DE112007001437T5 - Thermally initiated pyrotechnic compositions, use - Google Patents
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Abstract
Pyrotechnische
Zusammensetzung, die in Massenprozent ausgedrückt folgendes
umfaßt:
– 10 bis 80% Guanylharnstoffdinitramid
(GUDN),
– 10 bis 80% 3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on (ONTA),
– 3
bis 60% Guanidinnitrat (NG).Pyrotechnic composition comprising, in terms of mass percentage, the following:
10 to 80% guanyl urea dinitramide (GUDN),
From 10 to 80% of 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one (ONTA),
- 3 to 60% guanidine nitrate (NG).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft neue pyrotechnische Zusammensetzungen, die besonders geeignet sind, in passiven Sicherheitssystemen zum Einsatz zu kommen, sowie die Verwendung der neuen pyrotechnischen Zusammensetzungen als Initiierungsladungen.The The present invention relates to novel pyrotechnic compositions, which are particularly suitable in passive safety systems for Use, as well as the use of new pyrotechnic Compositions as initiation charges.
Bei derartigen Systemen kommen pyrotechnische Zusammensetzungen zum Einsatz, um eine Information pyrotechnischer Art (d. h. Gaserzeugung, Zündung, Schub etc.) zurückzugeben, wenn das Wirt-System einer anormalen Erwärmung (Umstände eines Brandes, eines Kurzschlusses, einer übermäßigen Reibung) ausgesetzt ist. Die Information ist dazu bestimmt, die potentiellen Wirkungen des einer solchen anormalen Erwärmung ausgesetzten Wirt-Systems (Explosion, Spritzer) zu begrenzen.at such systems are pyrotechnic compositions Use to provide pyrotechnic information (i.e. Ignition, thrust, etc.) when the host system returns a abnormal warming (circumstances of a fire, one Short circuit, excessive friction) is. The information is meant to be the potential effects of the host system exposed to such abnormal heating Limit (explosion, splashing).
Die für die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen vorgesehenen Hauptanwendungen sind:
- – die Aufschließung elektrischer Zellen oder Batterien,
- – das Initiieren von gaserzeugenden Zusammensetzungen für Sicherheitssysteme vom Typ Airbag.
- - the opening of electrical cells or batteries,
- The initiation of gas-generating compositions for airbag safety systems.
Darüber hinaus eignen sich die Zusammensetzungen für das Initiieren von Systemen zum Einspritzen eines Schutzadditivs für die vorbeugende oder sofortige Wartung sowie für das Auslösen von Not- oder Sicherheitsaktuatoren.About that In addition, the compositions are suitable for initiating of systems for injecting a protective additive for the preventive or immediate maintenance as well as for triggering emergency or safety actuators.
In den vergangenen 10 Jahren wurden die sogenannten thermischen Schmelzzusammensetzungen hauptsächlich im Rahmen der Fahrzeugsicherheit für Airbaganwendungen untersucht. Auf diesem Gebiet sind zahlreiche Zusammensetzungen mit Wärmezersetzungstemperaturen zwischen 80 und mehr als 200°C beschrieben worden.In For the past 10 years, the so-called thermal melt compositions have become more important as part of vehicle safety for airbag applications examined. There are many compositions in this field with heat decomposition temperatures between 80 and more than 200 ° C has been described.
In
den Patenten
Das
Patent
Die
Anmeldung
Das
Die Patentanmeldung US 2003/0015266 beschreibt Zusammensetzungen, die Azobisformamidindinitrat (AZODN) enthalten. Die thermischen Schmelzzusammensetzungen werden mit einem Gemisch aus AZODN und Oxidationsmitteln, verschmolzen mit Kaliumsilbernitrat hergestellt. Die Zusammensetzungen können auch ein zusätzliches Reduktionsmittel mit hohem Sauerstoffgehalt, ein Metalloxid als Zersetzungskatalysator, ein Bindemittel für die Formung und einen Stabilisator, um die eventuell durch die Zersetzung während der Alterung abgegebenen Stickstoffoxide aufzufangen, enthalten. Die beschriebenen Zusammensetzungen weisen Initiierungstemperaturen zwischen 147 und 166°C bei atomsphärischem Druck auf.The Patent Application US 2003/0015266 describes compositions which Azobisformamidine dinitrate (AZODN). The thermal melt compositions are fused with a mixture of AZODN and oxidizing agents prepared with potassium silver nitrate. The compositions can also an additional reducing agent with high oxygen content, a metal oxide as a decomposition catalyst, a binder for the shaping and a stabilizer, possibly by decomposition capture nitrogen oxides released during aging, contain. The compositions described have initiation temperatures between 147 and 166 ° C at atmospheric pressure on.
Das
Die
Patentanmeldung
Die Patentanmeldung US 2001/0042577 beschreibt Zusammensetzungen auf der Basis von ONTA, von Guanidinnitrat und einem ergänzenden Oxidationsmittel, Alkalinitrat oder Alkaliperchlorat, die Selbstinitiierungstemperaturen von über 150°C aufweisen.The Patent Application US 2001/0042577 describes compositions the base of ONTA, Guanidinnitrat and a supplementary Oxidizing agent, alkali nitrate or alkali perchlorate, the self-initiation temperatures of over 150 ° C have.
Die zu erfüllenden Hauptanforderungen für thermisch initiierbare pyrotechnische Sicherheitszusammensetzungen sind im allgemeinen folgende:
- – Aufweisen einer Temperatur thermischer Initiierung, die mit den Erfordernissen der Anwendung vereinbar ist;
- – Aufweisen einer maximalen Stabilitätstemperatur, die der Temperatur thermischer Initiierung möglichst nahe ist;
- – Aufweisen einer Temperatur thermischer Initiierung, die möglichst wenig durch die verwendete Masse und die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit beeinflußt wird;
- – Beibehalten unveränderter funktioneller Eigenschaften nach der Alterung;
- – Ausgeben einer Ausgangsinformation, die mit der gewünschten Funktion (Gaserzeugung, Zünden einer Drittzusammensetzung, etc.) vereinbar ist.
- Having a temperature of thermal initiation compatible with the requirements of the application;
- - having a maximum stability temperature as close as possible to the temperature of thermal initiation;
- - Having a temperature of thermal initiation, which is as little affected by the mass used and the rate of temperature rise;
- - Maintaining unchanged functional properties after aging;
- Outputting output information compatible with the desired function (gas generation, ignition of a third composition, etc.).
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden neue, bezogen auf die oben genannten Anforderungen besonders leistungsfähige pyrotechnische Zusammensetzungen vorgeschlagen.in the Within the scope of the present invention are new, based on the above specified requirements particularly powerful pyrotechnic Compositions proposed.
Die neuen Zusammensetzungen enthalten GUDN (Guanylharnstoffdinitramid), ONTA (3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on) und NG (Guanidinnitrat). Genauer gesagt enthalten sie in Massenprozent ausgedrückt folgendes:
- – 10 bis 80% Guanylharnstoffdinitramid (GUDN),
- – 10 bis 80% 3-Nitro-1,2,4-triazol-5-on (ONTA),
- – 3 bis 60% Guanidinnitrat (NG).
- 10 to 80% guanyl urea dinitramide (GUDN),
- From 10 to 80% of 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one (ONTA),
- - 3 to 60% guanidine nitrate (NG).
Derartige Zusammensetzungen weisen den Vorteil auf, daß sie eine niedrige Initiierungstemperatur von unter 150°C, sogar von unter 145°C, und eine hohe Temperatur thermischer Stabilität aufweisen, d. h. die Zusammensetzungen sind bei 107°C noch stabil.such Compositions have the advantage that they have a low initiation temperature of below 150 ° C, even of below 145 ° C, and a high temperature of thermal stability have, d. H. the compositions are still at 107 ° C stable.
Außerdem weisen die Zusammensetzungen keine Phasenänderung vor der Reaktion auf. Eine solches Nichtvorliegen einer Phasenänderung ermöglicht, die mechanische Unversehrtheit des Produktes vor seinem Betrieb sicherzustellen und nicht aufgrund der Endothermizität des Schmelzens zu einer Verzögerung beim Betrieb zu führen. Ihre Selbstinitiierungstemperatur wird nicht durch den physikalischen Zustand (Pulver, Granulat oder Tablette) beeinflußt. Ihre Selbstinitiierungstemperatur wird nicht durch die verwendete Masse beeinflußt, sobald diese Masse einige Milligramm überschreitet. Dieser nicht vorhandene Einfluß der Masse auf den Betrieb steht in Verbindung mit der Form des exothermen Zersetzungspeaks, das sehr schmal ist.Furthermore the compositions have no phase change before Reaction to. Such a lack of phase change allows the mechanical integrity of the product before its operation and not because of endothermicity melting leads to a delay in operation. Their self-initiation temperature is not determined by the physical Condition (powder, granules or tablet) influenced. Your Self-initiation temperature is not affected by the mass used once that mass exceeds a few milligrams. This nonexistent influence of the mass on the operation is in conjunction with the shape of the exothermic decomposition peak, the is very narrow.
Guanidinnitrat (NG) und Guanylharnstoffdinitramid (GUDN) sind Stoffe, die unter Beanspruchung gut fließen, wodurch es möglich ist, aus diesen Ausgangsstoffen Tabletten zu erhalten, die für die meisten angestrebten Anwendungen eine akzeptable mechanische Festigkeit aufweisen, ohne daß Bindemittel zugesetzt werden muß. Das Vorliegen eines solchen Bindemittels kann den Betrieb und/oder die thermische Stabilität der genannten Zusammensetzungen stören. Man hat verstanden, daß die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vorteilhafterweise bindemittelfrei sind.guanidine nitrate (NG) and guanylurea dinitramide (GUDN) are substances listed under Stress flow well, making it possible is to obtain from these starting materials tablets suitable for most of the targeted applications are an acceptable mechanical one Have strength without the addition of binders got to. The presence of such a binder can the Operation and / or the thermal stability of said Disturb compositions. It has been understood that the Compositions according to the invention advantageously are binder-free.
Die pyrotechnischen Zusammensetzungen der Erfindung sind im Falle eines anormalen Ansteigens der Temperatur selbstinitiierend. Es handelt sich um thermisch initiierbare pyrotechnische Zusammensetzungen, die dadurch besonders interessant oder vorteilhaft sind, daß sie eine geringe Temperaturdifferenz zwischen ihrer maximalen Temperatur thermischer Stabilität und ihrer minimalen Temperatur thermischer Initiierung aufweisen.The Pyrotechnic compositions of the invention are in the case of self-initiating abnormal rise in temperature. It deals thermally initiated pyrotechnic compositions, which are particularly interesting or advantageous in that they a small temperature difference between their maximum temperature thermal stability and their minimum temperature thermal Initiation.
Derartige pyrotechnische Zusammensetzungen eignen sich dazu, Sicherheitsfunktionen zu erfüllen, wie die Zündung einer Drittzusammensetzung, das Aufbrechen eines geschlossenen Raums oder jedwede andere Funktion in Verbindung mit einem System, dessen Verhalten im Falle einer anormalen Erwärmung für seine Umgebung potentiell gefährlich ist.such Pyrotechnic compositions are suitable for safety functions to fulfill, like the ignition of a third party composition, the breaking of a closed space or any other function in connection with a system whose behavior in case of abnormal warming for its environment potentially is dangerous.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen umfassen folglich GUDN, ONTA und NG. Diese drei Verbindungen sind Reduktionsmittel mit hohem Stickstoffgehalt, deren Sauerstoffbilanz (O. B.) um –25% liegt. Die Sauerstoffbilanz ist – in Prozent (%) des betrachteten Produkts ausgedrückt – die Sauerstoffmenge, die zugegeben werden muß, damit die Verbrennungsreaktionen zur Bildung von CO2, H2O und N2 führen.The compositions of the invention thus include GUDN, ONTA and NG. These three compounds are high nitrogen reducing agents with an oxygen balance (OB) of -25%. The oxygen balance, expressed as a percentage (%) of the product considered, is the amount of oxygen that must be added in order for the combustion reactions to produce CO 2 , H 2 O and N 2 .
Bei einer ersten Variante sind die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen im wesentlichen von den drei vorstehend genannten Bestandteilen gebildet, die in den oben genau angegebenen Verhältnissen vorliegen. Unter „im wesentlichen gebildet" wird verstanden, daß die drei Bestandteile wenigstens 90, sogar wenigstens 95 Massenprozent der Zusammensetzungen ausmachen.at a first variant are the invention pyrotechnic compositions substantially from the three above formed components, which in the above specified ratios available. By "substantially formed" is meant that the three components at least 90, even at least Make up 95% by weight of the compositions.
Solche Zusammensetzungen, die im wesentlichen von den drei Bestandteilen gebildet sind, eignen sich besonders für Anwendungen zur flammenlosen Gaserzeugung.Such Compositions consisting essentially of the three components are formed, are particularly suitable for applications Flameless gas production.
Derartige Zusammensetzungen weisen vorteilhafterweise die nachfolgende Gewichtszusammensetzung auf:
- – 20 bis 70% GUDN,
- – 20 bis 70% ONTA, und
- – 5 bis 60% NG.
- - 20 to 70% GUDN,
- - 20 to 70% ONTA, and
- - 5 to 60% NG.
Bei einer zweiten Variante umfassen die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen, neben den drei oben genannten Bestandteilen, wenigstens ein Oxidationsmittel. Das wenigstens eine Oxidationsmittel ist vorteilhafterweise aus den Alkalinitraten, -chloraten und -perchloraten, Ammoniumperchlorat und Strontiumnitrat ausgewählt. In sehr vorteilhafter Weise besteht es aus einem Alkalinitrat oder -perchlorat, das die thermische Stabilität der Zusammensetzung nicht stört.at a second variant include the invention pyrotechnic compositions, besides the three mentioned above Ingredients, at least one oxidizing agent. The at least one Oxidizing agent is advantageously from the alkali nitrates, chlorates and perchlorates, ammonium perchlorate and strontium nitrate selected. In a very advantageous way, it consists of an alkali nitrate or perchlorate, which improves the thermal stability the composition does not bother.
Der Gehalt an Oxidationsmittel(n) wird je nach Bedarf bis im allgemeinen zu einem Maximalgehalt von 40 Massenprozent der Zusammensetzung eingestellt. Der Gehalt an Oxidationsmittel(n) liegt vorteilhafterweise zwischen 20 und 40 Massenprozent der Zusammensetzung.Of the Content of oxidizing agent (s) will be as needed in general to a maximum level of 40% by mass of the composition set. The content of oxidizing agent (s) is advantageously between 20 and 40% by mass of the composition.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die wenigstens ein solches Oxidationsmittel enthalten, umfassen im allgemeinen in Massenprozent ausgedrückt:
- – 12 bis 56% GUDN,
- – 12 bis 56% ONTA,
- – 3 bis 48% NG, und
- – 20 bis 40% wenigstens eines Oxidationsmittels.
- - 12 to 56% GUDN,
- - 12 to 56% ONTA,
- - 3 to 48% NG, and
- - 20 to 40% of at least one oxidizing agent.
Im Rahmen dieser zweiten Variante betrifft die Erfindung Zusammensetzungen, die im wesentlichen (zu wenigstens 90, sogar zu wenigstens 95 Massenprozent) von den vier oben aufgeführten Bestandteilarten gebildet sind.in the In the context of this second variant, the invention relates to compositions, which is essentially (at least 90, even at least 95 percent by mass) formed from the four constituent types listed above are.
Die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen, die wenigstens ein Oxidationsmittel umfassen, eignen sich ideal bei Anwendungen, die den Erhalt lediglich von nicht toxischen Gasen (CO2, H2O, N2) erfordern.The pyrotechnic compositions of the invention, comprising at least one oxidizing agent, are ideally suited for applications requiring the preservation of only non-toxic gases (CO 2 , H 2 O, N 2 ).
Es kann auch allgemein die Toxizität der erzeugten Gase durch Arbeiten unter Druck, d. h. in einem geschlossenen Raum, verringert werden.It can also generally the toxicity of the gases produced by Working under pressure, d. H. in a closed room, reduced become.
Bei den Anwendungen, die eine hohe Reaktionsenthalpie und/oder das Vorliegen heißer Teilchen (Zündfunktion) erfordern, enthalten die erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen vorteilhafterweise wenigstens ein metallisches Reduktionsmittel. Ein solches metallisches Reduktionsmittel ist vorteilhafterweise aus Bor, Magnesium, Aluminium, Titan und Zirkon ausgewählt. Es wird im allgemeinen mit bis zu 10 Massenprozent der Zusammensetzung zugegeben. Es liegt vorteilhafterweise in einer Menge von 5 bis 10 Massenprozent der Zusammensetzung vor.In applications requiring a high reaction enthalpy and / or the presence of hot particles (ignition function), the pyrotechnic compositions according to the invention contain advantageous at least one metallic reducing agent. Such a metallic reducing agent is advantageously selected from boron, magnesium, aluminum, titanium and zirconium. It is generally added at up to 10% by mass of the composition. It is advantageously present in an amount of 5 to 10% by mass of the composition.
Die Zugabe wenigstens eines Reduktionsmittels erfolgt vorteilhafterweise gemeinsam mit der Zugabe wenigstens eines Oxidationsmittels.The Addition of at least one reducing agent takes place advantageously together with the addition of at least one oxidizing agent.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die wenigstens ein Oxidationsmittel sowie wenigstens ein Reduktionsmittel enthalten, umfassen im allgemeinen in Massenprozent ausgedrückt:
- – 10 bis 35% GUDN,
- – 10 bis 35% ONTA,
- – 3 bis 30% NG,
- – 20 bis 40% wenigstens eines Oxidationsmittels, und
- – 5 bis 10% wenigstens eines metallischen Reduktionsmittels.
- - 10 to 35% GUDN,
- - 10 to 35% ONTA,
- - 3 to 30% NG,
- 20 to 40% of at least one oxidizing agent, and
- - 5 to 10% of at least one metallic reducing agent.
Im Rahmen ihrer zweiten Variante betrifft die Erfindung ganz besonders pyrotechnische Zusammensetzungen, die im wesentlichen (zu wenigstens 90, sogar zu wenigstens 95 Massenprozent) von den fünf oben aufgeführten Bestandteilarten gebildet sind.in the In the context of its second variant, the invention relates especially pyrotechnic compositions containing substantially (at least 90, even at least 95% by mass) of the five constituent types listed above are formed.
Für Anwendungen, die eine langfristige thermische Stabilität im geschlossenen Medium, bei hoher Temperatur (über 100°C) erfordern, kann in den erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen ein Stabilisator zum Einsatz kommen. Die Aufgabe eines solchen Stabilisators ist es, die während der Alterung potentiell freigesetzten Stickstoffoxide zu absorbieren. Ein solcher Stabilisator (wenigstens einer) wird in einer Menge von im allgemeinen unter 5 Massenprozent eingesetzt. Ein solcher Stabilisator enthält im allgemeinen, in seiner chemischen Formel, wenigstens eine auf einen aromatischen Ring gepfropfte Aminfunktion. Er kann insbesondere aus Diphenylamin, N-Nitrodiphenylamin, N-Methyl-4-Nitroanilin oder Ethylcentralite bestehen. Einige aromatische Amine sind „CMT"-klassifziert („cancerogen-mutagen-teratogen"). Es wird folglich darauf geachtet, deren Verwendung zu begrenzen oder gar zu vermeiden.For Applications that provide long-term thermal stability in closed medium, at high temperature (over 100 ° C) may require, in the pyrotechnic invention Compositions are a stabilizer used. The task Such a stabilizer is potentially dangerous during aging to absorb released nitrogen oxides. Such a stabilizer (at least one) is in an amount of generally below 5 percent by mass used. Such a stabilizer contains in general, in its chemical formula, at least one an aromatic ring grafted amine function. He can in particular from diphenylamine, N-nitrodiphenylamine, N-methyl-4-nitroaniline or Consist of ethylcentralites. Some aromatic amines are "CMT" -classified ("Carcinogenic-mutagen teratogen"). limit or even avoid their use.
In den erfindungsgemäßen pyrotechnischen Zusammensetzungen werden die Bestandteile – vor allem GUDN, ONTA und NG – in pulverförmigem Zustand eingesetzt, wobei die Pulver vorteilhafterweise mittlere Korngrößen von kleiner oder gleich 50 Mikron aufweisen.In the pyrotechnic compositions according to the invention the ingredients - especially GUDN, ONTA and NG - are in used powdery state, wherein the powder advantageously mean particle sizes of less than or equal to 50 Have micron.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können durch einfaches Mischen ihrer Bestandteile (Pulver) in pulverförmigem Zustand erhalten werden. Das Mischen kann sowohl im Labor (beispielsweise in einem Mörser) als auch auf industrieller Ebene (beispielsweise in einem Pflugscharmischer) durchgeführt werden.The Compositions according to the invention can by simply mixing their ingredients (powder) in powdered form Condition to be preserved. The mixing can be done both in the laboratory (for example in a mortar) as well as on an industrial level (for example in a plowshare mixer).
Die Pulvergemische können verpackt werden, beispielsweise in Kapseln.The Powder mixtures can be packaged, for example in Capsules.
Die Zusammensetzungen der Erfindung können auch in Form von Granulaten vorliegen, die in an sich bekannter Weise nach einem Schritt zum Verdichten-Körnen der Mischung der Pulver, der im Trocken- oder Naßverfahren durchgeführt wird, gewonnnen werden. Der mittlere Durchmesser der Granulate liegt im allgemeinen zwischen 200 und 600 μm.The Compositions of the invention may also be in the form of Granules are present in a conventional manner after a Compacting step of mixing the powder, carried out in the dry or wet process will be won. The mean diameter of the granules is generally between 200 and 600 microns.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen können auch in Form von Tabletten vorliegen, die in an sich bekannter Weise durch Verdichten von Granulaten erhalten werden. Im allgemeinen weisen solche Tabletten die folgenden Abmessungen auf, nämlich einen Durchmesser zwischen 3 und 10 mm und eine Dicke zwischen 1 und 5 mm.The Compositions according to the invention can also in the form of tablets, in a conventional manner obtained by compacting granules. In general Such tablets have the following dimensions, namely a diameter between 3 and 10 mm and a thickness between 1 and 5 mm.
So können die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen vor allem in Form von Pulvern, pulverenthaltenden Kapseln, Granulaten und Tabletten vorliegen.So can the compositions of the invention especially in the form of powders, powder-containing capsules, granules and tablets are present.
Die pyrotechnischen Zusammensetzungen der Erfindung zersetzen sich unter schneller Gasentwicklung, mit einem schmalen und sehr ausgeprägten exothermen Peak.The Pyrotechnic compositions of the invention decompose below faster gas evolution, with a narrow and very pronounced exothermic peak.
Die neuen pyrotechnischen Zusammensetzungen der Erfindung, welche oben beschrieben sind, eignen sich ideal als pyrotechnische (Verbrennungs-)Initiierungsladung in einer pyrotechnischen Gaserzeugungsvorrichtung.The novel pyrotechnic compositions of the invention which are described above are ideally suited as a pyrotechnic (combustion) initiation charge in a pyrotechnic gas generating device.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch diese Verwendung der neuen Zusammensetzungen. Mit anderen Worten gesagt ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung eine pyrotechnische Gaserzeugungsvorrichtung, die einen pyrotechnischen Einsatz und eine pyrotechnische Ladung zur Verbrennungsinitiierung des genannten Einsatzes enthält; wobei die pyrotechnische Initiierungsladung herkömmlicherweise eine niedrigere Selbstentzündungstemperatur als der pyrotechnische Einsatz aufweist und kennzeichnenderweise eine erfindungsgemäße pyrotechnische Zusammensetzung umfaßt, wie sie oben beschrieben ist.object The present invention also relates to this use of the novel compositions. With In other words, another subject of the invention a pyrotechnic gas generating device containing a pyrotechnic Use and a pyrotechnic charge for the combustion initiation of the contains said use; wherein the pyrotechnic initiation charge conventionally a lower autoignition temperature as the pyrotechnic insert and characteristically a pyrotechnic composition according to the invention comprises as described above.
Es soll nun die Erfindung anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht werden.It The invention will now be illustrated by the following examples become.
Bei den in den nachfolgenden Tabellen beschriebenen Versuchen sind die folgenden Definitionen und Parameter zu berücksichtigen.
- – DSC: „Differential Scanning Calorimetry" oder Differential-Enthalpieanalyse;
- – T onset: Starttemperatur des Zersetzungspeaks, ob dieser nun exotherm oder endotherm ist;
- – DSC-Aluminiumtiegel (Niederdrucktiegel);
- – Heizgeschwindigkeit: 5°C/Min. für alle Versuche;
- – Spülgas für die DSC: Stickstoff;
- – TAI: für eine Masse von 200 mg gemessene Selbstinitiierungstemperatur, bei einer Heizgeschwindigkeit von 5°C/Min; dDie Zusammensetzung wird in eine Glasröhre eingeleitet, die in einem Bad aus metallischer Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt badet;
- – ESV: Vakuumstabilitätsversuch: das Produkt wird unter Vakuum gesetzt und erhitzt; die abgegebene Gasmenge wird für 200 Stunden verfolgt; die Stabilität wird als den Betriebsanforderungen gerecht werdend betrachtet, wenn die abgegebene Gasmenge weniger als 2 cm3/g beträgt.
- DSC: differential scanning calorimetry or differential enthalpy analysis;
- - T onset: start temperature of the decomposition peak, whether it is exothermic or endothermic;
- - DSC aluminum crucible (low-pressure crucible);
- - Heating speed: 5 ° C / min. for all experiments;
- - Purge gas for the DSC: nitrogen;
- TAI: self-initiation temperature measured for a mass of 200 mg, at a heating rate of 5 ° C / min; The composition is introduced into a glass tube which bathes in a bath of metallic compound with a low melting point;
- - ESV: vacuum stability test: the product is placed under vacuum and heated; the amount of gas delivered is tracked for 200 hours; the stability is considered as meeting the operating requirements if the amount of gas delivered is less than 2 cm 3 / g.
Im folgenden sind die angegebenen Prozentsätze Massenprozentsätze.
- A) Man ist zunächst lediglich an den Bestandteilen – GUDN, ONTA, NG – der erfindungsgemäßen ternären Zusammensetzungen (erste Variante) interessiert.
- A) Initially, only the constituents - GUDN, ONTA, NG - of the ternary compositions according to the invention (first variant) are of interest.
Lediglich ONTA und GUDN weisen exotherme Zersetzungspeaks auf. Das NG schmilzt bei 212°C, bevor es sich ab 320°C endotherm zersetzt. Die durch ONTA und GUDN freigesetzten Energien liegen bei 1440 J/g. Diese beiden Stoffe sind in dem Gemisch die Stoffe, die an der Exothermizität der Reaktion und folglich an ihrem richtigen Ablauf beteiligt sind.
- B) Anschließend ist man an binären Gemischen (7 binäre Gemische) der Bestandteile interessiert.
- B) Subsequently, one is interested in binary mixtures (7 binary mixtures) of the constituents.
Alle binären Gemische weisen Zersetzungspeaks auf, die im Vergleich zu denjenigen lediglich der Ausgangsstoffe niedriger sind. Was den Abfall der Reaktionstemperaturen anbelangt, so sind die ONTA/NG- und GUDN/NG-Gemische diejenigen, welche die beste Synergie bezüglich Temperaturabfall aufweisen. Das GUDN/NG-Gemisch ist das einzige, das ein Schmelzen vor der Reaktion aufweist.
- C) Schließlich ist man an erfindungsgemäßen ternären Gemischen interessiert.
- C) Finally, one is interested in ternary mixtures according to the invention.
Der
Abfall der Selbstinitiierungstemperatur, der bei der paarweisen
Mischung der Ausgangsstoffe festgestellt wurde, hat bei den ternären
Gemischen weiter zugenommen. Vor dem exothermen Peak ist keinerlei Phasenänderung
erkennbar. Der bei der thermischen Initiierung erhaltene Betrieb
ist nahe dem Verhalten eines Stoffgemischs gegenüber dem
Schmelzpunkt (Bildung von Eutektika). Die Zunahme der Anzahl unterschiedlicher
Stoffe führt zu einer Abnahme der thermischen Initiierung ähnlich
dem Abfall der Schmelztemperatur bei ternären Gemischen
im Vergleich zu binären Gemischen. Beispiele für DSC-getestete Zusammensetzungen
(Masse ca. 10 mg und geschlossener Tiegel)
Die mittels DSC an geringen Massen und im offenen Tiegel durchgeführten Versuche sind für einige mit einer geringfügig größeren Masse im geschlossenen Tiegel bei Reaktionsbeginn erneut durchgeführt worden. Die Onset-Temperatur der Reaktion fällt systematisch um 2 auf etwa 10°C ab. Der Grund dieses Abfalls ist wahrscheinlich ein Masseneffekt von etwa 2 und 10 mg.The by DSC at low masses and in the open crucible Trials are for some with a slight larger mass in the closed crucible at the beginning of the reaction been carried out again. The onset temperature of the reaction drops systematically by 2 to about 10 ° C. Of the The reason of this waste is probably a mass effect of about 2 and 10 mg.
Die
ONTA/GUDN/NG-Zusammensetzung: 33,3/33,3/33,3 (Ex. 2) ist die Zusammensetzung,
welche die niedrigste Temperatur thermischer Initiierung aufweist,
nämlich 144°C bei Massen von 2 mg. Das ONTA/GUDN/NG-Gemisch:
50/40/10 (Ex. 1) wird jedoch als bevorzugtes Gemisch gewählt,
da es dasjenige ist, das den besten Kompromiß zwischen
der Temperatur thermischer Initiierung und der freige setzten Energie bietet. Tabelle der bei dem bevorzugten Gemisch
erzielten Ergebnisse
- *Die (mittels Abformen in einer Form durch manuelles Verdichten) hergestellten und getesteten Tabletten weisen einen Durchmesser von 10 mm bei einer Dicke zwischen 2 und 2,5 mm auf.
- The tablets produced and tested (by means of manual compression in a mold) have a diameter of 10 mm and a thickness of between 2 and 2.5 mm.
Die bei der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 erzielten Ergebnisse zeigen, daß diese Formulierung eine niedrige Selbstinitiierungstemperatur um die 140°C aufweist. Aufgrund der Genauigkeit des Meßmittels (angegebener TAI-Wert bei +/–5°C) können wir feststellen, daß die Hauptfunktion der Zusammensetzung durch die Alterungsprozesse bei 90°C und bei 107°C nicht gestört wird. Die Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 weist bei 90°C in geschlossenem Raum und bei 107°C unter atmosphärischem Druck auch keinen signifikanten Masseverlust auf.The achieved in the composition of Example 1 Results show that this formulation is low Self-initiation temperature has around 140 ° C. by virtue of the accuracy of the measuring means (specified TAI value at +/- 5 ° C) we can see that the Main function of the composition by the aging processes 90 ° C and 107 ° C is not disturbed. The composition according to Example 1 includes 90 ° C in closed room and at 107 ° C below atmospheric pressure also no significant mass loss on.
Die Alterungsprozesse wurden unter atmosphärischem Druck (d. h. in unverschlossenem Kasten) und in dichtem Kasten aus zwei Gründen durchgeführt:
- – bei den meisten Systemen befindet sich die Zusammensetzung in einer dichten Umgebung, und der geschlossene Kasten ist für die tatsächliche Integration repräsentativer;
- – in Abhängigkeit der Zersetzungskinetik können die Formulierungen Zersetzungsgeschwindigkeiten aufweisen, die durch den Teildruck der freigesetzten Gase katalysiert sind (autokatalytisches Phänomen).
- In most systems the composition is in a dense environment and the closed box is more representative of the actual integration;
- Depending on the decomposition kinetics, the formulations may have decomposition rates catalysed by the partial pressure of the released gases (autocatalytic phenomenon).
Eine Zusammensetzung kann bei einem Alterungsversuch als stabil betrachtet werden, wenn ihr Masseverlust während dieses Versuchs gering ist (im allgemeinen unter 1% liegt) und wenn das Produkt seine Hauptfunktion beibehält.A Composition can be considered stable in an aging test if their mass loss during this experiment is low is (generally less than 1%) and if the product is its main function maintains.
Was die Temperatur thermischer Initiierung, die thermische Stabilität, die Gasausbeute, die Zersetzungstemperatur, die Ausgangsenergie und die Verwendung anbelangt, können die drei Grundbestandteile der Zusammensetzung, die den Erhalt der Funktion der thermischen Initiierung ermöglichen, je nach Bedarf in veränderlichen Anteilen verwendet werden. Wie oben angegeben liegt der GUDN-Anteil vorteilhafterweise zwischen 20 und 70%, der ONTA-Anteil zwischen 20 und 70% und der Guanidinnitrat-Anteil zwischen 5 und 60% (Massenprozent).What the temperature of thermal initiation, the thermal stability, the gas yield, the decomposition temperature, the output energy As far as use is concerned, the three basic components of the Composition that preserves the function of thermal initiation allow, as needed in variable Shares are used. As indicated above, the GUDN share is advantageously between 20 and 70%, the ONTA share between 20 and 70% and the guanidine nitrate content between 5 and 60% (mass percent).
Die Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 ist eine Zusammensetzungsbasis mit niedriger Wärmezersetzungstemperatur, die eine gute Alterungsbeständigkeit bei hoher Temperatur aufweist. Dieser Basis können verschiedene Bestandteile (wenigstens ein Oxidationsmittel, wenigstens ein Reduktionsmittel, wenigstens ein Oxidationsmittel und wenigstens ein Reduktionsmittel (siehe oben) etc.) entsprechend der vorgesehenen Anwendung zugegeben werden.The composition according to Example 1 is a low heat decomposition temperature composition base having good high temperature aging resistance. This base can contain various constituents (at least one oxidizing agent, at least one reducing agent, at least one) Oxidizing agent and at least one reducing agent (see above), etc.) are added according to the intended application.
ZusammenfassungSummary
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind pyrotechnische Zusammensetzungen, die in Gewichtsprozent ausgedrückt folgendes umfassen, nämlich 10 bis 80% GUDN, 10 bis 80% ONTA, 3 bis 60% NG.object of the present invention are pyrotechnic compositions, comprising, in terms of weight percent, namely 10 to 80% GUDN, 10 to 80% ONTA, 3 to 60% NG.
Gegenstand der Erfindung sind insbesondere Zusammensetzungen, die im wesentlichen – in Massenprozent ausgedrückt – aus folgendem bestehen, nämlich aus 20 bis 70% GUDN, 20 bis 70% ONTA, 5 bis 60% NG.object In particular, compositions of the invention which are essentially - in Mass percentage expressed - consist of the following namely 20 to 70% GUDN, 20 to 70% ONTA, 5 to 60% NG.
Derartige pyrotechnische Zusammensetzungen bilden leistungsfähige thermisch initiierbare pyrotechnische Zusammensetzungen.such Pyrotechnic compositions form powerful thermally initiatable pyrotechnic compositions.
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