CZ19514U1

CZ19514U1 - Pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany, zejména pro použití v airbagu či předpínači bezpečnostních pásů

Info

Publication number: CZ19514U1
Application number: CZ200820469U
Authority: CZ
Inventors: Zigmund@Jan; Matyáš@Robert; Jalový@Zdenek; Šelešovský@Jakub
Original assignee: Explosia A.S.; Univerzita Pardubice
Priority date: 2008-10-23
Filing date: 2008-10-23
Publication date: 2009-04-09

Description

Pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany, zejména pro použití v airbagu či předpínači bezpečnostních pásu

Oblast techniky

Technické řešení se týká pyrotechnické slože pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany, zejmé5 na pro použití v airbagu či předpínači bezpečnostních pásů, která obsahuje palivo, okysiičovadlo, pojivo a případně i technologické přísady.

Dosavadní stav techniky

Zejména v automobilovém průmyslu se pro zmírnění následků havárií a nehod používají bezpečnostní systémy pasivní ochrany, jako jsou airbagy, předpínače bezpečnostních pásů, iniciátory ochranného pohybu dílů karoserie (jako jsou např. aktivní kapota) atd. Tyto bezpečnostní systémy pasivní ochrany jsou zpravidla založeny na rychlé a předem definované reakci ochranných prvků na detekované nebezpečí, Rychlost reakce bezpečnostních systémů pasivní ochrany je zpravidla dosahována stlačeným plynem z tlakové nádoby nebo hořením pyrotechnické slože. Tím se dosáhne rychlé a včasné reakce bezpečnostních systémů pasivní ochrany, např. naplnění airbagu, pohybu předpínačů bezpečnostních pásů, pohybu aktivní kapoty apod., což ve svém důsledku vede ke zmírnění následků nehod a havárií.

Nevýhodou použití stlačeného plynu z tlakové nádoby je relativně vysoká hmotnost a potřebný velký objem tlakové nádoby, což nepříznivě ovlivňuje nárůst hmotnosti celého zařízení, tj. i vozidla. Další nevýhodou je obtížná a nebezpečná manipulace s tlakovou nádobou s plynem pod vysokým tlakem. Je zřejmé, že zde existuje také nemalé riziko exploze samotné tlakové nádoby při nehodě či havárii, což je dalším výrazným nedostatkem tohoto řešení.

Nevýhodou stávajících pyrotechnických složí je vysoký podíl nitrocelulózy, jejímž hořením vznikají toxické plynné zplodiny, obsahující především oxidy dusíku a oxid uhelnatý, které jsou zejména při aktivaci bezpečnostního systému uvnitř kabiny vozu nebezpečné pro zdraví posádky i okolí a také jsou nebezpečné pro životní prostředí. Další nevýhodou je relativně nízká termická stabilita používaných pyrotechnických složí.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň minimalizovat nedostatky dosavadního stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo pyrotechnickou složí pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany, zejména pro použití v airbagu či předpínači bezpečnostních pásů, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje 5 až 45 % hmotn. paliva tvořeného dusičnanem bis(l-amidino-č?-alkylmočovina) měďnatým (alkylem ve vzorci je uhlovodíkový zbytek obecného vzorce C^^i, kde η = 1 až 10), 50 až 90 % hmotn. okysličovadla, 4 až 20 % hmotn. pojivá a 0 až 5 % hmotn. technolo35 gických přísad.

Výhodou pyrotechnické slože podle tohoto technického řešení je nízký obsah toxických zplodin v plynných zplodinách hoření. Obsah nejvíce sledovaných toxických plynů jako oxid uhelnatý a oxidy dusíku je významně nižší než u současně užívaných pyrotechnických složí na bázi nitrocelulózy. Velkou výhodou je rovněž snadná příprava paliva (dusičnanů bis(l-amidino-0-alkyl40 močovina) měďnatých) ve vysokém výtěžku a dobrá laborovatelnost. V neposlední řadě je výhodou také nízká cena výchozích surovin a jejich snadná dostupnost. Další výhodou pyrotechnické slože podle technického řešení je její vyšší termická stabilita ve srovnání s doposud používanými pyrotechnickými složemi na bázi nitrocelulózy.

Výhodná provedení technického řešení jsou uvedena v závislých nárocích na ochranu a v příkla45 dech provedení technického řešení.

- 1 CZ 19514 Ul

Popis obrázků na výkrese

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkrese, kde ukazuje obr, 1 obecný chemický vzorec dusičnanu bis(l-amidino-O-alkylmočovina) měďnatého (alkylem ve vzorci je uhlovodí-, kovy zbytek obecného vzorce C_nH_2n+i, kde η = 1 až 10), kde R značí alkyl; obr. 2 průběh závis5 losti tlaku na čase během hoření pyrotechnické sloze č. 1 z tabulky č. 1 (dusičnan bis(l-amidmoO-ethylmočovina) měďnatý jako palivo).

Příklady provedení technického řešení

Technické řešení bude popsáno na několika příkladech provedení pyrotechnické sloze, zejména z hlediska možné variability obsahu jednotlivých složek a možné variability chemického složení io jednotlivých složek v rámci daných skupin chemických látek a sloučenin.

Pyrotechnická slož podle technického řešení obsahuje 5 až 45 % hmotn. paliva, 50 až 90 % hmotn. okysličovadla, 4 až 20 % hmotn. pojivá a případně i 0 až 5 % hmotn. technologických přísad.

Palivem v pyrotechnické složí dle technického řešení je látka nebo směs látek ze skupiny dusič15 nanů bis(l-amidino-O-alkylrnočovina) měďnatých (alkylem ve vzorci je uhlovodíkový zbytek obecného vzorce CJTmi, kde η = 1 až 10), která je specifikována na obr. 1. Příkladem paliva z předmětné skupiny je dusičnan bis(l-amidino-O-methylmočoviiia) měďnatý a/nebo dusičnan bis(l-amidino-ú-ethylmoěovina) měďnatý a/nebo dusičnan bis(l-amidino-O-propylmočovina) měďnatý a/nebo další dusičnany bis(l-amidino-(?-alkylmočovina) měďnaté nebo jejich směsi.

Okysliěovadlem v pyrotechnické složí dle tohoto technického řešení je chloristan draselný a/nebo chloristan amonný a/nebo chloristan sodný a/nebo dusičnan draselný a/nebo dusičnan strontnatý a/nebo dusičnan sodný a/nebo peroxid zinečnatý.

Pojivém v pyrotechnické složí podle tohoto technického řešení je nitrocelulóza a/nebo karboxymethylcelulóza a/nebo hydroxypropylmethylcelulóza a/nebo étery celulózy a/nebo polyvinylizo25 butyleter a/nebo fluoroelastomer a/nebo dextrin a/nebo guar gum a/nebo kopolymer polyvinylizobutyleter-polyvinylchlorid.

Složení šesti konkrétních pyrotechnických složí podle technického řešení je uvedeno v následující tabulce č. 1:

Tabulka č. 1

Složky	Obsah v % hmotn.
slož č. 1	slož č. 2	slož č. 3	slož č.4	slož č. 5	slož č.6
KC1O₄			53			41
NH4CIO4	36	33		36
Sr(NO₃)2	36	33				41
KNO₃				36
ZnO₂					84
dusičnan bis(l-amidino-Omethylmočovina) měďnatý		18,5	.35,5		5,5
dusičnan bis(l-amidino-0ethylmočovina) měďnatý	15					7
dusičnan bis(l-amidino-Gpropylmočovina) měďnatý				11.5
pojivo	10,5	. 14	10	15	9	9,5
dibutylftalát	1				1	1
Fe₂O₃	1	1	1	1
grafit	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5

CZ 19514 Ul

Složení uvedených pyrotechnických složí odpovídá téměř vyrovnané kyslíkové bilanci, což zabezpečuje minimální objem toxických plynů ve zplodinách hoření.

Pyrotechnické sloze byly připraveny smícháním okysličovadla (popř. směsi okysličovadel) s palivem tvořeným dusičnanem bis(l-amidino-O-alkylmočovina) měďnatým. Pojivo bylo přidáno ve formě vodného roztoku. Na závěr byl do směsi zapracován modifikátor fyzikálních vlastností a to kopolymer vinylacetát-ethylen. Po homogenizaci prohnětením, lisování a řezání byla získána konečná pyrotechnická slož, z níž po iniciaci a shoření vznikají plynné zplodiny s nízkou toxicitou.

Výhodou pyrotechnické sloze podle tohoto technického řešení je nízký obsah toxických zplodin v plynných produktech hoření uvedené slože, který je u nejvíce sledovaných plynů jako oxid uhelnatý a oxidy dusíku významně nižší než u současně používaných pyrotechnických složí na bází nitrocelulózy. Obsah předpokládaných toxických zplodin hoření pyrotechnické slože ě. 1 z tabulky č. 1 je uveden v následující tabulce č. 2 (emise plynu z 1,2 g vzorku pyrotechnické slože v 60 1 sběrné nádobě):

Tabulka č. 2

Toxické zplodiny hoření	Obsah plynů v ppmv
CO	1150
NO	94
no₂	2
NO_X	96
Cl₂	0

Minimálního obsahu toxických zplodin hoření je dosaženo u pyrotechnické slože s vyrovnanou kyslíkovou bilancí nebo s kyslíkovou bilancí blízkou vyrovnané kyslíkové bilanci.

Průběh závislosti tlaku na čase během hoření pyrotechnické slože č. 1 z tabulky č. 1 (dusičnan bis(l’amidino-0-ethylmočovina) měďnatý jako palivo) v balistické bombě je uveden na obr. 2.

Spalná tepla dusičnanu bis(l-amidino-O-alkylmočovina) měďnatého (alkylem ve vzorci je uhlovodíkový zbytek obecného vzorce C^n+b kde η = 1 až 4) stanovená ve spalném kalorimetru a dopočítaná slučovací tepla j sou uvedena v následuj ící tabulce č. 3:

Tabulka č. 3

	Spalné teplo (kJ-mol¹)	Slučovací teplo (kJ-mol*¹)
dusičnan bis(l-amidiňo-O-methylmočovina) měďnatý	-3 840	-960
dusičnan bis(l-amidino-O-ethylmočovina) měďnatý	-4 770	-1390
dusičnan bis(l-amidino-O-propylmočovina) měďnatý	-6 190	-1330
dusičnan bis(l-amidino-O-butylmočovÍna) měďnatý	-7 540	-1340

Průmyslová využitelnost

Pyrotechnická slož podle tohoto technického řešení je využitelná jako aktivní část vyvíječů plynu v bezpečnostních systémech pasivní ochrany v automobilech a dalších dopravních prostředcích, zejména pro předpínaěe bezpečnostních pásů, airbagy apod.

Claims

1. Pyrotechnická slož pro bezpečnostní systémy pasivní ochrany, zejména pro použití v air30 bagu či předpínači bezpečnostních pásů, která obsahuje palivo, okysličovadlo, pojivo a případně

-3CZ 19514 Ul i technologické přísady, vyznačující se tím, že obsahuje 5 až 45 % hmotn. paliva tvořeného dusičnanem bis(l-amidino-O-alkylmočovina) měďnatým (alkylem ve vzorci je uhlovodíkový zbytek obecného vzorce kde η = 1 až 10), 50 až 90 % hmotn. okysličovadla, 4 až 20 % hmotn. pojivá, a 0 až 5 % hmotn. technologických přísad,

5

2. Pyrotechnická slož podle nároku 1, vyznačující se tím, že okysličovadlo je tvořeno chloristanem sodným a/nebo chloristanem draselným a/nebo chloristanem amonným a/nebo dusičnanem draselným a/nebo dusičnanem - strontnatým a/nebo dusičnanem sodným a/nebo peroxidem zinečnatým a/nebo amonnou solí kyseliny dinitraminové (ADN).

3. Pyrotechnická slož podle nároku 1, vyznačující se tím, že pojivo je tvořeno io nitrocelulózou a/nebo karboxymethylcelulózou a/nebo hydroxypropylmethylcelulózou a/nebo étery celulózy a/nebo polyvinylizobutyleterem a/nebo fluoroelastomerem a/nebo dextrinem a/nebo guarovou gumou a/nebo kopolymerem polyvinylizobutyleter-polyvinylchlorid.