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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gaserzeugungsmittel-Formteil,
das unter Bildung von Gaskomponenten unter Expandieren eines Airbag-Systems
verbrannt wird, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die
vorliegende Erfindung betrifft konkreter eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung,
die Betriebsgase in Airbag-Systemen
produziert, die in Kraftfahrzeugen und Luftfahrzeugen angeordnet
sind und zum Schutz von Menschen verwendet werden.
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Es
sind Airbag-Systeme bekannt, bei denen ein Sack schnell durch Gas
ausgedehnt wird, um zu verhindern, daß Insassen infolge der Trägheit kräftig gegen
verletzende Spitzen und/oder harte Teile im Inneren von Kraftfahrzeugen
(z.B Griffe und Windschutzscheiben), wenn Fahrzeuge wie z. B. Kraftfahrzeuge
mit hoher Geschwindigkeit kollidieren, stoßen. Die Anforderungen an Gaserzeugungsmittel,
die für
Airbag-Systeme eingesetzt
werden, sind sehr streng, wie z. B. daß die Sack-Expansionszeit sehr
kurz ist, üblicherweise
40 bis 50 Millisekunden, und außerdem,
daß die
Gasatmosphäre
im Sack für
den menschlichen Körper
ungefährlich sein
sollte (ähnlich
der Luftzusammensetzung in einem Auto).
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Zur
Zeit umfassen Gaserzeugungsmittel, die üblicherweise für Airbag-Systeme
verwendet werden, anorganische Azid-Verbindungen, insbesondere Natriumazid.
Natriumazid genügt
den oben beschriebenen Anforderungen bezüglich der Sicherheit für die Insassen
nicht, da eine Alkali-Komponente, die als Nebenprodukt bei der Gaserzeugung
gebildet wird, toxisch ist, obgleich Natriumazid bezüglich der
Brennbarkeit hervorragend ist. Da Natriumazid selbst auch toxisch
ist, sind auch die Auswirkungen, die es auf die Umgebung ausübt, wenn es
weggeworfen wird, von Bedeutung.
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Um
diese Mängel
zu überwinden,
wurden einige sogenannte Nicht-Azid-Gaserzeugungsmittel entwickelt
und ersetzten Natriumazid-Gaserzeugungsmittel. Bei spielsweise ist
in der JP-A-3-208878 eine Zusammensetzung offenbart, die als Hauptkomponenten
Tetrazol, Triazol oder Metallsalze davon und Sauerstoffenthaltene
Oxidationsmittel wie alkalische Metallnitrate umfaßt. Außerdem sind
in den JP-B-64-6156 und JP-B-64-6157 Gaserzeugungsmittel beschrieben,
die als Hauptkomponenten Metallsalze von Bitetrazol-Verbindungen,
die keinen Wasserstoff enthalten, umfassen.
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In
der JP-B-6-57629 wird darüber
hinaus ein Gaserzeugungsmittel beschrieben, das einen Übergangsmetall-Komplex
von Tetrazol oder Triazol enthält.
Ein Gaserzeugungsmittel, das Triaminoguanidinnitrat enthält, wird
in JP-A-5-254977 beschrieben; ein Gaserzeugungsmittel, das Carbohydrazid
enthält,
wird in JP-A-6-239683 beschrieben und ein Gaserzeugungsmittel, das
Stickstoff-enthaltende Nicht-Metallverbindungen einschließlich Celluloseacetat
und Nitroguanidin umfaßt,
ist in der JP-A-7-61855
gezeigt. Ferner wird im US-Patent Nr. 5 125 684 die Verwendung von
Nitroguanidin als Energiematerial, das zu 15 bis 35% aus einem Cellulose-Bindemittel
besteht, beschrieben. In der JP-A-4-265292 wird eine Gaserzeugungs-Zusammensetzung
beschrieben, die eine Kombination aus Tetrazol- und Triazol-Derivaten
mit einem Oxidationsmittel und einem Schlacke-bildenden Mittel umfaßt.
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Allerdings
haben Stickstoff-enthaltene organische Verbindungen den Nachteil,
daß sie,
verglichen mit Azid-Verbindungen, während einer Verbrennung normalerweise
eine große
Menge an Wärme
erzeugen, wenn ein Oxidationsmittel, das zu Sauerstofferzeugung
in einer Menge, die dem chemischen Äquivalent entspricht, ausreicht,
verwendet wird (d. h. in einer Menge, die zur Verbrennung von Kohlenstoff,
Wasserstoff und anderen Elementen, die im Molekül der Verbindung enthalten
sind, notwendig ist). Obgleich es für ein Airbag-System zusätzlich zur
Leistungsfähigkeit
des Gaserzeugungsmittels essentiell ist, daß das System selbst eine Größe hat,
die beim normalen Fahren nicht störend ist, erfordert eine große Wärmeerzeugung
des Gaserzeugungsmittels bei der Verbrennung das Vorhandensein eines
fakultativen Teils zur Entfernung von Wärme, wenn ein Gasgenerator
geplant wird, und damit wird es unmöglich, den Gasgenerator selbst
zu miniaturisieren. Obgleich der Heizwert durch Auswahl der Art
des Oxidationsmittels reduziert werden kann, wird die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
gleichfalls reduziert, was zur Reduzierung der Gaserzeugungsleistungsfähigkeit führt.
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Wie
oben beschrieben wurde, hat eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung,
die eine Stickstoff-enthaltende organische Verbindung umfaßt, den
Nachteil, daß sie
normalerweise, verglichen mit Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen
unter Verwendung von anorganischen Azid-Verbindungen, eine große Wärmemenge
bei der Verbrennung erzeugt, wenn ein Oxidationsmittel verwendet
wird, das zur Erzeugung von Sauerstoff in einer Menge, die dem chemischen Äquivalent
davon entspricht, ausreichend ist. Als Resultat einer hohen Verbrennungstemperatur
ist die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit gering.
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Ein
Problem, das durch hohe Verbrennungstemperaturen verursacht wird,
besteht darin, daß die
Säcke dadurch
beschädigt
werden, daß aus
einer Aufblasvorrichtung (i) ein chemisches Reaktionsprodukt aus alkalischem
Nebel, der aus den Oxidationsmittel-Komponenten, die in den Zusammensetzungen
enthalten sind, besteht, zusammen mit (ii) heißen Körnern, die im Kühlungsteil
durch Erosion eines Kühlelements,
das in vielen Fällen
aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, neu gebildet werden, freigesetzt
wird. Wenn man auch eine Schlacke in der Verbrennungskammer bilden
könnte,
bevor die Nebel und heißen
Körner
im Kühlungsteil
ankommen, könnte
dies allerdings verhindern, daß die
alkalischen Nebel, die aus den Oxidationsmittel-Komponenten erzeugt werden, und die
heißen
Körner,
die in einer Verbrennungskammer neu gebildet werden, aus der Aufblasvorrichtung
austreten. Auf diese Weise könnte
ein Aufblassystem unter Verwendung einer geringen Menge eines Kühlmittels
verwirklicht werden, ohne daß der
Sack in verhängnisvoller
Weise beschädigt
wird, da die erzeugten Gase, obgleich sie hohe Temperaturen haben,
nur eine geringe Wärmekapazität aufweisen. Dies
würde es
möglich
machen, eine Aufblasvorrichtung geringerer Größe zu verwirklichen.
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Nicht-Azid-Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen
unter Verwendung verschiedener Stickstoff-enthaltender organischer
Verbindungen einschließlich
Tetrazol-Derivate
wurden bereits früher
untersucht. Obgleich die linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten
der Zusammensetzung in Abhängigkeit
von Art des damit kombinierten Oxidationsmittels variieren, haben
fast alle derartigen Zusammensetzungen eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
von 30 mm/s oder weniger.
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Die
lineare Verbrennungsgeschwindigkeit beeinflußt die physikalische Form einer
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung zur Erfüllung der geforderten Leistungen.
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Bei
einer Form einer Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wird die Verbrennungszeit
der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in Abhängigkeit von geringsten Dicke
der Dicke in einem dicken Teil davon bestimmt; das gleiche gilt
für die
lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung.
Die Sack-Ausdehnungszeit, die von Aufblassystemen gefordert wird,
beträgt
etwa 40 bis 60 Millisekunden.
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Um
innerhalb dieser Zeit vollständig
zu verbrennen, wird in vielen Fällen
eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in Granulatform und in
Scheibenform verwendet. Allerdings wird eine Zeit von 100 Millisekunden
verlangt, z. B. wenn die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 20
mm/s bei einer Dicke von 2 mm ist; demnach kann die erforderliche
Aufblasleistung für
einen Kraftfahrzeug-Airbag nicht zufriedenstellend sein.
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Dementsprechend
kann die Leistung bei einer Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung,
die eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit von etwa 20 mm/s hat,
nicht befriedigen, wenn die Dicke nicht etwa 1 mm ist. Bei einer
linearen Verbrennungsgeschwindigkeit von etwa 10 mm/s oder weniger
besteht daher eine essentielle Bedingung darin, daß die Dicke
des dicken Teils noch geringer ist.
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Obgleich
die Kombination eines Oxidationsmittel wie Natriumnitrat und Kaliumperchlorat
mit einem Gaserzeugungsmittel zur Erhöhung der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit
bekannt ist, wird Natriumoxid aus Natriumnitrat oder Kaliumchlorid
aus Kaliumperchlorat aus dem Aufblassystem in Form einer Flüssigkeit oder
eines festen feinen Pulvers freigesetzt und, falls kein Schlacke-bildendes
Mittel vorhanden ist, ist es äußerst schwierig,
die Menge, die daraus freigesetzt wird, mit herkömmlichen Filtern auf ein zulässiges Ausmaß zu verringern.
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Zur
Erzielung einer Dicke eines dicken Teils in Granulatform oder Scheibenform,
die in vielen Fälle
verwendet werden, wenn die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit etwa
10 mm/s oder weniger ist, ist die Dicke von etwa 0,5 mm oder weniger
essentiell. Allerdings ist es in der Praxis fast unmöglich, eine
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine solche Dicke hat,
zu produzieren, wenn dieselbe in Granulatform oder Scheibenform
vorliegt, so daß sie
Vibration von Kraftfahrzeugen über
einen langen Zeitraum aushält
und technisch stabil ist.
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DE-A-195
48 919 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die insbesondere
Dicyandiamid als Stickstoff-enthaltende organische Verbindung, Nitrate
wie Strontiumnitrat als Oxidationsmittel und einen Binder wie Natrium-Carboxymethylcellulose
enthält.
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EP-A-0661253
betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung unter Verwendung
von Dicyanamid-Salzen. Strontiumnitrat wird als als Oxidationsmittel
offenbart, und gegebenenfalls kann ein Binder zugegeben werden,
bei dem es sich beispielsweise um Natrium-Carboxymethylcellulose
handeln kann.
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DE-U-94
16 112 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die Nitroguanidin,
mindestens ein Erdalkalimetallnitrat als Oxidationsmittel und Carboxymethylcellulose
enthält.
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EP-A-0607446
betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die Nitroguanidin
und ein Halogenoxosalz als Oxidationsmittel enthält. Die Zusammensetzung kann
ferner außerdem
Carboxymethylcellulose enthalten.
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US-A-4386979
betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine Cyanoamid-Verbindung
und ein Oxidationsmittel enthält,
beispielsweise ein Erdalkalinitrat.
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EP-A-0673809
betrifft ein Aufpumpsystem für
ein aufpumpbares Automobilsicherheitssystem, dass einen ein Treibmittel
enthaltenden Sicherheits-Airbag aufweist. Diese Treibmittel können auf
Nitrocellulose basieren.
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Aufgabe
war, eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung mit einer geringeren
linearen Verbrennungsgeschwindigkeit, die innerhalb einer bestimmten
Zeit verbrannt werden kann, durch Formen in eine bestimmten Ausgestaltung
bereitzustellen, deren Leistungfähigkeit
als Gaserzeugungsmittel für
Airbags ausreichend ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung nach
den Ansprüchen
1 und 5 sowie das Aufpumpsystem nach Anspruch 9 gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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1 zeigt das Aussehen eines
Gaserzeugungsmittel-Formteils für
Airbags gemäß der vorliegenden Erfindung,
worin L die Länge
darstellt; R den Außendurchmesser
darstellt und d den Innendurchmesser darstellt.
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Die
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die in der vorliegenden Endung
verwendet wird, wird hergestellt, indem ein Bindemittel und ein
Schlacke-bildendes Mittel zu einer Stickstoff-enthaltenden organischen
Verbindung und einem Oxidationsmittel gegeben werden. Um die Wärmeerzeugung
zu unterdrücken, wird
eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung verwendet, die eine lineare
Verbrennungsgeschwindigkeit aufweist, welche in den Bereich von
1 bis 12,5 mm/s fällt.
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Die
vorliegende Erfindung hat es möglich
gemacht, eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung mit einer linearen Verbrennungsgeschwindigkeit
von etwa 10 mm/s oder weniger für
die Herstellung von Kraftfahrzeug-Airbags zu verwenden und hat es
ferner möglich
gemacht, ein stärker
miniaturisiertes Aufblassystem, einschließlich guter Qualität der resultierenden
gebildeten Gase, einer praktischen Verwendung zuzuführen.
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Die
Stickstoff-enthaltende Verbindung, die in der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann, ist Nitroguanidin im Hinblick auf die geringe
Kohlenstoffatomzahl im Molekül.
Nitroguanidin umfaßt
nadelförmiges kristallines
Nitroguanidin mit einem geringen spezifischen Gewicht und Nitroguanidin
massiver Kristallgröße, das
ein hohes spezifisches Gewicht hat. Die Verwendung von Nitroguanidin
mit hohem spezifischen Gewicht ist auch vorteilhaft unter dem Gesichtspunkt
der Sicherheit bei der Produktion in Gegenwart einer geringen Menge
Wasser und der Einfachheit bei der Handhabung.
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Die
verwendete Menge liegt üblicherweise
im Bereich von 25 bis 60 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 30 bis
40 Gew.-%. Die Konzentration an CO, das in Spurenmengen im erzeugten
Gas vorhanden ist, nimmt zu, wenn sie größer ist als die theoretische
Menge für
die vollständige
Oxidation ist. Wenn sie allerdings in derselben oder in geringerer
Menge als die theoretische Menge für die vollständige Oxidation
verwendet wird, nimmt die Konzentration an NOx, das in Spurenmengen
im erzeug ten Gas enthalten ist, zu. Am günstigsten ist ein Bereich,
in dem beide Gase im optimalen Gleichgewicht gehalten werden.
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Strontiumnitrat
kann als Oxidationsmittel verwendet werden. Was seine Menge angeht,
so liegt das Oxidationsmittel normalerweise in einer Menge im Bereich
von 40 bis 65 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 45 bis 60 Gew.-%,
bezüglich
der oben beschrieben Konzentrationen an CO und NOx vor.
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Nitrate
sind unter den Gesichtspunkten, z. B. der Reduzierung der Anzahl
von Sauerstoffen, die in einem Nitrit-Molekül verglichen mit dem von Nitrat
enthalten sind, oder der Reduzierung der Bildung feiner Pulvernebel,
die leicht aus dem Sack freigesetzt werden, bevorzugt.
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Die
Funktion des Schlacke-bildenden Mittels besteht darin, zu bewirken,
daß Alkalimetall-
oder Erdalkalimetalloxide, die durch Zersetzung einer Oxidationmittel-Komponente,
die in der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung enthalten ist, gebildet
werden, in einer Verbrennungskammer bleiben, indem sie z. B. aus
einer flüssigen
Form in eine feste Form umgewandelt werden, um zu verhindern, daß sie als
Nebel aus dem Aufblassystem freigesetzt werden. Das Schlacke-bildende
Mittel kann in Abhängigkeit
von den verschiedenen verwendeten Metallkomponenten ausgewählt und
optimiert werden.
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Ein
Schlacke-bildendes Mittel, das unter den folgenden Elementen wie
z. B. natürlich
produzierter Ton, der Aluminosilicat als Hauptkomponente umfaßt (z. B.
Bentonit und Kaolin), künstlicher
Ton (z. B. synthetischer Glimmer, synthetischer Kaolinit und synthetischer
Smektit), Ton (der ein Glied der Magnesiumsilicathydrat-Mineralienfamilie
ist) und Siliciumdioxid ausgewählt
ist, kann verwendet werden. Japanischer säureaktivierter Ton kann als
bevorzugtes Schlacke-bildendes Mittel genannt werden.
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Was
die Viskosität
und den Schmelzpunkt z. B. des Oxid-Gemisches in einem ternären System
aus Calciumoxid, das aus Calciumnitrat gebildet wird, und Aluminiumoxid
und Siliciumoxid, die Hauptkomponenten in Ton sind, angeht, so schwankt
die Viskosität
zwischen 3,1 Poise bis etwa 1000 Poise im Bereich von 1350°C bis 1550°C, was vom
Zusammensetzungsverhältnis
abhängt.
Der Schmelzpunkt schwankt in Abhängigkeit von
der Zusammensetzung zwischen 1350°C
bis 1450°C.
Das Schlackenbil dungsvermögen
kann entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung
unter Ausnutzung dieser Eigenschaften gezeigt werden.
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Obgleich
die Menge des Schlacke-bildenden Mittels, die verwendet werden soll,
im Bereich von 1 bis 20 Gew.-% liegen kann, ist der Bereich von
3 bis 7 Gew.-% vorteilhaft. Wenn die Menge zu groß ist, kommt
es zu einer Reduzierung der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit
und der Gaserzeugungseffizienz; und wenn sie zu gering ist, kann
kein ausreichendes Schlackenbildungsvermögen gezeigt werden.
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Das
Bindemittel ist eine essentielle Komponente, um ein erforderlichen
Formteil aus der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung zu erhalten,
und es können
viele Verbindungen verwendet werden, so lange sie in Gegenwart von
Wasser und Lösungsmittel
Viskosität
haben und auf den Verbrennungsmechanismus der Zusammensetzung keinen
zu großen
nachteiligen Effekt ausüben.
Obgleich Polysaccharid-Derivate wie z. B. Metallsalze von Carboxymethylcellulosen,
Hydroxyethylcellulosen, Celluloseacetaten, Cellulosepropionaten, Celluloseacetatbutyraten,
Nitrocellulosen und Stärken
als verwendbar beschrieben werden, werden wasserlösliche Bindemittel
im Hinblick auf die Sicherheit bei der Herstellung und der Einfachheit
der Handhabung bevorzugt. Metallsalze von Carboxymethylcellulosen,
insbesondere Natriumsalze derselben können als am stärksten bevorzugte
Beispiele genannt werden.
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Die
zu verwendende Menge des Bindemittels liegt im Bereich von 3 bis
12 Gew.-% und der Bereich von 4 bis 12 Gew.-% ist noch vorteilhafter.
Obgleich die Bruchfestigkeit des Formteils am oberen Ende des Bereichs
stärker
wird, sind derartig große
Mengen nicht günstig,
denn je größer die
Menge ist, desto größer ist die
Menge des Elements Kohlenstoff und des Elements Wasserstoff in der
Zusammensetzung und desto größer ist
die Konzentration an Spurenmengen CO-Gas, das durch unvollständige Verbrennung
des Elements Kohlenstoff gebildet wird. Dadurch wird die Qualität des im
Airbag produzierten Gases verringert. Insbesondere wenn das Bindemittel
in Mengen von über
12 Gew.-% im Airbag vorhanden ist, wird eine Erhöhung des relativen Vorliegens
des Oxidationsmittels notwendig, was wiederum den relativen Anteil
der Gaserzeugungsmittel-Verbindung verringert; und daher wird es
schwierig, ein Aufblassystem zu erhalten, das der praktischen Verwendung
zugeführt
werden kann.
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Als
Sekundäreffekt
hat das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose den Effekt, daß durch
Vorliegen eine Mikromischzustandes molekularer Ordnung von Natriumnitrat,
der durch Transmetallierung mit Nitraten bei der Herstellung des
Formteils unter Verwendung von Wasser gebildet wird, wie es später beschrieben
wird, die Zersetzungstemperaturen von Nitraten, die die Oxidationsmittel
sind, insbesondere von Strontiumnitrat, das eine Zersetzungstemperatur
hat, zu einer niederen Temperaturseite unter Erhöhung der Brennbarkeit verschoben
werden.
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Eine
besonders bevorzugte Zusammensetzung ist eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, umfassend:
- (a) etwa 30 bis 40 Gew.-% Nitroguanidin,
- (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% Strontiumnitrat,
- (c) etwa 3 bis 7 Gew.-% Japanischer säureaktivierter Ton und
- (d) etwa 4 bis 12 Gew.-% des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose.
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Erfindungsgemäß wird ein
Gaserzeugungsmittel-Formteil für
Airbags hergestellt, indem eine Zusammensetzung, die eine lineare
Verbrennungsgeschwindigkeit von 1 bis 12,5 mm/s hat, zu einer zylindrischen Form
geformt wird, die ein Öffnungsloch
hat, wobei die Zusammensetzung umfaßt:
- (a)
etwa 25 bis 60 Gew.-% Nitroguanidin,
- (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% eines Strontiumnitrats,
- (c) etwa 1 bis 20 Gew.-% eines Schlacke-bildenden Mittels und
- (d) etwa 3 bis 12 Gew.-% Natrium-Carboxymethylcellulose.
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Die
Menge des Stickstoff-enthaltenden Mittels, das in der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung verwendet
werden soll, schwankt in Abhängigkeit
von der Anzahl der Elemente, die das Stickstoff-enthaltende Mittel
bilden, seinem Molekulargewicht und der Kombination mit dem Oxidationsmittel
und anderen Zusatzstoffen. Vorteilhafterweise ist der Sauerstoffausgleich,
der durch die Kombination mit dem Oxidationsmittel und anderen Zusatzstoffen
entsteht, nahe Null. Allerdings kann ein optimales Zusammensetzungs-Formteil
erhalten werden, indem das Sauerstoffgleichgewicht zu einer positiven
Seite oder zu einer negativen Seite gesteuert wird, was von den
Kon zentrationen an erzeugtem Co und NOx abhängt, die wie oben beschrieben
in Spurenmengen vorliegen.
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Obgleich
z. B. Kaliumnitrat ein Oxidationsmittel ist, das üblicherweise
für Gaserzeugungsmittel
verwendet wird, ist es im Hinblick auf die thermische Belastung,
die wie oben beschrieben auf das Kühlmittel und Filtriermittel
ausgeübt
wird, nicht bevorzugt, da der Hauptrestbestandteil bei der Verbrennung
Kaliumoxid oder Kaliumcarbonat ist; Kaliumoxid wird bei etwa 350°C zu Kaliumperoxid
und metallisches Kalium abgebaut und außerdem hat Kaliumperoxid einen
Schmelzpunkt von 763°C
und ist im Betriebszustand des Gasgenerators in flüssigem oder
gasförmigen
Zustand.
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Strontiumnitrat
wird als das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende spezifische
Oxidationsmittel genannt. Die Hauptrestkomponente von Strontiumnitrat
bei der Verbrennung ist Strontiumoxid, das einen Schmelzpunkt von
2430°C hat
und selbst im Betriebszustand des Gasgenerators fast in festem Zustand
ist.
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Im
allgemeinen werden Verfahren, die bisher bereits bekannt waren wie
z. B. Tablettenformen, Extrudierformen und dgl. angewendet, um eine
explosive Zusammensetzung unter Verwendung eines Bindemittel zu
einer spezifischen Dicke zu formen. Wenn die Zusammensetzung als
Gaserzeugungsmittel für
Airbags wie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es
unter dem Gesichtspunkt der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit
bevorzugt, ein Formteil mit einer relativ geringen Dicke zu formen;
zum Erhalt der erforderlichen Festigkeit ist es bevorzugt, daß das Formteil
zu einer zylindrischen Form geformt ist, die ein Öffnungsloch
oder ein Durchgangsloch aufweist; dieses Formen wird durch Anwendung
eines Extrudier- und Spritzgießverfahrens
durchgeführt.
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Erfindungsgemäß wird ein
Gaserzeugungsmittel-Formteil mit einer Leistungsfähigkeit,
daß es
fähig ist, auf
Airbag-Systeme angewendet zu werden, erhalten, indem Wasser, nachdem
die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die oben beschrieben wurde,
einem Trockenvermischen unterzogen wurde, zugegeben wird, ein Vermischen
der Aufschlämmung
durchgeführt
wird, bis das Gemisch ausreichend homogen wird, dann mit einer Extrudier-Formmaschine,
die mit einer Düse
ausgestattet wird, geformt wird, das Extrudat auf eine geeignete
Länge geschnitten
wird und getrocknet wird.
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Das
Gaserzeugungsmittel kann zu einer zylindrischen Form mit einem Öffnungsloch,
wie sie in 1 dargestellt
ist, verarbeitet werden, indem sie nach dem Formen durch Extrudieren
zu einer geeigneten Länge geschnitten
wird. Außerdem
ist es im Verfahren des Extrudierens und Formens möglich, die
Dicke zu steuern, indem der Außendurchmesser
unter Verwendung einer Düse
auf einem fixierten Level gehalten wird und der Innendurchmesser
verändert
wird.
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Die
Verwendung einer solchen Form macht es möglich, eine Wärmeerzeugung
zu unterdrücken
und von der Außenseite
und der Innenseite des Zylinders zu verbrennen; auf diese Weise
kann eine ausgezeichnete lineare Verbrennungsgeschwindigkeit erreicht
werden, die zur Anwendung auf Airbags ausreichend ist. Obgleich
der Außendurchmesser
(R), der Innendurchmesser (d) und die Länge (L) des zylindrischen Formteils,
das ein Öffnungsloch
hat, in geeigneter Weise in einem Bereich eingestellt werden können, in
dem es für Gasgeneratoren
anwendbar ist, ist es unter Berücksichtigung
der praktischen Verwendbarkeit und der Verbrennungsgeschwindigkeit
wünschenswert,
daß der
Außendurchmesser
6 mm oder weniger ist und daß das Verhältnis (L/W)
der Länge
(L) zu der Dicke = (R-d)/2 vorzugsweise 1 oder mehr ist. Die erfindungsgemäßen Formteile
können
in einer verlangten Verbrennungszeit verbrannt werden, selbst wenn
die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit gering ist, und durch Mitverwendung
eines Schlacke-bildenden Mittels ist ein fakultativer Teil zur Wärmeentfernung
nicht notwendig, was es möglich
macht, den Gasgenerator selbst zu miniaturisieren.
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Als
nächstes
wird eine bevorzugte Ausführungsform
zur Durchführung
des Herstellungsverfahrens unter Erhalt des Formteils, das in der
vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, erläutert.
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Zunächst wird
ein Zusammensetzungsklumpen durch einen Knetprozeß unter
Verwendung von 10 bis 30 Gew.-%, Wasser, bezogen auf die Menge der
erforderlichen endgültigen
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung hergestellt; die Wassermenge
hängt dabei
von der Korngröße und der
Schüttdichte
der Ausgangsmaterialien ab. Die Reihenfolge des Zumischens unterliegt
keinen besonderen Beschränkungen
und es kann eine beliebige Reihenfolge angewendet werden, durch
welche die Produktionssicherheit am besten aufrecht erhalten wird.
Nach Entfernung von überschüssigem Wasser,
wenn notwendig, wird dann der Zusammensetzungsklumpen durch eine
Dü se mit
einer festgelegten Form, die eine zylindrische Form mit einem Öffnungsloch
ergibt, unter einem Druck von üblicherweise
40 bis 80 kg/cm2, in einigen Fällen 130
bis 140 kg/cm2, extrudiert, wobei ein Material
in zylindrischer Strangform erhalten wird. Bevor die Oberfläche des
strangförmigen
Materials getrocknet wird, wird es mit Hilfe eines Schneiders zu
der verlangten Länge
geschnitten und dann getrocknet, wodurch ein gewünschtes Formteil mit einer
Lochöffnung
erhalten werden kann. Die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wird bestimmt, indem sie unter
einem Druck 70 kgf/cm2 in einem Behälter, der
ein Volumen von 1 l hat und der vorher mit Stickstoff gespült wurde, verbrannt
wird und die Druckänderung
im Behälter
mit Hilfe eines Druckfühlers
analysiert wird.
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Obgleich
die Form des Formteils durch die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
der Endzusammensetzung bestimmt wird, ist es bei Zusammensetzungen
mit linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten von etwa 10 mm/s und
weniger vorteilhaft, ein zylindrisches Formteil mit einem Durchgangsloch
zu bilden, dessen Außendurchmesser
1,5 bis 3 mm ist und dessen Länge
0,5 bis 5 mm ist. Insbesondere bei der Zusammensetzung, die 35 Gew.-%
Nitroguanidin, 50 Gew.-% Strontiumnitrat, 5 Gew.-% Japanischen säureaktivierten
Ton und 10 Gew.-% Natriumsalz von Carboxymethylcellulose enthält, ist
es bevorzugt, ein zylindrisches Formteil mit einer Durchgangsöffnung zu
bilden, wobei der Außendurchmesser
des Formteil 2,2 bis 2,75 mm ist, der Innendurchmesser 0,56 bis
0,80 mm und die Länge
2,5 bis 3,2 mm ist.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung auch ein Aufblassystem unter Verwendung
eines Gaserzeugungsmittel-Formteils für Airbags bereit, das hergestellt
wird, indem eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung einem Knetprozeß unterzogen
wird, daraus nach Zugabe von Wasser oder einem Lösungsmittel ein Zusammensetzungsklumpen
geformt wird, der Zusammensetzungsklumpen durch eine Düse unter Druck
extrudiert wird, wodurch eine zylindrische Form mit einem Öffnungsblock
gebildet wird, und diese geschnitten und getrocknet wird; dabei
umfaßt
die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung:
- (a)
etwa 25 bis 60 Gew.-% Nitroguanidin,
- (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% Strontiumnitrat,
- (c) etwa 1 bis 20 Gew.-% eines Schlacke-bildenden Mittels und
- (d) etwa 3 bis 12 Gew.-% Natrium-Carboxymethylcellulose.
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Wenn
die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung
in einem Aufblassystem verwendet wird, bestehen keine besonderen
Beschränkungen.
Allerdings ist eine Kombination mit einer Aufblassystemstruktur
am günstigsten,
bei der die Merkmale der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in
wirksamer Weise hervortreten.
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Dementsprechend
wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich, ein Gaserzeugungsmittel-Formteil mit
hohem Heizwert und hoher Verbrennungsleistung herzustellen, indem
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen verwendet werden, die eine
geringe lineare Verbrennungsgeschwindigkeit haben. Dies ist wichtig, da
bisher eine solche Zusammensetzung nicht fähig war, zufriedenstellende
Leistungen zu bringen, obgleich diese Zusammensetzung unter dem
Sicherheitsgesichtspunkt Aufmerksamkeit geschenkt wurde.
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Dementsprechend
werden durch die vorliegende Erfindung eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung
für Airbags,
die eine Stickstoff-enthaltende organische Verbindung und ein Oxidationsmittel
enthält,
sowie ein Formteil unter Verwendung derselben bereitgestellt. Durch
die vorliegende Erfindung kann auch ein Weg zur Miniaturisierung
eines Gasgenerators zur Anwendung in einem Airbag-System erreicht
werden.
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BEISPIELE
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Die
vorliegende Erfindung wird nun spezifisch anhand von Beispielen
und Vergleichsbeispielen erläutert.
Allerdings wird die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch
diese Beispiele beschränkt.
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BEISPIEL 1
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Zu
35 Teilen (im folgenden stellen Teile Gew.-Teile dar) Nitroguanidin
hoher Dichte (im folgenden als NQ abgekürzt) wird Wasser in einer Menge
von 15 Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung,
gegeben, dann wird gemischt und geknetet.
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Getrennt
davon werden 50 Teile Strontiumnitrat, 5 Teile japanischer säureaktivierter
Ton und 10 Teile des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose in
trockenem Zustand gemischt; dann werden sie zu dem nassen gemischten
Pulver, das oben beschrieben wurde, gegeben, worauf ein weiteres
Kneten folgt. Dann wird das geknetete Gemisch durch eine Düse mit einem
Außendurchmesser
von 2,5 mm und einem Innendurchmesser von 0,80 mm bei einem Druck
von 80 kg/cm2 extrudiert, wodurch ein Material
als zylindrischer Strang mit einer Durchgangsöffnung hergestellt wird. Mit
einem Schneider wird ferner dieses Material in Strangform zu einer
Länge von
2,12 mm geschnitten, sein Feuchtigkeitsgehalt wird durch Trocknung
reduziert, wodurch ein Gaserzeugungsmittel-Formteil erhalten wird.
Die Resultate des 60 l-Tanktests bei Raumtemperatur, die unter Verwendung
von 38 g dieses Gaserzeugungsmittel-Formteils erhalten werden, sind
im folgenden angegeben. Die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
der vorliegenden Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung war 8,1 mm/s.
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Der
maximale Druck des Tanks war 1,83 kg/cm2 und
die Zeit bis zum Erreichen des maximalen Drucks war 55 Millisekunden.
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Während die
Nebelmenge im Tank 700 mg oder weniger war, war das Innere des Tanks
sehr sauber und die Konzentrationen der Gase wie z. B. CO und NOx,
die in Spurenmengen vorhanden waren, lagen innerhalb der Werte,
die im allgemeinen von den Autoherstellern gefordert werden.
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BEISPIELE 2 BIS 5 UND
VERGLEICHSBEISPIELE 1 BIS 3
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Die
Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungsformteile wurden in der gleichen
Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer daß die Gew.-Teile
der jeweiligen Komponenten oder die Formen der Formteile geändert wurden,
wie es in Tabelle 1 angegeben ist.
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Die
linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen
der Beispiele 1 bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und die
Gesamtheizwerte, die erhalten werden, wenn die Mengen der Zusammensetzungen,
die zur Erzeugung einer festgelegten erzeugten Gasmenge notwendig
sind, verwendet werden, sind in Tabelle 2 angegeben.
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Die
Resultate des Tanktests sind in Tabelle 3 angegeben.
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BEISPIEL 6 (nicht zur
Erfindung gehörend)
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12
Teile Dicyandiamid, 53 Teile Strontiumnitrat, 30 Teile Kupferoxid
und 5 Teile des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose wurden
jeweils in Pulverform in trockenem Zustand gut vermischt; außerdem wurden 12,5
Teile Wasser zugegeben und die Aufschlämmung gemischt, bis sie ausreichend
homogen war. Nach dem Vermischen der Aufschlämmung wurde ein Formen durch
Extrudieren bei einem Formungsdruck von 60 bis 70 kgf/cm2 und einer Extrudiergeschwindigkeit von
0,2 cm/min durchgeführt,
wobei ein Extruder und eine Formungsmaschine, ausgestattet mit einer
Düse mit
einem Außendurchmesser
von 1,6 mm und einem Innendurchmesser von 0,56 mm verwendet wurde;
anschließend
wurde zu einer Länge
von etwa 5 mm geschnitten. Nach dem Schneiden wurde über 15 h
oder mehr bei 50°C
getrocknet, wobei eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung erhalten
wurde (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 7,8 mm/s, Gesamtheizwert
22,2 kcal). Die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wurde mit einer Gewichtsausbeute
von 80% oder mehr erhalten. Durch Verwendung von 54 g dieser Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung
wurde ein vorgeschriebener Tanktest durchgeführt (Verfahren ist in JP-B-52-3620
und JP-B-64-6156
beschrieben). Es wurde ein Tankdruck von 1,22 kg/cm2 und
eine Zeit bis zum Erreichen des maximalen Drucks von 50 Millisekunden
erreicht; diese Werte liegen innerhalb der geforderten Bereiche,
in denen eine praktische Verwendung ohne Beschädigung eines Wärmeentfernungsmittels
aus Metall und eines Filters möglich
sind.
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BEISPIEL 7 (nicht zur
Erfindung gehörend)
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Es
wurde eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
7,6 mm/s, Gesamtheizwert 22,1 kcal) in der gleichen Weise wie in
Beispiel 6 hergestellt. Der Tanktest wurde in der gleichen Weise
wie in Beispiel 6 durchgeführt,
außer
daß die
Zugabemengen in 10 Teile Dicyandiamid, 35 Teile Strontiumnitrat,
50 Teile Kupferoxid und 5 Teile Natriumsalz von Carboxymethylcellulose
geändert
wurden und daß das
Gewicht der Zusammensetzung 65 g war. Es wurde ein Tankdruck von
1,31 kg/cm2 und eine Zeit von 55 ms bis
zur Erreichung des maximalen Drucks erreicht. Die Werte liegen innerhalb
der verlangten Bereiche, wo eine praktische Verwendung ohne Beschädigung des
Wärmeentfernungsmittels
aus Metall und des Filters möglich
ist.
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BEISPIEL 8 (nicht zur
Erfindung gehörend)
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Es
wurde ein Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in der gleichen Weise
wie in Beispiel 6 hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß die Zugabemengen
in 13 Teile Dicyandiamid, 32 Teile Strontiumnitrat, 50 Teile Kupferoxid
und 5 Teile Carboxymethylcellulose-Natriumsalz geändert wurden.
Die Zusammensetzung wurde geformt, so daß sie einen Außendurchmesser
von 1,15 mm, einen Innendurchmesser von 0,34 mm und eine Länge von
0,52 mm hatte (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 6,1 mm/s, Gesamtheizwert
22,2 kcal). Unter Verwendung von 67 g dieses Formteils wurde der
Tanktest in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 durchgeführt. Es
wurde ein Tankdruck von 1,67 kg/cm2 und
eine Zeit, bis zur Erreichung des maximalen Drucks, von 47 Millisekunden
erreicht. Es wurde ein Resultat erzielt, bei dem Leistungseinstellbereich
breiter war und bei dem keine Beschädigung des Wärmeentfernungsmittels
aus Metall und des Filters auftrat.
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VERGLEICHSBEISPIEL 4
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Mit
derselben Zusammensetzung wie der von Beispiel 6 wurde ein Mischen
der Aufschlämmung durchgeführt und
nach dem Mischen der Aufschlämmung
wurde dieser zu flockigem Stranggranulat mit einem Durchmesser von
5 mm und einer Dicke von 1 mm mit einer herkömmlichen Hubformungsmaschine
geformt. Die Gewichtsausbeute des flockenförmigen Granulats war 20% oder
weniger, bezogen auf das zugeführte
Gewicht, und das Granulat zeigte keine Festigkeit, die für eine praktische
Verwendung geeignet war.
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VERGLEICHSBEISPIEL 5
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Nach
Zugabe von 10 Teilen Wasser wurden die Pulver aus 23 Teilen Dicyandiamid,
57 Teilen Strontiumnitrat und 20 Teilen Kupferoxid vermischt, bis
das Gemisch ausreichend homogen wurde. Nach Einstellung der Feuchtigkeit
wurde es zu flockigen Pellets (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
24,0 mm/s, Gesamtheizwert 28,6 kcal) mit einem Durchmesser von 5
mm und einer Dicke von 2 mm unter Verwendung einer herkömmlichen
Hubformungsmaschine geformt. Der Tanktest wurde in der gleichen
Weise wie in Beispiel 5 unter Verwendung von 50 g der Zusammensetzung
durchge führt.
Allerdings wurde der Filter schwer beschädigt und der erforderliche
Tankdruck konnte nicht erzielt werden.
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VERGLEICHSBEISPIEL 6
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Die
Zusammensetzung wurde in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel
2, außer
daß 19
Teile Dicyandiamid, 31 Teile Strontiumnitrat und 50 Teile Kupferoxid
verwendet wurde zu Pellets geformt (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit
9,1 mm/s, Gesamtheizwert 25,3 kcal); dann wurde der Tanktest in
der gleichen Weise wie bei Beispiel 6 unter Verwendung von 60 g
des Formteils durchgeführt.
Die Verbrennungszeit war 100 ms oder mehr, und somit konnten die
Anforderungen für
eine praktische Leistung nicht erfüllt werden.
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Die
linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten der jeweiligen Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen
der Beispiele 6 bis 8 und die Gesamtheizwerte, die erhalten wurden,
wenn die für
die Erzeugung einer festgesetzten erzeugten Gasmenge notwendigen
Mengen der Zusammensetzung verwendet wurden, sind in Tabelle 4 angegeben.
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