DE2439771A1 - Pyrotechnisches gemisch - Google Patents
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Description
Dr. Dieter Weber Postfa* 1327
File 2000-365
Allied Chemical Corporation Morristown, New Jersey 07960
U.S.A.
Pyrotechnisches Gemisch
Priorität: vom 10. September 1973 in USA,
Serial-Number 395 480
Die Erfindung betrifft ein pyrotechnisches Gemisch, das geeignet ist, bei der Verbrennung ein Gas zu entwickeln. Unter den Verwendungsmöglichkeiten
für ein solches Gas ist jene, einen Sicherheitsbeutel in einem Fahrzeug aufzublasen, um die Bewegung eines
Fahrzeuginsassen im Kollisionsfall zu verhindern.
Es ist erforderlich, daß eine solche pyrotechnische Zusammensetzung
in der Lage ist, bestimmten Kriterien zu gehorchen, um für die Verwendung im Zusammenhang mit einem Fahrzeugsicherheitsbeutel
benutzt zu werden.· Das pyrotechnische Gemisch muß in der Lage sein, einer Lagerung in einer Umgebung von etwa
-40 bis +1040C (-40 bis +22O0F) zu widerstehen. Es ist auch er-
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Postschedt: Frankfurt/Main Ö763-602 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. 276807
forderlich, daß das Gemisch schnell entzündet werden kann, wie
beispielsweise innerhalb weniger Millisekunden, und daß es un* ter Bildung eines Gases vollständig entzündet werden kann. Es
ist erforderlich, daß das produzierte Gas nicht mehr als eine vernachlässigbare Menge an giftigem Gas, wie Stickstoffoxiden
oder Kohlenmonoxid, bei relativ niedrigen Temperaturen, wie weniger als 1O93°C (2000°F) enthält, wenn es bei Drücken von
6,8 bis 1360 Atmosphären (100 bis 20 000 psi) verbrannt wird.
Bekannte pyrotechnische oder Treibmittelzusammensetzungen wurden für Raketen entwickelt und genügen nicht den Erfordernissen
an eine ■ Zusammensetzung, die ein nichtgiftiges Gas mit niedriger
Flammentemperatur entwickeln soll, um einen Fahrzeugsicherheitsbeutel aufzublasen. Hierzu wird auf die US-PS 2 929 697 und
2 994 598 hingewiesen. Dies ist verständlich, da die Zusammensetzungen
für Anwendungsgebiete bestimmt waren, wo niedrige Flammentemperatur kein Ziel war. Außerdem ergeben viele der Zusammensetzungen
nach dem Stand der Technik ein giftiges Gas, wie
einige der Zusammensetzungen gemäß den US-PS 3 020 180 und
3 047 524.
Als die Arbeit mit dem Ziel einer Entwickelung eines pyrotechnischen
Gemisches zur Entwicklung eines Gases, um einen Fahrzeugsicherheitsbe«tel
aufzublasen, begann, wurde gefunden, daß eine brauchbare Zusammensetzung etwa 25% Nickelformiat als Brennstoff
und 75% Kaliumperchlorat als Oxidationsmittel umfaßte.
Das Problem mit diesem früheren pyrotechnischen Gemisch für eine Verwendung mit einem Fahrzeugsicherheitebeutel bestand jedoch
darin, daß es bei der Verbrennung freien Sauerstoff produzierte.
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Der freie Sauerstoff steigerte die Gefahr einer Entflammung mit dem Material, aus dem der Sicherheitsbeutel bestand.
Die pyrotechnische Zusammensetzung nach der Erfindung dagegen ist so zusammengesetzt, daß sie bei der Verbrennung zur Entwicklung
eines nichtgiftigen Gases mit niedriger Flammentemperatur
das Auftreten von überschüssigem freiem Sauerstoff vermeidet. Dieses Gas ist daher brauchbar zum Aufblasen verschiedener
Einrichtungen, wie eines Sicherheitsbeutels in einem Fahrzeug. Ein Sicherheitsbeutel wird aufgeblasen, um die
Bewegung eines Fahrzeuginsassen im Kollisionsfall zu verhindern oder zu begrenzen. Im allgemeinen umfaßt die pyrotechnische Zusammensetzung
einen Brennstoff, ein Kühlmittel und ein anorganisches Oxidationsmittel.
Der Brinstoff ist entweder ein kohlenstoffhaltiges Material,
Aluminium und/oder Magnesium. In einigen Fällen kann auch eine metallorganische Verbindung, wie Nickelformiat, Eisenoxalat,
Magnesiumoxalat oder Aluminiumformiat als Brennstoff im Gemisch
mit dem kohlenstoffhaltigen Material oder dem Aluminium oder dem Magnesium oder an deren Stelle verwendet werden. Das Kühlmittel
ist ein Metallcarbonat, bestehend aus Nickelcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat, Das anorganische Oxidationsmittel ist ein
Metallchlorat, ein Metallperchlorat, ein Metallnitrat, ein Ammo^
niumchlorat, ein Ammoniumperchlorat und/oder ein Ammoniumnitrat.
Eine typische Zusammensetzung umfaßt ein Gemisch von Kohlenstoff und Nickelformiat als Brennstoff, Nickelcarbonat als Kühlmittel
und Kaliumchlorat als Oxidationsmittel. Diese Zusammensetzung
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entwickelt bei der Verbrennung ein Gas, welches das Auftreten
von freiem Sauerstoff ausschaltet, da der überschüssige Sauerstoff
von dem kohlenstoffhaltigen Material verbraucht wurde. Eine Beseitigung des überschüssigen Sauerstoffes ist wichtig,
um die Entflammbarkeit mit dem Sicherheitsbeutel herabzusetzen.
Dieses pyrotechnische Gemisch ist geeignet, bei der Verbrennung ein nichtgiftiges Gas mit niedriger Flammentemperatur zu
entwickeln. Die Zusammensetzung umfaßt einen Brennstoff, bestehend
aus einem kohlenstoffhaltigen Material.(wie Kohlenstoff, Ruß
oder Lampenruß), Aluminium und/oder Magnesium, ein Metallcarbonat als Kühlmittel, bestehend aus Nickelcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat,
und ein anorganisches Oxidationsmittel, bestehend aus einem Alkalichlorat, wie Kaliumchlorat oder Natriumchlovat,
einem Alkaliperchlorat, wie Kaliumperchlorat oder Natriumperchlorat, einem Alkalinitrat, wie Kaliumnitrat oder
Natriumnitrat, Ammoniumchlorat, Ammoniumperchlorat und/oder Ammoniumnitrat. In einigen Fällen kann auch eine metallorganische
Verbindung, bestehend aus Nickelformiat, Eisenoxalat,
Magnesiumoxalat und/oder Aluminiumformiat, als Brennstoff anstelle
des kohlenstoffhaltigen Materials, Aluminiums oder Magnesiums oder im Gemisch mit diesen verwendet werden.
Spezieller kann das pyrotechnische Gemisch nach der Erfindung in Gew.-% folgendermaßen zusammengesetzt sein: weniger als 1%
bis etwa 10% Brennstoff, wie Kohlenstoff, und vorzugsweise etwa 2 bis 6% Brennstoff, wie Kohlenstoff; weniger als 1% bis et-
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wa 50% das iletallcarbonats, wie Nickelcarbonat (NICO-), und
vorzugsweise etwa 15 bis 45% des Metallcarbonats, wie Nickelcarbonat,
als Kühlmittel; etwa 35 bis 75% des anorganischen Oxidationsmitteig wie Kaliumchlorat (KClO3) und vorzugsweise
etwa 45 bis 70% des anorganischen Oxidationsmittels, wie Kaliumchlorat. In einigen Fällen können weniger als 1% bis etwa
30% der metallorganischen Verbindung, wie Nickelformiat^Ni(HCO2)
vorzugsweise etwa 15 bis 25% der metallorganischen Verbindung, wie Ilickelformiat ,im Gemisch mit dem Kohlenstoff oder an dessen
Stelle als Brennstoff verwendet werden.
Die folgenden Rezepturen sind typische Beispiele für diese
pyrotechnischen Gemische.
Die Zusammensetzung umfaßt in Gew.-% etwa 6% Kohlenstoff als
Brennstoff, etwa 44% Nickelcarbonat als Kühlmittel und etwa
50% Kaliumchlorat als Oxidationsmittel.
Die Zusammensetzung umfaßt in Gew.-% etwa 6% Kohlenstoff
Brennstoff, etwa 44% Magnesiumcarbonat als Kühlmittel und etwa 50% Kaliumchlorat als Oxidationsmittel.
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-6-Beispiel C
Die Zusammensetzung umfaßt in Gew.-% etwa 4% Kohlenstoff, gemischt mit etwa 19 1/2% Nickelformiat, wobei dieses Gemisch
den Brennstoff darstellt, etwa 20% Nickelcarbonat als Kühlmittel und etwa 56 1/2% Kaliumchlorat als Oxidationsmittel.
Die Zusammensetzungen in den obigen Beispielen produzieren jeweils ein Gas mit einer Flammentemperatur von etwa 815 bis 1O93°C
(1500 bis 20000F).
Der bei der Verbrennung des Oxidationsmittels, wie Kaliumchlorat, (KClOo) , gebildete freie Sauerstoff wird von dem Brennstoff,
wie dem kohlenstoffhaltigen Material, verbraucht und dient somit als ein Reinigungsmittel, das Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff bildet. In Fällen, wo die metallorganische Verbindung
als Brennstoff verwendet wird, sind die Verbrennungsprodukte Kohlendioxid und Wasser, Die Wärme, die bei dieser Verbrennung
entwickelt wird, wird durch die Zersetzung des Nickelcarbonats (NiCO3) unter Bildung von Kohlendioxid gekühlt. Daher beseitigt
das pyrotechnische Gemisch nach der Erfindung das Vorhandensein von Überschüssigem Sauerstoff über dem Sauerstoffgehalt, der
normalerweise in der Atmosphäre vorhanden ist. Diese Beseitigung von überschüssigem Sauerstoff ist wichtig, da sie die Entflammbarkeit der pyr$technischen Zusammensetzung mit dem Material des Sicherheitsbeutels vermindert. Die metallorganischen
Verbindungen haben in bestimmten Fallen, je nach der speziellen Rezeptur, einig· Bindeeigenschaften in dem Gemisch. Der
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nes Brennstoffes. Das pyrotechnische Gemisch nach der Erfindung
bedarf keines Bindemittels, doch kann ein Bindemittel gegebenenfalls als zusätzliche Komponente verwendet werden. Wenn ein
Bindemittel erwünscht ist, kann ein organisches Bindemittel, wie ein Polycarbonat oder ein Acetalharz, verwendet werden.
Es wurde als zweckmäßig gefunden, das pyrotechnische Gemisch nach der Erfindung zu pelletisieren, um eine voraussagbare Verbrennung
sleistung des Gemisches zu bekommen, und zwar ist dies
günstiger als die Verwendung des Gemisches in Pulverform. Ein Pelletisieren kann erreicht werden, indem man die pulverförmigen
Bestandteile gut miteinander vermischt und dann eine Pillenpresse verwendet, um Pellets zu produzieren, oder indem man
das pulverförmige Gemisch granuliert, durch ein Sieb extrudiert und nudelartige Gebilde formt. Pelletisieren erwies sich als
vorteilhaft wegen der folgenden unerwünschten Eigenschaften eines gemischten Pulvers. Das Pulver neigt dazu, sich aufzutrennen,
und zwar mit dem Oxidationsmittel am Boden und dem Brennstoff im oberen Teil. Wenn das Pulver brennt, brennt es mit
unterschiedlichen Eigenschaften, je nach dem Homogen!tatsgrad
des Pulvergemisches. Außerdem kann das Pulver locker oder dicht gepackt sein, was ebenfalls die Verbrennung bzw. die Verbrennungseigenschiften
beeinflußt. Das Ergebnis besteht darin, daß man manchmal widersprüchliche Ergebnisse erhält, wenn man
das Gemisch in Pulverform verwendet. Bei Verwendung des Gemisches in Pelletform bekommt man allgemein regelmäßigere Ergebnisse.
Gegebenenfalls kann ein organisches Schmiermittel, wie Stearinsäure oder Carbowax (Handelsname der Union Carbide Corpo-
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ratlon für Polyäthylenglykole) zum Pelletisieren zugesetzt werden.
Beispielsweise wurden In einer Aufblaseinrichtung 85 g eines
pyrotechnlschen Genisches verwendet, das 4% Ruß, 20% Nickelcarbonate 19 1/2% Nickelformlat und 56 l/2%Kaliumchlorat (KClO3)
umfaßte. Diese 85 g des Gemisches produzierten ausreichend Gas, um einen Beutel von 85 1 (3 Fuß3) in 35 Millisekunden
bis zu einem Druck von Or23 atü (3 1/2 psig) mit einer Beuteloberflächentemperatur unter 880C (19O°F) aufzublasen. Es wurde
gefunden, daß das entwickelte Gas etwa 21 Mol.-% Sauerstoff, 15 Mol.-% Wasser und 64 Mol.-% Kohlendioxid enthielt.
Die pyrotechnlschen Gemische nach der Erfindung produzieren ein Gas mit niedriger Flammentemperatur und einer vernachlässigbaren Menge an giftigen Gasen, wie Stickstoffoxiden oder Kohlenmonoxid.
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Claims (10)
1. Pyrotechnisches Gemisch für die Entwicklung eines nichtgiftigen
Gases mit niedriger Flammentemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Brennstoff, Nickelcarbonat
und/oder Magnesiumcarbonat als Kühlmittel und ein Metallchlorat,
Metallperchloratf Metallnitrat, Ammoniumchlorat,
Ammoniumperchlorat und/oder Ammoniumnitrat als anorganisches Oxidationsmittel umfaßt.
2. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es als Brennstoff ein kohlenstoffhaltiges Material, Aluminium und/oder Magnesium enthält·
3. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es als Brennstoff zusätzlich oder statt des kohlenstoffhaltigen Materials, Aluminiums und/oder Magnesiums
eine metallorganische Verblödung enthält, die Nickelformlat, Eisenoxalat, Magneslumoxalat und/oder Aluminiumformiat
ist.
4. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß es weniger als 1 Gew,-% bis etwa 10 Gew,-%
eines kohlenstoffhaltigen Materials als Brennstoff, weniger als 1 Gew.«% bis etwa 50 Gew,-% eines Metallcarbonats als
Kühlmittel und etwa 35 bis 75 Gew,-% eines anorganischen Oxidationsmittels
umfaßt,
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-1O-
5. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weniger als 1 Gew.-% bis etwa IO Gew.-%
eines kohlenstoffhaltigen Materials und weniger als etwa
1 6ew.-% bis etwa 30 Gew.-% einer metallorganischen Verbindung, beide als Brennstoff, weniger als 1 Gew.-% bis etwa
5O Gew.-% eines Metallcarbonats als Kühlmittel und etwa
35 bis 75 Gew.-% eines anorganischen Oxidationsmittels umfaßt.
6. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 2 bis 6 Gew.-% Kohlenstoff als
Brennstoff, etwa 15 bis 45 Gew.-% Nickelcarbonat als Kühlmittel und etwa 45 bis 70 Gew.-% Kaliumchlorat als Oxidationsmittel, umfaßt.
7. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 2 bis 6 Gew.-% Kohlenstoff und etwa 15 bis 25 Gew.-% Nickelformiat, beide als Brennstoff, etwa 15 bia 35 Gew.-% Nickelcarbonat als Kühlmittel und etwa
45 bis 70 Gew.-% Kaliumchlorat als Oxidationsmittel umfaßt.
8. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß es etwa 4 Gew.-% Kohlenstoff und etwa
19 1/2 Gew.-% Nickelformiat als Brennstoff, etwa 56 1/2 Gew.-%
■ Kaliumchlorat als Oxidationsmittel und etwa 20 Gew.-% Nickelcarbonat als Kühlmittel umfaßt.
9. Pyrotechnisches Gemisch nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ge-
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kennzeichnet, daß es In der Form von Pellets vorliegt.
10. Verwendung eines pyrotechnischen Geniisches nach Anspruch 1 bis 9 zum Aufblasen von Fahrzeugsicherheitsbeuteln.
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