的含有77.50重量百分比的高氯酸鉀和22.50重量百分比的碳化硼的第一組合物以及25重量百分比的含有如實(shí)施例4所述的AIB組合物的第二組合物的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.1毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為3.6毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為4.0毫秒。

實(shí)施例15

將含有17.00重量百分比的碳化硼、13.00重量百分比的硝酸胍、67.00重量百分比的高氯酸鉀和5.00重量百分比的氧化鐵的組合物(所述百分比是按總組合物的重量計(jì))粉碎并干燥混合以形成基本上均勻分布的或同質(zhì)的固體混合物。將所述組合物放置在具有與實(shí)施例1完全相同的點(diǎn)火劑的與實(shí)施例1完全相同的充氣裝置中并點(diǎn)燃。在85C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為10.4毫秒。在23C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為26.3毫秒。在-40C時(shí)，第一氣體的時(shí)間為53.3毫秒。此組合物的Bruceton撞擊靈敏度大于15英寸。摩擦靈敏度大于360N。

如圖1所示，在本發(fā)明的氣體發(fā)生器或充氣裝置10的第一實(shí)施方案中，利用本發(fā)明的組合物或化合物的示例性充氣裝置可以包含單個(gè)的腔室設(shè)計(jì)。一般來(lái)講，含有點(diǎn)火和/或增壓組合物12的充氣裝置如本文所述的形成，并且根據(jù)本發(fā)明，可以如本領(lǐng)域已知的被提供以及被制造。如本文所述的第一氣體發(fā)生化合物或組合物14也可以如圖1所示的被提供。美國(guó)專利號(hào)6,422,601、6,805,377、6,659,500、6,749,219和6,752,421舉例說(shuō)明了典型的氣囊充氣裝置設(shè)計(jì)并且各自以引用的方式整體并入本文。

現(xiàn)參照?qǐng)D2，上述的示例性充氣裝置10也可以被并入到氣囊系統(tǒng)200中。氣囊系統(tǒng)200包括至少一個(gè)氣囊202和含有根據(jù)本發(fā)明的點(diǎn)火和/或增壓組合物12的充氣裝置10，其連接到氣囊202上以便能夠與氣囊內(nèi)部流體連通。氣囊系統(tǒng)200也可以包括(或連通)碰撞事件傳感器210。碰撞事件傳感器210包括已知的碰撞傳感器算法，其在發(fā)生碰撞時(shí)通過(guò)(例如)激活氣囊充氣裝置10來(lái)傳導(dǎo)氣囊系統(tǒng)200的致動(dòng)。

再次參照?qǐng)D2，氣囊系統(tǒng)200也可以被并入到更廣泛、更綜合的包括附加元件(諸如安全帶組件150)的車輛乘員約束系統(tǒng)180中。圖2示出了此種約束系統(tǒng)的一種示例性實(shí)施方案的示意圖。安全帶組件150包括安全帶殼體152和從殼體152延伸的安全帶100。安全帶卷收器154(例如彈簧加載的結(jié)構(gòu))可以連接到所述安全帶的端部。另外，含有點(diǎn)火和/或增壓組合物12的安全帶預(yù)緊器156可以連接到安全帶卷收器結(jié)構(gòu)154上以在發(fā)生碰撞時(shí)致動(dòng)所述卷收器結(jié)構(gòu)?？梢耘c本發(fā)明的安全帶實(shí)施方案聯(lián)合使用的典型的座椅安全帶卷收器結(jié)構(gòu)描述于美國(guó)專利號(hào)5,743,480、5,553,803、5,667,161、5,451,008、4,558,832和4,597,546中，其各自以引用的方式并入本文?？梢耘c本發(fā)明的安全帶實(shí)施方案結(jié)合的典型的預(yù)緊器的說(shuō)明性實(shí)例描述于美國(guó)專利號(hào)6,505,790和6,419,177中，其以引用的方式并入本文。

安全帶組件150也可以包括(或連通)碰撞事件傳感器158(例如，慣性傳感器或加速計(jì))，其包括已知的通過(guò)(例如)激活并入到預(yù)緊器中的煙火點(diǎn)火器(未示出)來(lái)傳導(dǎo)安全帶預(yù)緊器156的致動(dòng)的碰撞傳感器算法。美國(guó)專利號(hào)美國(guó)專利號(hào)6,505,790和6,419,177(先前以引用的方式并入本文)提供了以此種方式致動(dòng)的預(yù)緊器的說(shuō)明性實(shí)例。

應(yīng)當(dāng)理解，安全帶組件150，氣囊系統(tǒng)200，并且更廣泛地，車輛乘員保護(hù)系統(tǒng)180舉例說(shuō)明但不限制根據(jù)本發(fā)明設(shè)想的氣體發(fā)生系統(tǒng)。

本說(shuō)明書(shū)僅用于說(shuō)明目的，并且不應(yīng)解釋成以任何方式限制本發(fā)明的廣度。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在不脫離所附權(quán)利要求中所定義的本發(fā)明的范圍的情況下做出各種修改。