專利名稱：用于提高安全氣袋充氣性能的混合式充氣泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及可充氣安全系統(tǒng)的領域，尤其是有關一種混合式充氣泵。
混合式充氣泵將一種貯存的、加壓氣體同氣體產生推進劑結合使用來膨脹安全氣袋。在任何汽車用安全氣袋的設計中主要的考慮點是必須在預定的時間內使安全氣袋膨脹一預定的量，以便使其有效地工作。
在混合式充氣泵中使用的氣體產生推進劑通常包括一個二次炸藥和一粘合劑系統(tǒng)。增塑劑也常常是推進劑組成的一部分。作為混合式充氣泵的推進劑組成成分的一已知實施例如在美國專利第5,616,883號中由Hamilton等所披露的那樣是一種由二次炸藥RDX(六氫化三硝基三嗪)、GAP(縮水甘油疊氮聚合物)增塑劑和CAB(乙酸丁酸纖維)粘合劑組成的混合物。盡管這種組成對在安全氣袋系統(tǒng)中的推進劑來說是很成功的，但卻發(fā)現(xiàn)在一定的環(huán)境條件下，比如當持續(xù)暴露于高溫或極端的溫度波動之下時，各自松散的推進劑藥柱會結成團塊，亦即會相互粘接在一起，由此會減少推進劑加載的純表面面積。
盡管推進劑藥柱的這種結塊現(xiàn)象并不伴隨有推進劑的任何重大的化學降解(即在暴露于溫度107℃之下達400小時之后具有小于0.2％的重量損失)，但已經顯示出推進劑的質量流率、且因此也包括安全氣袋的性能受到被減少的表面面積的影響。在松散推進劑藥柱和結塊推進劑藥柱之間的性能比較試驗表明盡管兩種推進劑均達到相似的峰值壓力，但結塊推進劑從較慢的速率達到所需的峰值壓力。已經發(fā)現(xiàn)，在某些狀況下，結塊的推進劑藥柱在一閉合容器試驗中被點火后，它在30msec時間內產生的壓力要少50～100kPa，這一點提示人們結塊的推進劑降低了氣袋的充氣速率。在不受任何專門理論的約束的條件下，可以相信推進劑藥柱持續(xù)地暴露在高溫之下會引起GAP增塑劑同乙酸丁酸纖維粘合劑的低熔點低聚物一起遷移，這將導致CAB粘合劑在推進劑藥柱表面具有較高濃度。粘合劑的在推進劑藥柱表面的這種高濃度導致使推進劑藥柱相互結塊。粘合劑在推進劑藥柱表面的這種高濃度是因為增塑劑的存在而造成的，而增塑劑則被用于以前的推進劑藥柱配方中。
在設計一有效而可靠的安全氣袋系統(tǒng)時，應考慮由于環(huán)境條件造成推進劑藥柱物理性質變化從而引起增壓速率改變的問題。因此，提供如下的一種安全氣袋系統(tǒng)是有優(yōu)越性的它即使在被持續(xù)暴露在高溫和極端熱循環(huán)(例如各自在107℃之下暴露400小時和在107℃和～40℃之間循環(huán))之下仍具有能產生始終一致的和可預收的氣袋增壓率的推進劑藥柱。
本發(fā)明有關一種用于汽車可充氣安全氣袋系統(tǒng)的混合式充氣泵，它具有在經嚴酷的環(huán)境調整之后在給安全氣袋充氣時能提供始終如一的充氣性能速率。該混合式充氣泵具有一充氣泵殼體，它貯存諸如液體和/或氣體這樣的合適的被加壓介質；一氣體發(fā)生器，它貯存一種用于增大流至可充氣安全系統(tǒng)的安全氣袋的氣流量的合適的推進劑；以及一點火組件，它一經激活就點燃該推進劑。對一閉合容器試驗中在推進劑被點燃之后約30msec時所產生的壓力(該推進劑則經受了至少107℃的一溫度達至少400小時且/或經受了至少107℃的溫度達至少2小時緊接著又經受至少～40℃的溫度達至少2小時的一溫度循環(huán)，連續(xù)重復48個循環(huán))和在一等價的條件下用一標準推進劑所產生的壓力(該推進劑未經受任何一種上述的條件)進行比較，前一種情況產生的壓力與后一種情況產生的壓力之差小于10kPa。此外，即使當推進劑被持續(xù)暴露在上述條件下，其化學成分仍保持是勻質的。在一閉合容器試驗中，在推進劑被點燃之后約40msec時，充氣泵在一60公升的閉合容器中產生至少400kPa的壓力。
在本發(fā)明的一個實施例中，推進劑包含一二次炸藥和一粘合劑系統(tǒng)。二次炸藥占有約74wt％～85wt％的推進劑，而粘合劑系統(tǒng)則占有從約15wt％～26wt％的推進劑。
粘合劑選自聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、聚己酸內酯、多元醇、聚乙二醇、聚碳酸酯纖維、Kraton、Estane、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、以及它們之間的混合物。優(yōu)選地選用聚丙烯酸酯作粘合劑。粘合劑可以是也可以不是經過熱硫化處理的。粘合劑優(yōu)選地含有一硫化基、它可被用一硫化劑或活化劑處理來形成一交聯(lián)聚合物。
在本發(fā)明的另一實施例中，二次炸藥選自PDX(六氫化三硝基三嗪)、PETN(季戊四醇四硝酸酯)、TAGN(三氨基胍)、HMX(環(huán)四亞甲基四硝胺)、CL～20(六硝基六吖異纖鋅烷)、NTO(硝基三唑酮)、TNAZ(三硝基氮雜環(huán)丁烷)、NQ(硝基胍)、及它們的混合物。二次炸藥優(yōu)選地為RDX。另外，根據需要，出于對燃燒速率或點火改善等考慮也可與上述二次炸藥一起使用如下的氧化劑、它們的混合物和/或低熔混合物AN(硝酸錠)、ADN(二硝酰胺銨)、以及GN(硝酸胍)。在本發(fā)明的另一實施例中，推進劑選自任何富燃料的化學藥品混合物，它們應能在本發(fā)明披露的充氣泵的富氧環(huán)境中持續(xù)燃燒。
本發(fā)明的推進劑通常具有從約0.010英寸到約0.100英寸的壁厚，優(yōu)選地為從約0.023英寸到約0.053英寸，且在被點燃之后約40msec時在一閉合容器試驗中能產生至少400kPa的壓力，并且它還具有在壓力為約4000psi時的從約0.25英寸/秒到約0.75英寸/秒的燃料率，優(yōu)選地為從約0.30英寸/秒到約0.60英寸/秒，更優(yōu)選地為約0.425英寸/秒。
在上述總結的基礎上，便可立即認識到本發(fā)明的許多顯著的特點。提供有一種混合式充氣泵結構，它能重復地滿足有關對安全氣袋充氣所提出的嚴格性能要求。在這方面，也包括一種推進劑，組成該推進劑的藥柱在推進劑持續(xù)暴露于高溫之下后仍具有降低的低熔點粘合劑低聚物的遷移率。其結果是保持了其化學成分的勻質性，推進劑藥柱的結塊得到降低。此外，通過不要求增塑劑或其它相似化合物，從而使推進劑的配方去除了一種成分。這種在組成成分上的減少以及對相對較便宜的推進劑粘合劑的使用降低了推進劑的費用，從而也降低了混合或充氣泵的費用。
本發(fā)明的其它優(yōu)點和特點可從以下的詳細說明并參考附圖來得以了解。


圖1為一汽車充氣安全系統(tǒng)的示意圖；圖2A-B分別為一混合式充氣泵的實施例的縱剖面圖和其中一部分的放大視圖；圖3A-J為標準推進劑在閉合容器試驗中所得的壓力～時間曲線比較圖，推進劑暴露于極端溫度條件之下且具有例1～10的組成成分；圖4A-C為標準推進劑在閉合容器試驗中所得的壓力～時間曲線比較圖，推進劑暴露于極端溫度條件之下且具有例11～13的組成成分。
以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明，附圖將有助于解說本發(fā)明的各種特點。在這方面，本發(fā)明主要是有關用于汽車充氣安全系統(tǒng)的混合式充氣泵。亦即本發(fā)明有關一種既利用貯存的增壓氣體又利用產生氣體和/或熱的推進劑的充氣泵。在Hamilton等人的美國專利第5,230,531號中披露了不同類型的混合式充氣泵，該專利被轉讓給本申請的受讓人，因此該專利的所有公開內容一并結合在本文中加以參考。
圖1示出汽車充氣安全系統(tǒng)的一實施例。該充氣安全系統(tǒng)的主要部件10包括一檢測器14、一充氣泵26、以及一安全氣袋18。當檢測器14敏感到要求膨脹安全氣袋18時(例如一個預定的減速度)，則將一信號送到充氣泵26來釋放氣體或其它適當的流體使其從充氣泵26經導管到達安全氣袋18。
圖2所示的充氣泵30是一種混合式充氣泵且可被用在圖1的充氣安全系統(tǒng)10中代替充氣泵26。因此，充氣泵30包括一具有被增壓介質36的瓶或充氣泵殼體34，該被增壓介質36在適當時候被提供給安全氣袋18(圖1)；還包括一氣體發(fā)生器82，它提供推進劑氣體來增加流到安全氣袋18的流量(例如；通過提供熱量來膨脹被增壓介質36以及/或產生附加氣體)。如在下文將被更詳細討論的那樣，一種槍式推進劑(例如一種高溫富燃料式推進劑)可被用于組成位于氣體發(fā)生器82中的推進劑藥柱，且一種由至少一種惰性氣體(例如氬氣)和氧氣組成的混合氣體可被用作被增壓介質36。出于與本發(fā)明相關的一個或多個方面的原因，被增壓介質優(yōu)選地包括約70％～92％的惰性流體和約8％～30％的氧氣，其計量基礎為克分子，更優(yōu)選地為該被增壓介質包括約79％～90％的惰性流體和約10％～21％的氧氣，以克分子為計量基礎。
充氣泵殼體34和氣體發(fā)生器82是互聯(lián)的，氣體發(fā)生器82位于充氣泵殼體34內部以減小充氣泵30所需的空間。更特殊的是一中空的擴散器38被焊接至一中空凸臺66(例如它具有約1.25″的直徑)的一端。擴散器38具有多列排放孔40(例如80個排放孔40，每個孔直徑約為0.100″)，擴散器通過這些孔提供來自充氣泵30的一種“非推進輸出”，且有一篩網58被配置在鄰接排放孔40的地方。一封閉盤70被大約配置在凸臺66之中且被焊接至凸臺上以用來最初將被增壓介質36保持在充氣泵殼體34的內部。當需要釋放氣體時，一具有完全錐形頭的子彈50被迫穿透該封閉盤70。尤其是，子彈50位于槍筒54之中封閉盤70凸起一側，且當從該充氣安全系統(tǒng)10(圖1)的檢測器14接收到一合適信號時子彈50受引爆器46的激勵所驅使。一環(huán)62被提供來將子彈50起始地保持在引爆前的位置。
一節(jié)流套74被焊接至封閉盤70和/或凸臺66的一端，該節(jié)流套74是中空的且包括多個節(jié)流孔78(例如4個節(jié)流孔78，每個的直徑為0.201″)，用于在當封閉盤70被子彈50擊破時將充氣泵殼體34內部與凸臺66和擴散器38內部流體地連成相通。此外，氣體發(fā)生器82且尤其是氣體發(fā)生器殼體86被焊接至節(jié)流套74來完成充氣泵殼體34和氣體發(fā)生器82的相互連接。
氣體發(fā)生器殼體86包括多個推進劑藥柱90，它們在被點火時提供被加熱的推進劑燃燒產生氣體來增加流入安全氣袋18(圖1)的氣流。推進劑藥柱90被一推進劑套筒94保持在氣體發(fā)生器殼體86之中，套筒94被一隔離屏104和擋板100與位于氣體發(fā)生器殼體86端部96之上的氣體發(fā)生器入口噴嘴98相隔離。如下文所需討論的那樣，推進劑藥柱90可由槍式推進劑所組成且是“無煙的”。盡管如此，藥柱90是完全柱形的，上有一穿過藥柱中心的孔。其它推進劑藥柱結構也是可能的但至少部分取決于所用的專門推進劑組成成分。
單個(或多個)氣體發(fā)生器入口噴嘴98(例如直徑為約0.516″的單個噴嘴98)被配置在氣體發(fā)生器殼體86端部96之上且通常朝向背離封閉盤70的一側。氣體發(fā)生器殼體86也包括多個位于殼體86側壁上的圓周方向間隔排列的出口或排放噴嘴200(例如一“列”四個噴嘴200，每個直徑為約0.221″)。盡管當這些噴嘴200的軸向位置更接近于出口時工作性能能被提高，但仍需要來改變這些噴嘴200的軸向位置(它們通常位于殼體86的中部)。此外，也需要改變噴嘴200的數目。采取這種在氣體發(fā)生器殼體86側壁上具有排放噴嘴200以及在殼體86端部96之上具有一入口噴嘴98的結構形式，在推進劑藥柱90燃燒期間，被增壓介質36經入口噴嘴98被抽進氣體發(fā)生器殼體86之中且在氣體發(fā)生器殼體86之中的混合氣體經噴嘴200流出殼體86。尤其是，由氣體發(fā)生器殼體86側壁流過的被增壓介質36產生一壓差，該壓差將被增壓介質36經入口噴嘴98吸入氣體發(fā)生器殼體86之中。至少當某些類型的推進劑氣體要被產生時，上述這一點極大地改善了充氣泵30的性能，這將在下文作更詳細的討論。
氣體發(fā)生器82包括一點火組件114，用于在適當時間點燃推進劑藥柱90。該點火組件114至少部分位于子彈50和推進劑藥柱90之間的氣體發(fā)生器殼體86的內部，且通常包括一驅動活塞124、至少一個撞擊起爆器120和一用作激勵器的點火/引爆劑材料144。尤其是，一驅動導向裝置140連接節(jié)流套74的一端部以及氣體發(fā)生器殼體86的內壁，驅動導向裝置140因此至少部分地用作包含位于其內部的驅動活塞124的一部分并對其進行導引。一起爆器支架116連接驅動導向裝置140一端并容納多個常規(guī)撞擊起爆器120，這些起爆器120緊挨著點火/引爆劑材料144。該點火/引爆劑材料144典型地被一炸藥杯148保持與起爆器120相鄰接。一種合適的點火/引爆劑材料144的例子是RDX鋁引爆劑材料，它具有89％的RDX、11％的鋁粉外加0.5％的羥基丙基纖維素。一保持架108和擋板112位于起爆器支架116和推進劑套筒94之間。當氣體發(fā)生器殼體86不是通過焊接而是由彎邊來連接至節(jié)流套74時，氣體發(fā)生器殼體86在工作中會有伸長的趨勢。結果是，為保持前述部件相互間具有牢固的作用，一波浪式彈性墊圈(圖中未示出)可被比如放置于保持器108和擋板112之間。
驅動活塞124可滑動地位于驅動導向裝置140之中且包括一連續(xù)凸緣投射件128，該投射件與起爆器120完全對準，可以理解的是用多個投射件(圖中未畫出)可來替代該完全連續(xù)的凸緣投射件128。一貝式彈簧墊圈136位于驅動導向裝置140和驅動活塞124之間且(經一隔片126)與上兩者的一部分相聯(lián)接，以便將驅動活塞124的位置起始地保持與起爆器120相離開。因此，可減少因不注意而造成的驅動活塞124與起爆器120的接合的潛在性，這種接合否則會激勵氣體發(fā)生器82。然而，在子彈50穿過封閉盤70之后，被子彈50傳遞至驅動活塞124的能量足以克服貝式彈簧墊圈136，從而使投射凸緣128能以足夠大的力結合起爆器120來點燃至少一個這樣的起爆器120。而該點火動作反過來又點燃點火/引爆劑材料144，且由此也產生對推進劑藥柱90的點火。
在氣體發(fā)生器82的工作過程中，起爆器120會產生腐蝕且因此能使由推進劑藥柱90燃燒所產生的推進劑氣體流經起爆器120。任何這種形式的推進劑氣體的泄漏會對充氣泵30的性能的一致性產生不良影響。然而，這些氣體按照需要作用在驅動活塞124上來移動活塞124使之與驅動導向裝置140成密封接觸。這樣便為氣體發(fā)生器殼體90提供了密封，它完全限制了氣體通過它的任何泄漏。所以，推進劑氣體按照需要流經氣體發(fā)生器噴嘴98。
總結充氣泵30的工作過程檢測器14(圖1)將一信號送至引爆器46來推進子彈50。子彈50起初穿過封閉盤70來打開充氣泵殼體34和安全氣袋18(圖1)間的通道。子彈50繼續(xù)前行直至它撞擊驅動活塞124，從而使與之相聯(lián)的投射凸緣128打擊至少一個被對準的起爆器120。結果，點火/引爆劑炸藥144發(fā)火，它反過來又點燃推進劑藥柱90。在藥柱90在殼體86之中燃燒的過程中，來自充氣泵殼體34的被增壓介質36經位于殼體86端部96之上的吸入口噴嘴98被吸入氣體發(fā)生器殼體86之中。這一過程產生于流經氣體發(fā)生器殼體86側壁的被增壓介質36，由此產生一壓差。這種對被增壓介質36的“吸入”促進推進劑氣體和被增壓介質36在殼體86中的混合，且如下文將更詳細討論的那樣，當氧氣被包括在被增壓介質36中來與具有大量一氧化碳和氫氣的推進劑氣體起反應時，上述這一點是特別所希望的。盡管如此，氣體仍經位于殼體86側壁上的排放噴嘴200被從氣體發(fā)生器殼體86中排放掉。這樣，流至安全氣袋18的氣流通過將被增壓介質36與來自氣體發(fā)生器殼體86的燃燒產物相混合被按照希望地得到了增加(圖1)。
如上所述，混合式充氣泵30可采用一種槍式推進劑作為推進劑藥柱90的組成成分，并可采用由至少一種惰性氣體和氧氣的混合物作為被增壓介質36。此處所使用的槍式推進劑是高溫、富燃料推進劑，例如象單基的、雙基的、或三基的推進劑，以及象LOVA(低易損性彈藥，low vulnerabilityammunition)或HELOVA(高能低易損性彈藥，high energy,low vulnerabilityammunition)推進劑這樣的硝胺類推進劑。尤其是，傳統(tǒng)的槍式推進劑是那些具有燃燒溫度為約2500°K～約3800°K的、且典型地大于約3000°K的推進劑，且是富燃料的，從而無需過量的氧氣便可產生足量的CO和H2。來自這些推進劑的過量燃料要求有占貯存氣體5～25％克分子量的、或者有時甚至在15～40％克分子的額外氧氣來促進反應平衡來產生CO2和H2O。
在混合式充氣泵中采用槍式推進劑的方法被披露于Hamilton等人的美國專利第5,553,889號中，該專利被轉讓給本申請的受讓人，且該專利的全部披露內容因此結合在本文中一并加以參考。
已經發(fā)現(xiàn)，在一定的環(huán)境條件下，例如當暴露在至少約105℃的溫度之下達至少約105小時之久，由上述的Hamilton專利所披露的槍式推進劑的組成會產生一種不一致的性能變化率。例如已經觀察到，如Hamilton專利中所披露的那種具有RDX(六氧化三硝基三嗪)二次炸藥和GAP(縮水甘油疊氮聚合物)增塑劑和CAP(乙酸聚合物纖維)粘合劑的松散推進劑藥柱當被持續(xù)暴露于高溫之下時會變成相互粘接在一起，從而會形成一個或多個結塊的推進劑藥柱。如在本發(fā)明中所使用的那樣，“松散推進劑藥柱”一詞是指單個分開的、相互不粘接在一起的推進劑藥柱，而“結塊推進劑藥柱”是指已經相互間粘接在一起的松散推進劑藥柱。推進劑藥柱的這種粘合(或結合)減少了推進劑藥柱的純表面面積。盡管并不受特定的理論所約束，據信推進劑藥柱的這種純表面積的減少是造成推進劑藥柱性能(即增壓)率的變化或降低的原因。有理由相信推進劑藥柱在持續(xù)暴露于高溫過程中的結塊是由存在于推進劑藥柱表面上的低熔點粘合劑低聚物的粘接所造成的。這些原本均勻分散于推進劑藥柱中的低熔點粘合劑低聚物當暴露于高溫時開始遷移并集中于推進劑藥柱的外表面上，且被相信是由典型地存在于已有推進劑藥柱組分中的增塑劑所促成的。低熔點粘合劑低聚物的這種集中于推進劑藥柱表面的現(xiàn)象造成推進劑藥柱均勻性的損失但并不十分影響到推進劑藥柱的整體化學成分。如在本發(fā)明中所使用的那樣，“均勻性”是指在整個推進劑藥柱中相對均勻的化學成分。盡管推進劑藥柱的整體化學成分可以基本不變，局部的化學成分變化還是發(fā)生在以前的混合式推進劑藥柱組成中，造成推進劑藥柱物理特性的極大改變。
如以下所要詳細討論的，在松散推進劑藥柱和結塊推進劑藥柱間所作的一增壓率比較試驗表明盡管兩者推進劑均達到一相似的峰值壓力，但結塊推進劑藥劑達到所需降值壓力的速度明顯地慢。在實驗室試驗中已經觀察到，在一充氣周期中，結塊推進劑藥柱產生的壓力要小50～100kPa。
在以前的混合式推進劑組成中，推進劑藥柱當受沖擊時也會裂開。推進劑藥柱的這種斷裂進一步增加了在預報已有的推進劑藥柱的增壓率方面的不確定性。已經發(fā)現(xiàn)，在使用本發(fā)明的推進劑藥柱配方時，會產生具有類似橡膠性質的推進劑藥柱，它們受沖擊時不會斷裂，從而產生具有更可預示的、更一致的增壓率的推進劑藥柱。
如在本發(fā)明中所用的那樣，“一致的性能率”或“一致的增壓率”是指下述兩種壓力的差值一種是在一封閉容器試驗中在推進劑被點燃后約30msec時產生的壓力，該推進劑已經經受下述時間和溫度條件中的至少一種(a)暴露于至少107℃溫度下至少400小時，以及(b)在至少107℃溫度下至少2小時和在至少～40℃溫度下至少2小時作為一個溫度循環(huán)，經受達48個循環(huán)；另一種是由一標準推進劑在與上述條件等價的條件下產生的壓力，該標準推進劑此時未暴露于上述條件的任何一種。該壓力小于約30kPa，更優(yōu)選地小于約10kPa，且最優(yōu)選地從統(tǒng)計學角度來講約為0kPa。溫度循環(huán)重復至少約48次。標準的推進劑具有與那些推進劑在它們經受上述的時間和溫度條件之前所具有的基本等價的成分和物理特征?！盎镜葍r成分”一詞意指推進劑的化學成分對所有打算的目的均是相同的，但允許具有在相同配方的不同批量之間的不可避免的變化。“基本等價的物理特征”一詞是指相同的物理特征但允許在不同批量中存在有不可避免的變化。對推進劑藥柱性能變化率一致性的確定無需在充氣泵殼體中進行。可采用實驗室實驗的方法來模擬由推進劑藥柱在充氣泵殼體中所產生的壓力。典型的實驗程序涉及在一采用厚壁炸彈室的閉合容器中對推進劑點火，亦即引爆，然后測量所產生的壓力。
一般來說，對可被用來組成推進劑藥柱90的槍式推進劑，藥柱總重量范圍(對乘客一方的應用)為約9～15克，且優(yōu)選地為小于15克。在此情況下，可優(yōu)選采用約75～175克的被增壓介質36外帶約占該介質10％～30％的、優(yōu)選地為20％的氧氣，百分比數以總分子量為基礎。尤其是，當采用約145克的被增壓介質36，加上占介質20％克分子的氧氣，推進劑藥柱90的總重量可為約5.7克。對司機一方的應用來說，所需/所要求的推進劑藥柱90的量可為約2～5克，且對側向充氣泵應用來說該量大約為0.5～2.5克左右。
上述的槍式推進劑量也可表達為被增壓介質36的重量與推進劑藥柱90總重的一個比值。被增壓介質36的重量與推進劑藥柱90的總重的比值，其范圍為10～20左右，且更優(yōu)選地為14～18左右，最優(yōu)選地為大于15?？梢员焕斫獾氖峭ㄟ^采用更熱的推進劑可進一步提高這些比值，這樣甚至會需要更少的推進劑。在這方面，由于槍式推進劑的輸出氣體基本上沒有熱顆粒物質，因此本充氣泵較之如當前流行的混合式充氣泵那樣的帶顆粒物質的充氣泵能產生具有更高溫度的輸出氣體。這種溫度的升高將能使充氣泵變得更小更輕，因為較熱的氣體相對來說更富膨脹性。除了上述特性外，當采用槍式推進劑時還能使充氣泵總體尺寸和重量減小。
上述的推進劑成分也可表達為總氣體輸出(即為推進劑氣體和被增壓介質36的組合)的克分子量與推進劑藥柱90總重量的比值。一般在槍式推進劑的情況下，輸出氣體克分子量與推進劑藥柱90的總重之比其范圍可以為約0.35～0.6克分子每克推進劑，更優(yōu)選地為約0.4～0.5克分子每克推進劑，最優(yōu)選地為約0.5克分子每克推進劑。
被增壓介質36采用多種氣體可以允許采用至少一種槍式推進劑配方作為推進劑藥柱90。通常，被增壓介質36由至少一種惰性氣體和氧氣組成。合適的惰性氣體包括氬、氮、氦、和氖，優(yōu)選地采用氬。被增壓介質中的氧氣部分是多功能性的。開始時，氧氣同槍式推進劑藥柱90的氣體燃燒產物的反應提供一有助于惰性氣體膨脹的熱源。這樣可部分地降低氣體發(fā)生器82所需的推進劑量。此外，氧氣同推進劑燃燒產物的反應也把推進劑氣體中任何現(xiàn)存的毒性降低到可接受的程度。例如，氧氣將優(yōu)選地把現(xiàn)存的很大部分的一氧化碳轉換成二氧化碳(例如將至少約85％的CO轉換成CO2)以及把現(xiàn)存的氫轉換成水蒸汽(例如將至少約80％的H2轉換成H2O)，且很大部分的未燃燒的碳氫化合物亦將被類似地消除掉(例如清除至少約75％的碳氫化合物)。這樣，如上所討論的氣體發(fā)生器82的性能便會得到極大改善。亦即，被增壓介質36和氧氣經位于氣體發(fā)生器殼體86端部96上的入口噴嘴由被增壓介質36流過在其上具有排放噴嘴200的氣體發(fā)生器殼體86的側壁所產生的壓差被吸入氣體發(fā)生器殼體86中。其結果是介質36與CO和氣體發(fā)生劑的富氫燃燒產物進行混合，它極大地改善了氣體發(fā)生劑的整體燃燒效率；氣體發(fā)生劑的燃燒產物與富氧介質36的混合；以及推進劑藥柱90的燃燒率的提高。氣體然后被從位于殼體86側壁上的排放噴嘴200排出。上述的氣體發(fā)生器殼體86的結構因此極大地改進了充氣泵30的性能(例如通過促進氧氣同推進劑氣體的快速、有效的混合來改進性能)。
至少一種惰性氣體的以克分子為基礎的量通常在70％～90％左右，而氧氣的以克分子為基礎的量則通常位于10％～30％之間。然而，如上所述，被增壓介質可能包括約70％～92％的克分子的惰性流體和約8％～30％的克分子的氧氣。根據理論換算，通常需要使用超過上述量的氧氣量。然而，通常也需要在輸出氣體(即推進劑氣體和被增壓介質的混合)中不含有多于20％(克分子)的氧氣。
充氣泵30可按如下方式組裝。起始時，組裝氣體發(fā)生器82，步驟如下1)將擋板100和隔離屏104插入氣體發(fā)生器殼體86中鄰接于排放端96；2)將推進劑套筒94插入氣體發(fā)生器殼體86中；3)將推進劑藥柱90放置于推進劑套筒94中；4)將擋板112和保持器108插入氣體發(fā)生器殼體86中鄰接于推進劑套筒94端部且與氣體發(fā)生器排放端96相對；5)將起爆器支架116連同點火/引爆劑材料144和炸藥杯148插入氣體發(fā)生器殼體86中；6)將驅動導向裝置140、貝式墊圈136、以及驅動活塞124插入氣體發(fā)生器殼體86中。在此之后，將各部件互聯(lián)，比如將氣體發(fā)生器殼體86焊接至節(jié)流套74上，在將子彈50和引爆器46放入擴散器38之后將擴散器38焊接至凸臺66上，將封閉盤70焊在凸臺66和節(jié)流套74之間，并將凸臺焊接至充氣泵殼體34上。在不損壞上述結構的情況下，將被增壓介質36引入充氣泵殼體34。在這方面且在多種氣體的情況下，氬氣和氧氣可經焊接在充氣泵殼體34端部上的端氣栓42分別輸入(例如先輸入氬氣和/或其它惰性氣體然后再輸入氧氣，或按相反次序輸入)進充氣泵殼體34中，或者將它們以預先混合好的方式輸入。
熱性能穩(wěn)定的槍式推進劑，當它們被用作推進劑藥柱90的配方時，包括一二次炸藥，即在采用LOVA推進劑情況時為硝胺(RDX)。其它可用在推進劑藥柱90配方中的二次炸藥包括另一種硝胺，即HMX(環(huán)四亞甲基四硝胺)，還有PETN(季戊四醇四硝酸)和TAGN(三氨基胍)。下面的表1提供了RDX、HMX、和FETN等二次炸藥的某些燃燒性質。
表
通常為達到對某些彈道性質和長期熱穩(wěn)定性的所需的組合(例如企圖獲得一種雙基推進劑的彈道特性和一種LOVA推進劑的長期時效特性或長期熱穩(wěn)定性)，二次炸藥可與一粘合劑系統(tǒng)組合來作為推進劑藥柱的配方(“混合式推進劑”)?！罢澈蟿┫到y(tǒng)”一詞此處是指添加到推進劑中的一種或多種化合物，它們有助于改進推進劑的物理的、化學的、以及/或者彈道的性質。有用的粘合劑系統(tǒng)包括這樣的系統(tǒng)，它們組合有從由粘合劑、增塑劑、硫化劑、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、遮光劑、以及它們間的組合等組成的組中選出的推進劑粘接劑。
用于混合式充氣泵30中的推進劑藥柱90的混合式推進劑展示出良好的彈道特性(即在較低工作壓力之下良好的燃燒速度和燃燒溫度)，且展示出可接受的長期穩(wěn)定性(例如一種用于評估長期熱穩(wěn)定性的工業(yè)測試是采用統(tǒng)計學足夠多數量的一組樣本使之經受(不是點火)暴露于107℃溫度之下達400小時的一個周期)。另一個試驗是在不造成不可接受的性能損失的條件下，(這一點典型地是由客戶所建立/規(guī)定的)，讓充氣泵經受暴露于107℃溫度下達400小時。尤其是，由一混合式推進劑組成的推進劑藥柱90在約1800°K～3800°K的燃燒溫度范圍上燃燒，燃燒速率范圍為約0.2英寸/秒(0.64cm/sec)～0.75英寸/秒(1.9cm/sec)，且其工作壓力(氣體發(fā)生器殼體84內部的壓力)為約4000psi(27.6MPa)或更小。由一混合式推進劑組成的推進劑藥柱90更優(yōu)選地在約1800°K～3800°K的燃燒溫度范圍上燃燒，燃燒速率范圍為約0.30英寸/秒(0.76cm/sec)～0.60英寸/秒(1.5cm/sec)，且其工作壓力為約4000psi(27.6MPa)或更小。
一般來說，混合式推進劑組成包括約60wt％～90wt％的二次炸藥和40wt％～10wt％的粘合劑系統(tǒng)。更典型的是，這些推進劑配方包括約74wt％～85wt％的二次炸藥和約26wt％～15wt％粘合劑系統(tǒng)。最優(yōu)選的是，推進劑配方包括約84wt％的一種顆粒狀二次炸藥和約16wt％的一粘合劑系統(tǒng)。其它添加劑和不可避免的雜質也可以微量的形式(亦即從小于推進劑成分的2wt％的量)存在于這些推進劑成分中。
已經令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，在推進劑藥柱配方中采用本發(fā)明的一種粘合劑會產生具有在高溫時效或熱循環(huán)之后仍然一致的增壓率的推進劑藥柱。這些有用的粘合劑包括從由以下材料組成的組中挑選出來的一種粘合劑，這些材料為聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、聚己酸內酯、多元醇、聚乙二醇、聚碳酸酯纖維、Kraton、Estane、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、以及它們之間的混合物。從這些聚合物中已經發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸酯在為推進劑藥柱提供一致的性能變化率方面特別地有用。
諸如象帶有環(huán)氧硫化基的聚丙烯酸酯這樣的一種聚合物，例如由Zeon化學公司(Zeon Chemicals,Inc.)提供的Nipol聚丙烯酸酯高彈體(等級AR53L)，特別適用于作粘合劑。如在本發(fā)明中所使用的那樣，“硫化基”一詞指存在于聚合物內部的一種官能團，典型地位于端部，通過利用該官能團可進一步來操縱聚合物。典型的硫化基包括鹵化物，如氯化物、溴化物和碘化物、環(huán)氧化物、羥基和羧基。硫化基優(yōu)選地為非鹵化物官能團，因為當一具有鹵化物官能團的化合物被點燃時，它產生諸如氯化氫、充氣、氯氣、溴化氫和碘化氫等有毒煙霧。聚合物更優(yōu)選地包含環(huán)氧硫化基。
在本發(fā)明的一個實施例中，由于環(huán)氧硫化基存在于聚丙烯酸酯中使得可以將聚丙烯酸脂聚合物進行交聯(lián)，從而產生具有更高分子重量的聚合物。這種交聯(lián)可通過添加一種親核化合物，即一種硫化劑，或簡單地加熱該聚合物而無需使用任何硫化劑來達到。如在本發(fā)明中所使用的那樣，一種“硫化劑”是一種化合物，它與聚合物中的一硫化基反應。在環(huán)氧硫化基的情況中，硫化劑引發(fā)一連鎖反應，它造成形成一交聯(lián)的聚合物。這一點是可能的，因為由環(huán)氧化物與一硫化劑起反應所產生的醇鹽本身作為一種硫化劑起作用，由此傳播了交聯(lián)反應。用在具有環(huán)氧硫化基的交聯(lián)聚丙烯酸酯中的典型硫化劑包括銨鹽、醇鹽、胺、金屬鹽以及含化合物的硫。硫化劑優(yōu)選地選自由羧酸銨組成的組，例如苯酸銨、乙酸銨、酒石酸銨、以及它們間的混合物。添加用來交聯(lián)一聚合物(即一種粘合劑)的一種硫化劑的量取決于生成推進劑的所要求的機械和物理特性。然而，通常優(yōu)選采用的是硫化劑包括約0.01wt％～0.5wt％的推進劑，更優(yōu)選地是包括約0.1wt％～0.3wt％的推進劑，最優(yōu)選地是包括約0.2wt％的推進劑。
在以前的混合式推進劑配方中，添加了增塑劑來達到所需的物理和機械特性，與之不同的是，本發(fā)明的混合式推進劑配方提供一種無需采用任何增塑劑便可取得所需的物理和機械特性的方法。從已有的技術已經知道，將一種增塑劑添加至聚合物來修改聚合物的物理和機械特性。本發(fā)明的推進劑所需的物理特性是通過選擇聚合物和交聯(lián)的量來達到的。通過避免使用增塑劑，可產生在時效之后具有一致的增壓率的推進劑藥柱。在不受任何特殊理論約束的條件下，我們相信推進劑藥柱的一致性的增壓率的取得是由于聚合物的交聯(lián)作用，它降低了低熔點低聚物的量，也是由于沒有了增塑劑，從而減少了任何低熔點低聚物集中于推進劑藥柱表面的可能性。
在本發(fā)明的另一實施例中，推進劑藥柱配方包括一抗氧化劑，它給推進劑藥柱提供更大的熱穩(wěn)定性和抗氧化性。用于本發(fā)明的典型抗氧化劑包括諸如BHT(2,6～二叔丁基～4～甲基苯酚)和從美國的Uniroyal化學品公司(Kniroyal Chemical Co.,Inc.in Middlebury,Connecticut)購到的Naugard 445(4,4′～雙(α,α～二甲苯甲酰))二苯胺，4,4＇～bis(α,α～dimethylbenzyl)diphenylamine)等的取代酚，以及其它當今眾所周知的抗氧化劑?？寡趸瘎﹥?yōu)選地采用Naugard 445X。
在本發(fā)明的另一實施例中，推進劑配方包括一種穩(wěn)定劑，它包括乙基中定劑、二苯胺、間苯二酚、二苯脲Ⅱ、戊醇、尿素、礦脂、以及甲基硝胺。
盡管壁厚(推進劑藥柱90的內、外徑之差的一半)取決于所需的性能速率，推進劑藥柱通常優(yōu)選地具有約0.010～0.100英寸的壁厚。更優(yōu)選地，本發(fā)明的推進劑藥柱具有約0.023～0.053英寸的壁厚。推進劑藥柱的長度也根據所需的特殊性能速率和推進劑藥柱的壁厚而有所變化。作為一種經驗方法，推進劑藥柱的長優(yōu)選地約為其壁厚的10倍。本發(fā)明的推進劑藥柱典型地具有約0.100英寸～1,000英寸的長度。本發(fā)明的推進劑藥柱更優(yōu)選地具有約0.23英寸～0.53英寸的長度。
抗氧化劑也被包括在推進劑藥柱90的混合式推進劑配方的粘合劑系統(tǒng)中。例如，某些粘合劑一旦暴露于空氣或氧氣便會分解，且會影響推進劑藥柱90的點火。因此，可將抗氧化劑包括在混合式推進劑組成中，這樣可防止聚合物產生氧化降解作用并因此可提高混合式推進劑組成的長期穩(wěn)定性。
一種具有所需的彈道性質且提供足夠的合適長期穩(wěn)定性指示的混合式推進劑配方包括將硝胺類二次炸藥RDX(六氫化三硝基三嗪)與一包括粘合劑聚丙烯酸酯的粘合劑系統(tǒng)、硫化劑苯酸銨以及抗氧化劑Naugard 445相結合。一般來說，這種混合式推進劑配方可包括至少約84wt％的RDX、約15wt％～16wt％的聚丙烯酸酯、約0.1wt％～0.3wt％的苯酸銨、以及不多于0.5wt％的Naugard 445。這些總的相對份量提供給混合式推進劑所需的彈道和長期時效性質。然而，可以理解的是若推進劑藥柱90必須通過擠壓法從這種配方來制成，則須在上述范圍內對這些相對份量作精化。
在本文所披露的混合式推進劑的情形下，在燃燒過程中生產出大量CO和H2(例如35％CO和19％H2)。另外，經充氣泵推進劑的燃燒而形成一氧化碳和氫氣對一個汽車充氣安全系統(tǒng)來說是不可接受的。然而，當這些類型的混合式推進劑被用在混合式充氣泵30中且如上所述，被增壓介質36包括氧氣，這樣使一氧化碳和氫氣的很大一部分(例如95％)在燃燒中或作為燃燒后反應的一部分被轉換成無害的二氧化碳和水蒸汽。采用貯存的氧氣是特別需要的，因為它排除了在混合式推進劑組成中包括一氧氣源(例如高氯酸鉀)的需求。然而，在產生的推進劑燃燒氣體和貯存氧氣間進行的高放熱反應是特別需要的，因為它提高了推進劑的加熱值，從而減少了膨脹安全氣袋所需的推進劑量。
當混合式推進劑被配制進推進劑藥柱90中且被組合進混合式充氣泵30之中時，其所用的量可參考槍式推進劑如上所述加以規(guī)定并應特別包括參照推進劑藥柱90和被增壓介質36的相對份量在上面所介紹的那些特點。此外，用在被增壓介質36中的氧氣和一種惰性氣體的相對用量也可被用于本文所披露的混合式推進劑中。
下面的例子進一步幫助說明包括一種二次炸藥和一粘合劑系統(tǒng)的混合式推進劑配方的特征。如前所述，所有關于“wt％”的參考均指重量百分比。
本例說明本發(fā)明的推進劑配方即使在其暴露于高溫或反復熱循環(huán)之后仍保持其性能上的一致性，即其增壓率。
一種由至少約83wt％RDX(六氫化三硝基三嗪)、約15.5wt％的聚丙烯酸酯、約0.2wt％的苯酸銨、以及約0.3wt％的Naugard 445組成的混合式推進劑成分被制備并組合進具有平均密度為約1.64g/cc和平均壁厚為約0.023英寸的柱形藥柱中。一5.6g的上述成分的推進劑藥柱(即試驗樣品)以及145g具有20％氧氣的被增壓介質被放置進一具有孔徑為0.194英寸的充氣泵中且被在一固定體積的室(即一種601容器)中點燃。推進劑具有約2228°K的燃燒溫并展示出可接受的彈道性質(即在4000psi(27.6MPa)下具有0.85in/sec(2.16cm/sec)的燃燒率))。在充氣泵中的氣體的平均溫度小于800℃。標準推進劑藥柱的性能由圖3A中的實線所表示。所產生的氣體包括約37.5％的一氧化碳、約23％的氮、約27％的氫、約10％的水蒸汽和約2.5％的二氧化碳。對該推進劑成分的長期熱穩(wěn)定性進行了評估并認為是可接受的。例如推進劑本身被暴露于105℃溫度之下達105小時而未點燃，且在此之后放入一固定體積的容器上進行點火，推進劑的性能如圖3A中點線所示基本未受該熱處理所影響。推進劑在被暴露于90℃溫度下達總體109小時以及在～40℃之下總體達89小時的這樣一種交替熱循環(huán)溫度輪廓之后其性能也如圖3A中虛線所示未受該冷熱交替處理所影響。例2本例說明本發(fā)明的具有一不同壁厚的推進劑藥柱的性能上的一致性。
實驗中除采用6.6g的壁厚為0.028英寸的推進劑藥柱之外，其余程序均與例1相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3B中實線所代表。推進劑暴露于105℃溫度下達105小時后的性能如圖3B中的點線所示那樣基本未受該熱處理所影響。推進劑在被暴露于90℃溫度之下達總共109小時以及在～40℃之下達總體89小時的這樣一種交替熱循環(huán)溫度輪廓之后其性能也如圖3B中虛線所示未受這種暴露于極端溫度波動的處理所影響。例3本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱在經受400小時的暴露于107℃溫度之下考驗之后的性能上的一致性。
實驗中除了采用5.7g具有0.023英寸壁厚的推進劑藥柱、145g的氣體、以及0.182英寸的充氣泵孔徑外，其余程序均與例1相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3C中的實線所代表。該推進劑在被暴露于107℃溫度之下達400小時之后的性能如圖3C中點線所示的那樣基本未受該熱處理所影響。例4本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱即使在經受48個循環(huán)的極端溫度波動之后其性能仍具有一致性。
實驗中除采用5.7g的壁厚為0.023英寸的推進劑藥柱、145g的氣體、和0.182英寸的充氣泵孔徑外，其它程序均與例1相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3D中的實線所代表。推進劑在經受暴露于107℃溫度之下達2小時之后又暴露于～40℃之下達2小時這樣一個過程總共48次(即48個循環(huán))之后其性能仍如圖3D中虛線所示的那樣也基本未受該暴露于極端溫度波動的行為所影響。例5本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱即使在經受400小時的在溫度107℃之下暴露之后其性能的一致性。
實驗中除采用6.2g的具有0.023壁厚的推進劑藥柱、157g的氣體，以及采用0.193英寸的一個充氣泵孔徑之外，其余程序均與例3相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3E中的實線所代表。該推進劑在暴露于107℃溫度之下達400小時之后其性能如圖3E中的點線所示基本未受該熱處理所影響。例6
本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱即使在經受48個循環(huán)的極端溫度波動之后仍具有性能上的一致性。
實驗中除采用6.2g的具有0.023英寸壁厚的推進劑藥柱、157g氣體、以及0.193英寸的充氣泵孔徑之外，其余程序與例4相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3F中的實線所代表。推進劑在經受暴露于107℃溫度之下達2小時然后再暴露于～40℃溫度之下達2小時這樣一個過程總共達48次(即48個循環(huán))之后其性能仍如圖3F中虛線所示那樣也基本未受該暴露于極端溫度波動的行為所影響。例7本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱處于不同的充氣泵孔徑情況下性能的一致性。
實驗中除采用具有0.023英寸壁厚的推進劑藥柱、以及一0.173英寸的充氣泵孔徑之外，其余程序均與例3相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3G中的實線所代表。推進劑在暴露于107℃溫度下達400小時后其性能如圖3G中的點線所示基本未受該熱處理所影響。例8本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱處于不同的充氣泵孔徑情況下性能的一致性。
實驗中除采用具有0.023英寸壁厚的推進劑藥柱、以及一0.173英寸的充氣泵孔徑之外，其余程序均與例4相同。該標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3H中的實線所代表。推進劑在經受暴露于107℃溫度之下達2小時然后再暴露于～40℃溫度之下達2小時這樣一個過程總共達48次(即48個循環(huán))之后其性仍如圖3H中虛線所示那樣也基本未受該暴露于極端溫度波動的行為所影響。例9本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱采用不同量的推進劑藥柱時其性能的一致性。
實驗中除采用6.4g推進劑藥柱外，其余程序均與例7相同。標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3I中的實線所代表。推進劑在暴露于107℃溫度之下達400小時后其性能如圖3I中點線所示基本未受該熱處理所影響。例10
本例說明本發(fā)明的推進劑藥柱在采用不同量的推進劑藥柱時性能的一致性。
實驗中除采用6.4g的推進劑藥柱外，其它程序均與例8相同。標準推進劑藥柱的性能曲線由圖3J中的實線所代表。推進劑在經受暴露于107℃溫度之下達2小時然后又暴露于～40℃溫度之下達2小時這樣一個過程總共達48次(即48個循環(huán))之后其性能仍如圖3J中虛線所示那樣基本未受該暴露于極端溫度波動的行為所影響。例11本例說明以前的推進劑配方在持續(xù)暴露于高溫之后其性能上的變化。
一種由約76wt％RDX、約11.5wt％GAP(縮水甘油疊氮聚合物，增塑劑等級)、約11.5wt％CAB(乙酸丁酸纖維聚合物)以及約1％MNA(甲硝基苯胺)組成的推進劑成分被制備并組合進具有平均密度約1.6857g/cc和平均壁厚約0.023英寸的推進劑藥柱中。5.6g的試驗樣品被放進具有一孔徑為0.194英寸的充氣泵中并被點火進入一固定體積的容器中。試驗樣品具有約2400°K的燃燒溫度并展示出可接受的彈道特性。標準推進劑藥柱的性能由圖4A中的實線所代表。推進劑氣體包含約37％的一氧化碳、約25％的氫氣、約25％的氮氣、約10％的水蒸汽以及約3％的二氧化碳。推進劑成分的長期熱穩(wěn)定性被評估且被認為是可接受的但在推進劑的性能方面產生顯著的變化。例如推進劑本身被暴露于105℃溫度下達105小時且并未點火，但卻觀察到明顯的推進劑結塊現(xiàn)象，且在此之后在被點火進入一充氣泵的容器之后，推進劑的性能如圖4A中點線所示那樣基本上受到該熱處理的影響。推進劑在被暴露于90℃總共達109小時并暴露于～40℃總共達89小時這樣一個熱循環(huán)之后其性能如圖4A虛線所示基本上受該冷熱循環(huán)處理所影響。例12這是另外一個例子用于說明以前的推進劑配方在經持續(xù)暴露于高溫之后性能上產生的變化。
實驗中除推進劑具有例11的成分以及0.023英寸的壁厚外，其余程序均與例3相同。標準推進劑藥柱的性能曲線由圖4B中的實線所代表。推進劑在暴露于107℃溫度下達400小時后其性能如圖4B中點線所示顯示出因該熱處理而造成的重大變化。例13本例說明以前的推進劑配方在經受48個循環(huán)的極端溫度波動之后性能上產生的變化。(2小時的107℃/2小時的～40℃等于一個循環(huán))。
實驗中采用同例12相同的程序。標準推進劑藥柱的性能曲線由圖4C中實線所代表。推進劑在經受暴露于107℃達2小時然后暴露于～40℃達2小時這樣一個過程達48次(即48個循環(huán))之后其性能如圖4C中虛線所示顯示出明顯變化。
上述推進劑可用于混合式充氣泵，例如本文所描述的那些充氣泵。另外，一混合式充氣泵通常包括一包括被增壓流體的被增壓氣體室、一包含推進劑的氣體發(fā)生室、一點火器組件、以及一斷裂盤。被增壓流體基本上由一惰性流體和氧氣組成。推進劑在當比如一定值的減速發(fā)生時則被點火器組件所點燃，且被燃燒來產生氣體狀產物，(例如一氧化碳和氫氣)，它們與氧氣發(fā)生反應。一氧化碳和氫氣與被增壓氣體中的氧發(fā)生反應來產生二氧化碳和水蒸汽，同時則增加氣體發(fā)生室中的壓力。然后，斷裂盤被打開來提供二氧化碳、水蒸汽和惰性氣體到安全氣袋18中(圖1)。這樣來使安全氣袋18(圖1)被充氣膨脹。
以上介紹了對本發(fā)明的描述和說明。此外，這種描述并不傾向于將本發(fā)明限制于本文中所披露的形式。因此，與上述理論精神相符合的變化和修整，以及具有相應水平的技術或知識也都屬于本發(fā)明的范圍之內。上文所述的實施例進一步傾向于解釋實踐本發(fā)明的已知的最好模式，并使熟悉本技術的人員能夠在這些或其它的實施例中使用本發(fā)明并根據對本發(fā)明的專門應用或用途的要求作出不同的修改。在已有技術所允許的范圍內，所附的權利要求被認為包括了可替代的實施例。
權利要求
1．一種用于充氣安全系統(tǒng)的混合式充氣泵，包括一充氣泵殼體；一包含在上述充氣泵殼體中的被增壓介質；一與上述充氣泵殼體連接的氣體發(fā)生器；一包含在上述氣體發(fā)生器之中的推進劑；以及一用于點燃上述推進劑且被連接至至少一個上述充氣泵殼體和上述氣體發(fā)生器的點火組件；其特征在于下述的兩種壓力，其中一種是在一閉合容器試驗中在上述推進劑被點火之后約30msec時由上述推進劑所產生，上述推進劑經受了下面的時間和溫度條件中的至少一種的考驗(a)暴露于至少107℃溫度下達至少400小時且(b)經受暴露于至少107℃溫度下達至少2小時以及暴露于至少～40℃溫度下達至少2小時的溫度循環(huán)，其中上述溫度循環(huán)被重復至少約48次；另一種壓力是在與上述等價的條件之下由一標準推進劑所產生，該推進劑沒有經受上述時間和溫度條件的考驗；上述兩種壓力間的差小于約10kPa，且其中上述標準推進劑在上述推進劑被經受上述時間和溫度條件考驗之前具有與上述推進劑基本等價的成分和物理特性。
2．如權利要求1所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑在其在上述氣體發(fā)生器中被點燃之后約40msec后在上述閉合容器試驗中造成至少400kPa的一個壓力。
3．如權利要求1所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括一二次炸藥和一粘合劑。
4．如權利要求3所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑選自由聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、聚己酸內酯、多元醇、聚乙二醇、聚碳酸酯纖維、Kraton、Estane、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、以及它們的混合物所組成的組。
5．如權利要求3所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑是不帶增塑劑的。
6．如權利要求1所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括多個推進劑藥柱，每個藥柱具有一外徑和一內徑，其中每個上述推進劑藥柱從上述外徑到上述內徑的燃燒率在上述閉合容器試驗中當壓力為約4000psi時為約0.30in/sec～0.6in/sec。
7．如權利要求1所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑由多個具有一種組成成分的推進劑藥柱所組成，且其中每個上述推進劑藥柱的上述成分在藥柱經受上述時間和溫度條件中的上述至少一種的考驗之后仍保持基本勻質。
8．如權利要求1所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑由多個推進劑藥柱組成，每個上述推進劑藥柱具有約0.023英寸～0.053英寸的一壁厚。
9．一種用于充氣安全系統(tǒng)的混合式充氣泵，包括一充氣泵殼體；一包含在上述充氣泵殼體中的被增壓介質；一與上述充氣泵殼體連接的氣體發(fā)生器；一包含在上述氣體發(fā)生器之中的推進劑；以及一用于點燃上述推進劑且被連接到至少一個上述充氣泵殼體和上述氣體發(fā)生器的點火組件；其特征在于上述推進劑在被經受下面的時間和溫度條件中的至少一種的考驗之后仍保持基本勻質(a)暴露于至少107℃溫度下達至少400小時且(b)經受暴露于至少107℃溫度下達至少2小時以及暴露于至少～40℃溫度下達至少2小時的溫度循環(huán)，其中上述溫度循環(huán)被重復至少約48次。
10．如權利要求9所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑在其被點燃后約40msec英寸在一閉合容器試驗中造成至少400kPa的一個壓力。
11．如權利要求9所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括一二次炸藥和一粘合劑。
12．如權利要求11所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑選自由聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、聚己酸內酯、多元醇、聚乙二醇、聚碳酸酯纖維、Kraton、Estane、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、以及它們的混合物所組成的組。
13．如權利要求11所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑包括聚丙烯酸酯。
14．如權利要求9所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括多個推進劑藥柱，每個藥柱具有一外徑和一內徑，其中每個上述推進劑藥柱從上述外徑到上述內徑的燃燒率在上述閉合容器試驗中當壓力為約4000psi時為約0.30in/sec～0.6in/sec。
15．如權利要求9所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括一二次炸藥和一粘合劑系統(tǒng)，且其中上述粘合劑系統(tǒng)是不帶增塑劑的。
16．如權利要求9所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑由多個推進劑藥柱組成，每個上述推進劑藥柱具有一從0.023英寸～0.053英寸的壁厚。
17．一種用于充氣安全系統(tǒng)的混合式充氣泵，包括一充氣泵殼體；一包含在上述充氣泵殼體中的被增壓介質；一與上述充氣泵殼體相連接的氣體發(fā)生器；一包含在上述氣體發(fā)生器中的推進劑，其特征在于上述推進劑包括一二次炸藥、和一粘合劑，其特征還在于上述粘合劑從一具有硫化基和硫化劑的聚合物的反應中得出；以及一用于點燃上述推進劑且被連接至至少一個上述充氣泵殼體和上述氣體發(fā)生器的點火組件。
18．如權利要求17所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑選自由聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、聚己酸內酯、多元醇、聚乙二醇、聚碳酸酯纖維、Kraton、Estane、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、以及它們的混合物所組成的組。
19．如權利要求18所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑是聚丙烯酸酯。
20．如權利要求17所述的混合式充氣泵，其特征在于上述二次炸藥選自由RDX(六氫化三硝基三嗪)、PETN(季戊四醇四硝酸酯)、TAGN(三氨基胍)和HMX(環(huán)四亞甲基四硝胺)。
21．如權利要求17所述的混合式充氣泵，其特征在于上述二次炸藥包括約86wt％的上述推進劑和上述粘合劑包括約15.5wt％的上述推進劑。
22．如權利要求19所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑包括聚丙烯酸酯高彈體。
23．如權利要求19所述的混合式充氣泵，其特征在于上述粘合劑包括帶硫化基的聚丙烯酸酯高彈體。
24．如權利要求23所述的混合式充氣泵，其特征在于上述硫化基為環(huán)氧硫化基，且上述推進劑包含一硫化劑。
25．如權利要求24所述的混合式充氣泵，其特征在于上述硫化劑為苯酸銨。
26．如權利要求25所述的混合式充氣泵，其特征在于上述二次炸藥為RDX，上述粘合劑為具有環(huán)氧硫化基的聚丙烯酸酯高彈體且上述硫化劑為苯酸銨。
27．如權利要求26所述的混合式充氣泵，其特征在于上述推進劑包括至少84wt％RDX、15～16wt％聚丙烯酸酯和0.1～0.3wt％苯酸銨。
28．如權利要求27所述的混合式充氣泵，其特征在于推進劑還包括一抗氧化劑作為穩(wěn)定劑。
29．如權利要求28所述的混合式充氣泵，其特征在于上述抗氧化劑為4,4′～雙(α,α～二甲苯甲酰)二苯胺。
全文摘要
本文披露了一種用于汽車充氣安全系統(tǒng)的混合式充氣泵，它包括一充氣泵殼體、一被增壓介質、一氣體發(fā)生器、一推進劑、以及一用于點燃推進劑的點火組件。包括有二次炸藥和一粘合劑系統(tǒng)的推進劑即使在持續(xù)暴露于高溫之后仍保持勻質且提供一致的性能。粘合劑優(yōu)選地選自由聚丙烯酸酯、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨基甲酸乙酯、以及它們的混合物。粘合劑更優(yōu)選地為聚丙烯酸酯。
文檔編號B60R21/272GK1227805SQ98120808
公開日1999年9月8日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權日1997年10月3日
發(fā)明者詹姆斯·L·巴格里尼 申請人:奧艾公司, 大賽璐化學工業(yè)株式會社