SE513315C2 - Sätt att framställa gasbildare för gasdrivna bilsäkerhetsdetaljer och pyrotekiska gasbildare framställd i enlighet med sättet - Google Patents

Description

513 315 2. natriumaziden har derma inte någon särskilt hög verkningsgrad i och med att det endast bildas gas av ca 40 % av den fasta substansen. Denna låga verkningsgrad gör det svårt att med natriurnazid, som gasgenererande substans uppfylla bilfabrikantemas krav på låg vikt och liten volym för de aktuella bilkomponenterna.

Ett ytterligare villkor för de här aktuella pyrotekniska gasgenererande substanserna är att samtliga dessa skall vara termiskt stabila i det avseendet att de inte påverkas av de mycket höga temperaturer, som kan förekomma i en bilpanel i varma klimat. Nitrocellulosan är ett exempel på en substans, som inte uppfyller detta villkor, men som i övrigt skulle vara tänkbar och som idag dessutom används för detta ändamål trots att den ger den aktuella bilsäkerhetsdetaljen en begränsad livslängd.

Utöver ovan angivna krav måste den som pyroteknisk gasgenererande substans i bilsäkerhetsdetaljer använda produkten för att säkerställa en fiillgod funktion även uppfylla flera villkor vad avser en egna brinnkaraktäristiken. Den ideala för detta ändamål utnyttjade pyrotekniska gasgenereraride substansen skall sålunda ha en hög brinnhastighet, som inte påverkas av tryck och eller temperatur. I detta avseende är natriumaziden den ideala substansen, men den har som redan påpekats flera andra nackdelar.

En ytterligare en grupp av vid den egna förbränningen gasgenererande substanser som prövats som gasbildare i bilsäkerhetsdetaljer är nitraminbaserade lnutkompositioner såsom RDX, som t ex använts i blandningar med cellulosaacetylbutyrat. En nackdel med de nitraminbaserade kruten är emellertid att dessas brinnhastigheter är kraftigt tryckberoende. Vid ett allt för lågt tryck slocknar sålunda förbränningen helt av medan den vid ett allt för högt tryck övergår i ett explosivt förlopp. Dessa nackdelar har man visserligen, som framgår av USA-patentet 5695216, kunnat komma tillrätta med genom att konstruera kraftiga inneslutningar för gasbildaren och förse dessa inneslutningar med tryckavlastningar men även om detta fungerar, och fungerar bra så medför det samtidigt att konstruktionen belastas av extra detaljer och kostnader.

Föreliggande uppfinning hänför sig nu till utnyttj andet av en för här aktuellt användnings- område helt ny pyroteknisk gasbildande substans, nämligen den ur guanidin och 513 3315 ammoniumdirtitrarnid lätt fiamställbara föreningen guanidindiniuantid, som har nedanstående kemiska fonnel.

All-H I f/zN/ Ü A/zgl/(NÛZJÅE 5//4 O; ”V4 Enligt uppfinningen kan guanidindinitrarnid sålunda med fördel användas som pyroteisk gasbildande substans i gasdrivna bilsäkerhetsdetalj er såsom airbags, bältessträckare, uppblåsbara nackskydd etc. För detta ändamål används guanidindiriitramiden antingen i ren form eller tillsammans med andra gasavgivande eller syreavgivande substanser såsom t.ex guanylureadinitramid med vars hjälp huvudsubstansens brinn- och gasavgivningshastighet kan modifieras för varje särskillt behov.

I uppfinriingen ingår sålunda även sättet att i enlighet med det ovan sagda genom uppblandning av guandindinitramiden med andra substanser anpassa den erhållna blandningens brinnegenskaper med hänsyn till det för avsett användningsområdet optimala.

En väsentlig fördel med guanidindinitrarniden och blandningar av denna i vilka den ingår som huvudkomponent är att dessa substanser i sig innehåller såväl oxidatorer som bränsle. De är sålunda i princip monolcrut, vilka för den egna förbränningen inte behöver några övriga tillsatser eller ha tillgång till luftens syre.

Ren guanidindiriitrarnid brinner sålunda med mycket hög hastighet även vid låga tryck och törbränningens tryckberoende är lågt. Tryckexponenten är ca 0,75. Vid atmosfärswyck är guanidindinitraniidens brinnhastigheten högre än nitrocellulosans brinnhastighet och nästan lika hög som natriumazidens. En markant fördel järnförd med natriumaziden är dessutom att guanidindinitramiden inte bildar några fasta förbränningsprodulcter utan att den då den förbränns helt och hållet omsättes till gas. Detta innebär i sin tur att guanidindiriitrarniden då den utnyttjas som gasbildande substans i airbagaggregat inte kommer att kräva någon som helst extraförstärkriing av gaspåsama för att förhindra en genombränning av dessa. Denna 513 4315 egenskap ger alltså konstruktören av dylika bilsäkerhetsdetalj er goda möjligheter att minska på de ingående detaljemas vikt och volym utan att han för den skull riskerar sina produkters funktion. Guanidindiriitraniiden innehåller dessutom bara en kolatom varför halten av vid dess förbränning bildad kolmonoxid blir fördelaktigt lågfiuanidindinitrarniden är vidare föredömligt termostabil med en smältpunkt som ligger över l30°C och en sönderdelningstemperatur över l60°C.

Som redan antytts kan guanidindinitramidens íörbränningshastighet och därmed givetvis substansens gasbildningshastighet modifieras genom inblandning av andra gasbildande eller syreavgivande substanserlšn för detta användningsområde synnerligen lämplig tilläggssubstans är guanylureadinitrarnid som har nedanstående kemiska formel O Nff/ U ll Guanylureadinitrarniden är som förening relativt enkel att framställa ur guanylurea, som i så fall reageras med arnmoniurndiriitrarnid. Ren guanylureadinitramid har en förbrännings- hastighet, som är så mycket lägre än guanidindinitramidens att den i ren fonn åtrninstonne i vissa applicationer är mindre lämplig som gasbildare i bilsäkerhetsdetaljer. Dessutom innehåller den en extra kolatom var-lör de därav bildade iörbränningsgasema, om den ingår som huvudgasbildare, kommer att innehålla en allt för hög halt kolmonoxid. Den rena guanylureadinitrarnidens förbränningen är dock stabil även vid låga tryck och dessutom tämligen oberoende av tryck och temperatur. Den brinner dessutom även den fullständigt utan bildande av fasta partiklar. Guanylureadinitrarniden är vidare termiskt stabil med en smältpunkt över l60°C och dess nedbrytning startar först vid l80°C. Dess lägre brinnhastighet och dess kemiska släktskap med guariidindiriitrarniden gör den speciellt intressant som iörbränningsmodulator för reglering av brinnhastigheten tör en blandning av dessa bägge substanser. Genom blandning av dessa bägge substanser har det alltså blivit möjligt att framställa gasbildare med för varje speciellt ändamål lämplig brinnhastighet. 5135515 Blandningar mellan guanidindinitramid och guanylureadinitrarnid förbrärms även under en så ringa rökbildning att ett utlöst airbagsaggregat inte riskerar att förväxlas med en uppstartad fordonsbrand , vilket tidigare ibland skett med tidigare typer av airbagaggregat t ex sådana som innehållit azider som gasbildare.

Såväl guanididirtitraniiden som guanylureadinitramiden är såväl var för sig som tillsammans pressbara till tabletter med god hållfasthet, varför det i de flesta fall torde vara lärnpligt att utnyttja såväl den rena guanidindinitrainiden som blandningar mellan guanidindinitramid och guanylureadinitramiden i form av pressade tabletter.Vid behov kan därvid en mindre mängd bindemedel och då företrädesvis inte över 10 vikts- % ingå, detta för att ge de pressade tabletterna en ytterligare förbättrad hållfasthet.

De enligt uppñnningen aktuella substansema har vidare den fördelen att de sedan de tjänat ut som potentiell gasbildare i en bilsäkerhetsdetalj, som förhoppningsvis ej kommit till aktiv användning, på ett enkelt sätt kan återvinnas för återanvändning som gasbildare i en annorlunda eller liknande produkt.

Trots att man idag vid all tillverkning av kemiska substanser av milj öskäl är tvingad att ftmdera på hur dessa nya produkter skulle kunna återvinnas och återanvändas, så är det ingen av de idag som gasbildare i bilsäkerhetsdetalj er använda substansema, som på ett enkelt sätt kan återvinnas sedan de tjänat ut men ej kommit till aktiv användning. Eftersom bilsäkerhetsdetaljer dessutom är preis vad de utgör sig för att vara nämligen produkter som helst inte skall behöva användas, så kan man räkna med antalet icke använda satser av dylika gasbildare, som måste tas om hand efter det att deras moderfordon skrotats kommer att öka i samma takt som dessa säkerhetsdetalj er kommer att ingå i nybilsfloran.

Den idag i stor utsträckning i bilsäkerhetsdetalj er använda natriumaziden förekommer sålunda alltid i realiteten i form av en blandning, i vilken Fe203 och silikat ingår och man har idag inte någon verksam plan för hur den substansen skulle kunna återanvändas. Natriumaziden är dessutom ytterligt giftig och man 'dåïñör bl a även av den orsaken hittills inte sett någon annan möjlighet än att alltid destruera densamma så snart som möjligt efter det att den bilsäkerhetsdetalj i vilken den ingått har tjänat ut. Nitrocellulosan går inte heller att 515 325 återanvända efiersom den är instabil och således bryts ner med tiden. Den enda praktiska destruktiosmetoden för ur skrotade produkter tillvaratagen nitrocellulosa blir därför precis som vid natriumaziden genom bränning.

Guanidindiniuarnid och guanylureadinitramid är däremot enhetliga och stabila produkter som dessutom är lätta att omkristallisera. Skulle en nedbrytning trots allt ha skett i någon utsträckning så kan ändå dessa produkter återanvändas efier en ornkristallisation. Vid omkristalisationen tvättas ju alla eventuella nedbrytningsprodukter bort och den omkristalliserade produkten blir därför helt järníörbar med en nytillverkad. En ytterligare fördel är att ornkristallisationen kan ske i vatten utan tillsatser av lösningsmedel. Denna möjlighet att återvinna och återanvända gasbildama i skrotade bilsäkerhetsdetaljer av här avsett slag medför givetvis markanta rniljövinster järníört med de idag vanliga azidema och nitrocellulosakruten, som alltså alltid måste destrueras genom bränning.

Guanidindiriitramiden är sig måttligt löslig i rumstempererat vatten och icke hygroskopisk medan guanylureadiriitrarniden är tämligen olöslig i kallt vatten men måttligt löslig i varmt vatten. Båda produkterna kan därför omkristalliseras genom kylkristallisation i vatten. Detta är en synnerligen enkel och billig process, som skulle göra det möjligt att återta och återanvända de gasbildande substansema i skrotade icke utlösta airbagsaggregat och andra liknande pyrotekniskt aktiverade bilsäkerhetsdetaljer.

Uppfinningen har i sina olika delar defiriierats i de efterföljande patentkraven och brinnhastigheternas beroende av brinntrycket vid olika blandningar mellan de bägge ovan diskuterade substansema illustreras på bifogade kurva.

De på bifogade kurva redovisade törsöksvärdena togs fram i trycktäta iörsöksbomber där vid varje försökstillfálle samma mängd provsubstans i form av pressade hålpiller förbräncles tillsammans med en hjälp och tryckhöjningssats i form av en standariserad mängd hjälpkmt.

Trycket i törsöksbomberna mättes med manometer och resp provsats brimihastighet bestämdes ur tryckíörändringskurvoma. Därvid erhållna mätvärden fiamgår av de på figuren redovisade kurvoma. 513 315 7.

I kurvoma har i samband med de angivna halterna av de olika komponentema beteckningen B utnyttj ats för gumidindintraxnid och beteclmingen A för guanylureadinitrarnid.

Claims (7)

513 315 8. PATENTKRAV

1. Sätt att framställa gasdrivna bilsäkerhetsdetljer av typen airbags, bältesträckare, uppblåsbara nackkuddar eller motsvarande, vilkas däri ingående som gasbildare utnyttjade kemiska substanser, för den händelse detalj en ej kommit till aktiv användning, efier detalj ens demontering fiån deras ursprungliga installation, i samband med slutet på deras ordinarie användning, kan återvinnas, kännetecknat därav, att däri som gasavgivande pyroteknisk substans utnyttjas en i vilken guanidindinitramid, som är en i vatten omkristalliserbar substans, ingår.

2. Sätt att i enlighet med krav 1 framställa eñer slutet på deras ordinarie användningstid, vad avser däri ingående kemiska substanser, återvinningsbara bilsäkerhetsdetalj er kännetecknat därav att, som gasavgivade substans utnyttjas en, till önskad brinnhastighet genom inblandning av en därtill avpassad mängd guanylureadinitrarnid uppblandad guanidindinitramid .

3. Sätt att i enlighet med kraven 1 eller 2 återvinna nämnda kemiska substanser guanidindinitramid resp guanylureadinitrarnid kännetecknat därav att att detta genomförs som kylkristallisation i vatten vid olika temperaturer.

4. Pyroteknisk gasbildare för gasdrivna bilsäkerhetsdetaljer såsom airbags , bältessträckare etc fiamställd i enlighet med sättet enligt kraven 1-3 kännetecknad därav att den innefattar guanidindinitrarnid som gasbildande substans.

5. Pyroteknisk gasbildare enligt ln-av 4 kännetecknad därav att dess huvudkomponent utgörs av guanidindinitramid vars brinnhastighet reglerats till önskat värde genom en inblandning av därtill avpassade mängder guanylureadinitrarnid.

6. Pyroteknisk gasbildare i enligt lcrav 4 och 5 kännetecknad därav att den innefattar mer än 50 vikts-% guanidindinitramid. 513 315 9.

7. Pyrotelcnisk gasbildare enligt lcrav 4-6 kännetecknad därav att den användes pressats till pillerform eventuellt tillsammans med ett bindemedel vars totala halt därvid i så fall ej överstiger 10 vikts-%.