MXPA99001980A - Uso de gases mezclados en infladores de bolsa de aire hibridos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a gases no tóxicos libres de partículas en un dispositivo generador híbrido conduciendo la ignición del propelente con un oxidante efectivo, utilizando una mezcla que contiene oxígeno molecular y argón haciendo variar la relación de gas a argón para proporcionarúnicamente productos de reacción no tóxicos en el gas de exhaustación. El dispositivo de la invención incluye un iniciador (1), el cual se quema en respuesta a un sensor y da gases calientes de descarga que queman la carga de ignición (2), la cual hace que la carga generadora principal (8) se queme, generando la mezcla de gas de inflación (3). Cuando la presión en la mezcla de gas se incremento hasta cierto punto, el disco de sellado (6) se rompe permitiendo que la mezcla de gas salga del múltiple (4) a través de las compuertas de salida (5) e infle una bolsa de aire. El recipiente generador (9) contiene la carga generadora principal (8). Todas las cargas y la mezcla de gas de inflación están encerradas en el tanque a presión (7).

Description

USO DE GASES MEZCLADOS EN INFLADORES DE BOLSA DE AIRE HÍBRIDOS Campo de la Invención La presente invención se relaciona de manera general con un método para generar gases no tóxicos sin partículas y con una mejora en un inflador híbrido para producir tales gases no tóxicos y, especialmente para utilizarse en la generación de gases para restringir a un ocupante del vehículo. La técnica está repleta de tipos de infladores para inflar una bolsa de aire empleada en un sistema de restricción inflable. Entre los tipos de infladores está uno que utiliza una cantidad de gas comprimido almacenado, el cual es liberado selectivamente para inflar la bolsa de aire. Un tipo relacionado genera una fuente de gas de un material generador de gas combustible el cual, después de la ignición, proporciona la cantidad de gas suficiente para inflar la bolsa de aire. En otro tipo más, el gas de inflación de la bolsa de aire es proporcionado por la combinación de un gas comprimido almacenado y los productos de combustión del material generador de gas. Este último tipo es conocido como un inflador híbrido. En el pasado, los infladores híbridos han estado sometidos a ciertas desventajas. La ignición del propelente y los materiales de inicio en tales infladores, daban como resultado la producción de materia particulada indeseable. El empleo de emisiones del inflador que contiene partículas para inflar una bolsa de aire, puede dar como resultado que las partículas pasen hacia el vehículo y sean inhaladas por los ocupantes del mismo. Además del material particulado transportado por el gas que está siendo inhalado por los pasajeros en el vehículo, tales partículas, sí se dispersan y son transportadas por el aire, pueden dar la apariencia de humo y causar una preocupación indebida de que pudiera estar presente fuego. Co o es bien sabido en este campo, el aire u otro gas y el material sólido generador de gas se almacenan en un recipiente. Si existe una alta tasa de desaceleración del vehículo, indicativa de una colisión, el gas en el recipiente es liberado para inflar el dispositivo de restricción del ocupante del vehículo, es decir, una bolsa de aire, la cual restringe y protege al ocupante del vehículo de daños serios. Después de ocurrir una tasa de desaceleración del vehículo, tal como ocurre en la colisión de un vehículo, el material generador de gas se quema. Cuando tal material generador de gas se quema, forma gases o vapores expandidos calientes, los cuales se calientan y mezclan con los gases almacenados, y la mezcla de gases calientes se acelera hacia la bolsa de aire.

Descripción de la Técnica Anterior La presente invención involucra el uso de mezclas de oxígeno o aire con argón, o similares, para permitir el control del nivel de oxidación del propelente total. Las formulaciones de propelente sólido ricas en combustible pueden variar y las cantidades de oxígeno a argón también pueden variar, de modo que los productos de exhaustación de la formulación rica en combustible dan productos no tóxicos, e emplificados por el dióxido de carbono, agua y nitrógeno. Los infladores híbridos generalmente han utilizado un propelente sólido para calentar el gas" argón para inflar una bolsa de aire. Uno de los problemas con los híbridos ha sido la cantidad de partículas del oxidante del KC104 utilizado en el propelente. Las partículas pueden ser eliminadas a través del uso de compuestos propelentes, tales como el 5-aminotetrazol (5-AT), nitrato de aminoguanidina (AGN) o mezclas de los mismos. También, puede ser sustituido el oxidante nitrato de amonio por el KC104. El concepto anterior no se ha enseñado en la técnica anterior. La Patente Estadounidense No. 4,909,549, en la columna 3, comenzando en la línea 48, los inventores describen el uso de gases que comprenden una mezcla de gas primaria diluida con una mezcla de gas secundaria (aire) , que proporciona varias ventajas. Los beneficios enumerados incluyen enfriar la mezcla de gas primaria por dilución, evitando de este modo el potencial de ignición de los ocupantes de una aeronave o automóvil, en el cual la bolsa de choque sea utilizada. La dilución del aire de la mezcla de gas primario reduce el nivel de especies tóxicas presentes a niveles mucho más bajos, aceptables- De este modo, el empleo de compuestos de tetrazol o triazol que contienen hidrógeno en la molécula es práctico, puesto que la concentración de hidrógeno en el gas producido puede reducirse generalmente por oxidación a niveles muy bajos. No obstante, la referencia no describe o sugiere controlar la relación de argón a oxigeno como es enseñado por los inventores de la presente. En la Patente Estadounidense No. 5,199,740, en la columna 5, se describe cloruro de potasio, así como otros constituyentes en los gases calientes producidos por la ignición del propelente, como aquéllos que entran al recipiente de presión y chocan sobre la pared interna de la parte el recipiente. Cuando los productos de combustión calientes entran al recipiente a presión, la temperatura del gas argón presurizado se incrementará muy uniformemente. Cuando la temperatura del gas argón se eleva, su presión se incrementará a un nivel, el cual causará la ruptura del disco de ruptura externo colocado en un orificio de paso, permitiendo por lo tanto, que los gases fluyan a través de las aberturas de salida en el múltiple. Claramente, lo anterior es extraño en el concepto de la presente invención, en donde la adición de varias cantidades de oxígeno a argón permite que los productos de exhaustación y de las formulaciones ricas en combustible sean controlados para dar productos no tóxicos. Tal adición permite además alcanzar temperaturas más altas de la mezcla de gas que las producidas con un propelente y aire, debido a la baja capacidad calorífica del argón y algunas propiedades únicas no identificadas de este gas. Por lo tanto, a una temperatura de la mezcla de gas dada, son necesarios menos argón y oxígeno, dando como resultado la capacidad de emplear un sistema de tamaño reducido sin comprometer la efectividad del sistema. Én la Patente Estadounidense No. 5,348,344, la especificación, en la columna 1, comenzando en la línea 48, describe la provisión de un gas inerte, de manera preferible nitrógeno o argón (columna 3) o una mezcla de los mismos, con un gas combustible, el cual es preferiblemente hidrógeno y/o metano, pero que puede ser cualquier otro gas inflamable. El gas oxidante es preferiblemente oxígeno. En una modalidad de la invención, el medio de contención es un solo recipiente para contener el gas inerte, el gas combustible y el gas oxidante como una mezcla de gases. En otra modalidad, un / primer recipiente contiene el gas combustible, un segundo confina un exceso de gas oxidante y los medios de contención definen una cámara de combustión, en la cual el gas combustible y el gas oxidante son recibidos y en la cual la mezcla de gas se quema. Por el método anterior, la velocidad de inflación de y la presión en una dispositivo inflable puede ser controlada seleccionando la cantidad de gas combustible y gas oxidante para dar una velocidad de ignición deseada, la cual a su vez, fija la velocidad volumétrica predeterminada del flujo de gas caliente hacia el dispositivo inflable. Adicionalmente, la velocidad de inflación puede ser controlada por orificios de control de flujo o similares, a través de los cuales fluye el gas hacia el dispositivo inflable. Es evidente que la referencia no evidencia una apreciación de los aspectos críticos de la presencia de argón y, de este modo, describe un dispositivo y un método materialmente diferentes de aquéllos relacionados con la presente invención. En la patente de reexpedición Estadounidense 29,228, en la columna 2, comenzando en la línea 35, el inventor describe una modalidad, en donde el confinamiento es inflado bajo la influencia de una fuente de fluido a alta velocidad, el fluido es un generador de gas del tipo de motor de cohete con propelente sólido. El generador de gas proporciona un flujo de alta velocidad de gas caliente, el cual coopera con una boquilla para extraer el gran volumen de aire en el confinamiento. El gas caliente es enfriado por el gran volumen de aire, de modo que el recipiente no se calienta a temperaturas excesivas. No únicamente la referencia no describe el uso de argón, sino que el concepto enseñado en la especificación podría no haber conducido a un experto en la técnica a la invención ahora reclamada. Los atributos de los propelentes de bolsas de aire sin humo se listan a continuación: ATRIBUTOS DE LOS PROFELENTES DE BOLSAS DE AIRE SIN HUMO • Los propelentes sin humo generan únicamente productos de combustión gaseosos tales como C02, H20, N2, y gases nobles (por ejemplo, Ar) . De este modo, ellos se limitan a los elementos químicos C, H, 0, N, y gases nobles (He, Ar) • Los combustibles de metal alcalino (por ejemplo, NaN3) y oxidantes (por ejemplo, KC104) y oxidantes alcalinotérreos [por ejemplo, Sr (N03)z] generan partículas {por ejemplo, Na20, KCl, y SrO) . De este modo, no pueden ser utilizados en propelentes sin humo. • Los propelentes de cañón basados en nitrocelulosa son propelentes sin humo excelentes, pero no pueden ser utilizados en bolsas de aire debido al requerimiento de la temperatura de almacenamiento. • Los propelentes sin humo que contienen nitra inas, tales como RDX y HMX, pueden resistir el almacenamiento a alta * temperatura y, de este modo, satisfacen este requerimiento para ser candidatas de o un propelente de bolsa de aire para utilizarse con formulaciones de oxígeno/argón selectivas . • Los propelentes sin humo que contienen nitrato de amonio pueden resistir el almacenamiento a alta temperatura, pero no ciclos de temperatura de hasta 50°C. Ellos son impedidos debido a que la temperatura de almacenamiento más baja es de 40°C • Sin embargo, se ha encontrado que los propelentes que contienen eutécticos de nitrato de amonio resisten el ciclo de temperatura. • Esos propelentes deben ser formulados cuidadosamente para prevenir la formación de productos de combustión tóxicos (es decir, HCN y NO Para describir las características requeridas y deseadas de los propelentes de bolsas de aire híbridos sin humo, se proporciona la siguiente tabulación: CARACTERÍSTICAS DE LOS PROPELENTES DE BOLSA DE AIRE HÍBRIDOS SIN HUMO CARACTERÍSTICAS I REQUERIDO DESEADO i Partículas <1.0 gramos Cero Producción Vaciado, extrusión, Extrusión, moldeo moldeo por por inyección, o inyección, o vaciado presión Estabilidad 95°C 107°C Sensibilidad Insensible Insensible Combustión Combustión completa Completa Toxicidad No tóxico No tóxico Exhaustación Ninguna Sin olor Gas Híbrido (argón, Argón aire, u 02-argón Descripción Detallada de la Invención y la Modalidad Preferida La invención de interés se relaciona con una mejora en la tecnología del inflador y proporciona un gas inodoro, limpio, sin partículas o especies tóxicas para inflar dispositivos tales como bolsas de aire y similares. Con un interés más completo, se describe un mecanismo de inflador convencional en la figura del dibujo. La estructura del inflador es evidente a partir del diagrama etiquetado. En la figura que describe un inflador del lado del pasajero convencional, el inflador 1 se quema en respuesta a un sensor (no se muestra) que detecta una rápida desaceleración, indicativa de una colisión. El iniciador da gases calientes de descarga que queman la carga de ignición 2, lo cual hace que la carga generadora principal 8 se queme, generando la mezcla de gas de inflación 3. Cuando la presión en la mezcla de gas se incrementa hasta un cierto punto, el disco de sellado 6 se rompe permitiendo que la mezcla de gas salga del múltiple 4 a través de las compuertas de salida 5 e infle la bolsa de aire. El recipiente del generador 9 mantiene la carga generadora principal 8. Todas las cargas y la mezcla de gas de inflación están encerradas en el tanque a presión 7. Los siguientes ejemplos demuestran la eficacia de la invención descrita. Los Ejemplos 1-3 describen ciertos aspectos del método del inventor. Aunque del Ejemplo 4 carece de algunos datos proporcionados en los otros ejemplos, se incluyó el ejemplo en esta descripción, para permitir que se haga una comparación entre la presencia de los productos tóxicos obtenidos cuando el argón, en lugar del aire, es el gas híbrido en el reactor.

Ejemplo 1 Composición: AGN/aglutinante de policarbonato Partículas 0 - 2 g Producción presurizado Estabilidad Buena - 107°C Sensibilidad Insensible Combustión Completa Toxicidad No tóxico Gas híbrido Argón/02 o aire Ignitor Sin humo Ejemplo 2 Composición: 84.8% en peso de HMX con 15,2% de HTPB (Arcadene®) como aglutinante Partículas 0 - 0.2 g Producción Vaciado o moldeado por inyección Estabilidad Buena - 107°C Sensibilidad Insensible al ESD y fricción Velocidad de ignición Combustión Completa Toxicidad No tóxico Gas Híbrido 02/Argón Ignitor Humeante Ejemplo 3 Composición: HTPB/Nitramina Partículas 0.2 g Producción Vaciado o moldeado por inyección Estabilidad Buena a 107°C Sensibilidad Insensible Velocidad de ignición 0.15 psi a 1000 psi (1.034 KPa a 6895 KPa) Combustión Completa Toxicidad No tóxico Gas Híbrido 02/Argón Ignitor B/KN03 En las composiciones de los Ejemplos 2 y 3, puede incluirse un compuesto, tal como el diisocianato de isoforona (IPDI), como agente de curado para el aglutinante de butadieno terminado en hidroxi .

Ejemplo 4 Composición: HMX o RDX (nitramina) /HTPB Toxicidad Los productos de exhaustación incluyen cantidades tóxicas de N0X, N02 y NH3 Gas híbrido Aire El método de la presente para generar gases no tóxicos sin partículas, comprende conducir la ignición del propelente en presencia de un oxidante de nitrato de amonio y utilizar un propelente adecuado, por ejemplo, nitrato de aminoguanidina o una nitramina, tal como la RDX y/o HMX1. En la presencia de argón y un gas que contiene oxígeno molecular, pero sin una relación controlada del gas que contiene oxígeno molecular a argón, reduce los valores tóxicos, los productos de reacción no tóxicos en el gas de exhaustación incluyen al dióxido de carbono, H20, N2 y mezclas de los mismos. Utilizando las mezclas seleccionadas de gas que contiene oxígeno molecular con argón, es posible controlar el nivel de oxidación del propelente total de modo que caiga en un intervalo deseado. 1 RDX es l,3,5-trinitro-l,3, 5-tria2:aciclohexano o ciclotrimetilénitrap na; y HMX es 1, 3, 5, 7-tetranitro-l, 3, 5, 7-tetraazociclooctano o ciclotetrametilentetranitra ina Otro aspecto de la presente invención implica el uso de un aglutinante con el propelente descrito. Aunque puede ser utilizado un aglutinante de policarbonato con el propelente de nitrato de aminoguanidina (AGN) en forma de una carga del propelente granulada, comprimida, un aglutinante de alcohol polivinílico (PVA) es igualmente muy efectivo. El aglutinante comprenderá aproximadamente 5% en peso del propelente. La ignición del propelente toma lugar en presencia de relaciones controladas de argón a oxígeno. Por ejemplo, se emplean 21 partes en volumen de oxígeno con 79 partes en volumen de argón. Sin embargo, dependiendo de todas las otras condiciones, pueden utilizarse de 15 a 30 partes en volumen de oxígeno con volúmenes complementarios de argón. Empleando una mezcla de oxígeno con argón y un propelente sin humo, tal como 95% de nitrato de aminoguanidina y 5% de aglutinante de policarbonato en una carga granulada comprimida, se obtiene la ventaja de tener una carga no higroscópica. Sin embargo, una formulación particularmente preferida implica aproximadamente 95% en peso , de nitrato de aminoguanidina con aproximadamente 5% en peso de alcohol polivinílico utilizada con 20% de oxígeno y 80% de argón. El método de la presente invención es muy adecuado para inflar bolsas de aire de vehículos automotores, utilizadas como dispositivos de restricción de ocupantes cuando un vehículo desacelera rápidamente, tal como en una colisión. Utilizando medios para hacer variar las relaciones del gas que contiene oxígeno molecular a argón, se reducen el amoniaco y ácido nítrico en la exhaustación o al menos se colocan en un intervalo aceptable. Adicionalmente, puede utilizarse un dispositivo inflador de tamaño más pequeño de lo que se requeriría en otras circunstancias. Esto se debe a la temperatura más alta de la mezcla gaseosa que puede alcanzarse debido a la menor capacidad calorífica del argón, permitiendo el uso de cantidades reducidas de argón y oxígeno, y de este modo, un equipo más pequeño. La invención ha sido descrita específicamente con referencia a las modalidades particulares descritas. Sin embargo, deberá comprenderse que el alcance de la invención es más amplio y es definido apropiadamente por las siguientes reivindicaciones .

Claims (28)

CAPITULO REIVINDICATORO Habiendo descrito la invención, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama lo contenido en las siguientes:

1. Un método para generar gases no tóxicos sin partículas, caracterizado porque comprende conducir una ignición de una composición propelente con un oxidante efectivo, utilizando un propelente adecuado que comprende nitrato de aminoguanidina, en conjunto con un aglutinante adecuado, en presencia de argón y un gas que contiene oxígeno molecular, y proporcionar selectivamente una relación del gas que contiene oxígeno molecular a argón antes de la ignición para proporcionar productos de la reacción no tóxicos en el gas de exhaustación.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los productos de reacción no tóxicos en el gas de exhaustación se seleccionan del grupo que consiste de C02, H20, N2 y mezclas de los mismos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la mezcla seleccionada del gas que contiene oxígeno molecular con argón permite que sea controlado el nivel de oxidación de la composición propelente y caiga en un intervalo deseado. .

El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante se selecciona del grupo que consiste de HTPB, alcohol polivinílico y un policarbonato . •

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante es policarbonato, y la composición propelente está en forma de una carga granulada comprimida.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el aglutinante comprende aproximadamente 5% en peso del propelente.

7. El método de sonformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ambiente de ignición comprende aproximadamente 21 partes en volumen de oxígeno y aproximadamente 79 partes en volumen de argón.

8. El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque el ambiente de ignición comprende aproximadamente 15 hasta aproximadamente 30 partes en volumen de oxígeno con un volumen complementario de argón.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante es HTPB y la composición propelente está en forma de una masa vaciada, moldeada por inyección o extruida.

10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la composición propelente también incluye un agente de curado.

11. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la composición propelente comprende aproximadamente 95% en peso de nitrato de aminoguanidina y la carga no es higroscópica.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los gases generados se utilizan para inflar una bolsa de vehículo automotor.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los gases generados se utilizan para inflar una bolsa de vehículo automotor.

14. En un método para generar gas para llenar una bolsa de aire de vehículo automotor que utiliza una combinación de aire y argón como en ambiente, en el cual, los compuestos que constituyen la fuente principal de gas se queman para generar el gas para inflar la bolsa de aire, la mejora caracterizada porque comprende utilizar una composición propelente que comprende nitrato de aminoguanidina, en conjunto con un aglutinante adecuado, como fuente principal; y emplea durante la ignición, relaciones de aire a argón con las que las partículas y cantidades tóxicas de óxido de nitrógeno, amoniaco, HCl y ácido nítrico en el gas de exhaustación se reducen.

15. La mejora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque los productos no tóxicos en el gas de exhaustación se seleccionan del grupo que consiste de CQ2, H20, N2 y mezclas de los mismos.

16. La mejora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la composición propelente se utiliza como un aglutinante de polibutadieno terminado en hidroxi.

17. La mejora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el aglutinante es un policarbonato.

18. La mejora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque la composición propelente incluye un aglutinante de policarbonato.

19. La mejora de conformidad con la reivindicación 18, caracterizada porque la composición propelente incluye 5% en peso de aglutinante de policarbonato.

20. La mejora de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la composición propelente incluye nitrato de aminoguanidina y la composición propelente y el aglutinante están en forma de una carga granulada comprimida.

21. La mejora de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada porque se incluye un agente de curado con el aglutinante.

22. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aglutinante es alcohol polivinílico .

23. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición propelente comprende aproximadamente 95% en peso de nitrato de aminoguanidina y aproximadamente 5% en peso de alcohol polivinílico como aglutinante, la composición se forma en presencia de 20% de oxígeno y 80% de argón.

24. La mejora de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada porque el compuesto que constituye la fuente principal de gas es AGN y se utiliza un alcohol polivinílico como aglutinante.

25. La mejora de conformidad con la reivindicación 24, caracterizada porque el alcohol polivinílico está presente en una cantidad de 5% en peso.

26. La mejora de conformidad con la reivindicación 20, caracterizada porque el aglutinante es alcohol polivinílíco .

27. La mejora de conformidad con la reivindicación 26, caracterizada porque el aglutinante de alcohol polivinílico está presente en la cantidad del 5% en peso de la composición propelente.

28. La mejora de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque el agente de curado es IPDI.