爆燃填料元件和用于制造爆燃填料元件的方法与流程

本发明涉及一种用于安全装置的爆燃填料元件和一种用于制造爆燃填料元件的方法。

背景技术：

1、用于安全装置的爆燃填料元件在现有技术中是已知的。通常，爆燃填料元件在用于安全设备的气体发生器中使用，尤其在用于车辆的安全装置和乘员保护装置中使用。为了在发生事故时保护车辆乘员，在车辆中设置有各种安全装置。这样的安全装置例如可以是配备有气体发生器的安全气囊模块。在车辆与其他物体即将发生碰撞的情况下，气体发生器释放压缩气体，该压缩气体使安全气囊从安全气囊模块中展开，由此约束车辆乘员。其他的应用情况是用于安全带张紧器或行人碰撞保护的气体发生器。

2、气体发生器用于产生压缩气体并且是在各种实施方式中已知的。原则上，气体发生器使用爆燃填料元件，该爆燃填料元件布置在气体发生器中并且在被电点火器激活后释放压缩气体，该压缩气体可以用于为安全气囊充气或驱动安全带张紧器。

3、爆燃填料元件呈片剂的形式存在，这些片剂可以以各种方式制成。通常，这样的片剂通过压制爆燃填料复合物制成。爆燃填料复合物在压制前以粉末状混合物的形式存在并且包括烟火式材料作为主要成分，该烟火式材料包括燃料和氧化剂。爆燃填料复合物中可以添加其他组分，如燃烧改性剂、粘结剂、稳定剂、干燥剂和造渣剂。

4、上述组分在压制成爆燃填料元件之前相互混合。为此，将这些组分一同研磨。为了改进爆燃填料复合物的不同组分的研磨和随后压制成爆燃填料元件，已知在所述方法步骤之前向爆燃填料复合物中添加特定的加工助剂。加工助剂在制造爆燃填料片剂时尤其用作压制助剂、松散助剂和/或润滑剂并且由此改善爆燃填料复合物和爆燃填料元件的操作。

5、现有技术中已知的加工助剂的示例为聚乙二醇、纤维素、甲基纤维素、石墨、蜡、硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌、亚硝酸硼、滑石、膨润土、二氧化硅和亚硫酸钼及其混合物。

6、此外，加工助剂还可以影响压制完成的爆燃填料元件的主要特征，如可燃性和燃烧性能。因此，努力寻找新的加工助剂，这些加工助剂适用于制造用于安全装置的爆燃填料元件并且改善爆燃填料复合物和/或爆燃填料元件的特性。

技术实现思路

1、就此而言，本发明所基于的目的在于提供一种加工助剂，该加工助剂能够在方法和材料成本方面实现简单且成本有效地制造爆燃填料元件并且满足在爆燃填料元件中的使用所提出的性能要求。

2、根据本发明，该目的通过根据技术方案所述的用于安全装置的爆燃填料元件来实现。

3、根据本发明的爆燃填料元件的有利实施方式在可以选择性地相互组合的技术方案中给出。

4、根据本发明，该目的通过一种用于安全装置的爆燃填料元件来实现，其中爆燃填料元件包括以下组分：

5、(a)至少一种烟火式材料；

6、(b)至少一种基于一元羧酸的加工助剂，其分子式为

7、r-cooh

8、其中r代表有机残基。

9、本发明基于发明人的以下认识：一元羧酸适合作为用于制造爆燃填料元件的加工助剂。与使用硬脂酸盐等传统加工助剂制造的爆燃填料复合物相比，使用一元羧酸得到具有明显更高堆积密度的爆燃填料复合物。更高的堆积密度是指每单位体积的烟火式材料的密度更高，由此改进了爆燃填料复合物的可加工性。此外，相对于已知的基于带负电的羧酸盐的加工助剂，一元羧酸具有的氧化敏感性降低。因此，根据本发明的爆燃填料元件针对氧化反应更稳定。因此，根据本发明的爆燃填料元件针对高温和温度变化具有高稳定性。此外，提高了爆燃填料元件的断裂强度，并且可以显著降低干燥剂的添加量。

10、根据本发明的爆燃填料元件被设置成在用于安全装置的气体发生器中使用。最著名的安全装置是例如在载客车辆中使用的车辆乘员约束系统。这样的系统大体上包括安全气囊模块，该安全气囊模块具有气体发生器和与气体发生器连接的安全气囊。在触发场景下，气体发生器提供展开安全气囊的压缩气体。展开的安全气囊还通过流入的压缩气体填充，以为车辆乘员提供约束作用。在此，可以通过实施根据本发明的爆燃填料元件在气体发生器中提供压缩气体。

11、此外提出，爆燃填料元件可以在其他安全装置中使用。这尤其包括安全装置，这些安全装置包括用于电动滑板车和儿童座椅的具有气体发生器的安全气囊模块以及用于安全带张紧模块的烟火式驱动器。同样提出，在个人防护装备(psa)中使用爆燃填料元件，例如在用于雪崩防护服、摩托车头盔或自行车头盔的安全气囊模块中使用。

12、根据本发明，爆燃填料元件除了加工助剂之外还包括作为组分(a)的烟火式材料。

13、组分(a)的烟火式材料可以包括燃料和氧化剂。

14、原则上，燃料不受限制并且可以使用现有技术中已知的任意燃料，只要该燃料适用于在气体发生器中的爆燃填料元件中使用即可。

15、燃料优选地从由硝酸胍、硝基胍、三氨基硝酸胍、硝酸尿素、硝基尿素、季戊四醇四硝酸酯、硝基三唑酮、黑索金(hexogen)、奥克托今(oktogen)及其混合物组成的组中选择。特别优选地，燃料是硝酸胍和/或硝基胍。硝酸胍在大多数情况下是优选的燃料。

16、氧化剂同样不受限制，并且可以使用现有技术中已知的任意氧化剂，只要该氧化剂适用于在气体发生器中的爆燃填料元件中使用即可。

17、氧化剂优选地从由碱金属、碱土金属和过渡金属的硝酸盐、氧化物和/或混合氧化物，过渡金属硝酸盐氢氧化物，氯酸盐，高氯酸盐，铵水合物，硫酸盐，磷酸盐，草酸盐，二硝基酰胺，过氧化物及其组合组成的组中选择。

18、除了组分(a)的烟火式材料，爆燃填料元件根据本发明包括组分(b)的至少一种基于分子式为r-cooh的一元羧酸的加工助剂，其中r代表有机残基。

19、基于一元羧酸的加工助剂原则上不受限制，并且已知的具有有机残基r的任意一元羧酸都可以用作加工助剂。

20、在本发明的意义上，一元羧酸被理解为仅用一个羧基基团(-cooh)官能化的化合物。与此相对应地，有机残基r仅具有一个羧基基团。本发明排除了二羧酸或三羧酸。

21、根据本发明的第一方面，有机残基r包括脂肪族烃骨架和/或芳香族烃骨架。芳香族烃骨架可以是同芳香族烃骨架或杂芳香族烃骨架。脂肪族烃骨架可以是线性、分支或环形的烃骨架，该烃骨架可以选择性地包含一个或多个杂原子。脂肪族烃骨架或芳香族烃骨架中的杂原子可以从氮、氧、硫、和磷组成的组中选择。此外，烃骨架可以是饱和或不饱和的。

22、另一方面提出，烃骨架从由c1-c17烷基、c2-c17烯基、c2-c17炔基、c6-c12环烷基和c6-c14芳基及其混合物构成的组中选择。

23、在本发明的意义上，术语c1-c17烷基包括具有1至17个碳原子的线性或分支的饱和烃残基。优选的烃残基例如包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、2,2-二甲基丙基、正己基、异己基、2-乙基己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基、1-十二烷基、1-十四烷基和1-十七烷基。

24、在本发明的意义上，术语c2-c17烯基包括具有2至17个碳原子的线性或分支的至少部分不饱和的烃残基，其中烃残基具有至少一个c-c双键。优选的烃残基例如包括乙烯基、1-丙烯基、2-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、异丁烯基、1-戊烯基、1-己烯基、1-庚烯基、1-辛烯基、1-壬烯基、1-癸烯基、1-十二烯基、1-十四烯基和1-十七烯基。

25、在本发明的意义上，术语c2-c17炔基包括具有2至17个碳原子的线性或分支的至少部分不饱和的烃残基，其中烃残基具有至少一个c-c三键。优选的烃残基例如包括乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、异丁炔基、1-戊炔基、1-己炔基、1-庚炔基、1-辛炔基、1-壬炔基、1-癸炔基、1-十二炔基、1-十四炔基和1-十七炔基。

26、在本发明的意义上，术语c6-c12环烷基包括具有6至18个碳原子的环形饱和的烃残基。优选的烃残基例如包括环己基、环庚基、环辛基、环壬基和环癸基。

27、在本发明的意义上，术语c6-c14芳基包括具有六个至十四个碳原子的芳香族烃残基。该术语相对应地包括单环、双环和三环芳香族烃残基。优选的芳香族烃残基例如包括苯基、萘基和蒽基。

28、同样，术语c6-c14芳基包括具有至少一个杂原子的杂芳香族烃残基，该杂原子从由氮、氧、硫和磷组成的组中选择。具有至少一个杂原子的合适的杂芳香族烃残基例如包括吡啶基、呋喃基、吡咯基和吲哚基。

29、醚和/或酯尤其可以用作具有至少一个氧原子的脂肪族烃骨架。

30、醚残基的合适示例是2-乙氧基乙基、2-甲氧基乙基、4-甲氧基丁基、2-(2-甲氧基乙氧基)乙基和peg氧基甲基(peg＝可变摩尔质量的聚乙二醇)。

31、酯残基的示例包括2-乙酰氧基甲基和2-(2-甲氧基乙酰氧基)甲基。

32、具有至少一个硫原子的脂肪族烃骨架的合适示例是硫醇peg4。

33、胺、尤其氨基醚可以用作具有至少一个氮原子的脂肪族烃骨架。

34、合适示例为2-二甲氨基-1-丁基和2-(2-二甲氨基乙氧基)乙基。

35、具有至少一个杂原子的脂肪族不饱和烃骨架的合适示例是有机残基，如6-甲氧基-1-己烯基、烯丙基氧甲基和4-乙氧基-2-丁炔基。

36、本发明的另一方面提出，一元羧酸在室温下是液态的。室温应理解为25℃的温度。以这种方式，可以保证组分(a)的烟火式材料的特别好的湿润性。

37、根据另一个实施方式，一元羧酸可以具有25℃至70℃、优选50℃至65℃、特别优选55℃至60℃范围内的熔点。这样的一元羧酸在室温下是固体的，并且可以通过供热来液化，例如通过在研磨爆燃填料复合物的组分时产生的摩擦热来液化。因此，可以在初始固态下处理熔点位于上述范围内的一元羧酸，并将其添加到组分(a)中。然后，在混合、尤其研磨组分时产生的摩擦热可以使一元羧酸熔化，从而实现与烟火式材料的特别好的混合。就此而言，可以特别容易地处理这种一元羧酸。

38、根据另一方面，一元羧酸是没有分支的饱和烷酸。这样的烷酸还可以被称为脂肪酸。

39、优选地，没有分支的饱和烷酸具有总式cnh2n+1cooh，其中n是1至17、优选3至12、特别优选4至9的自然数。

40、烷酸例如可以从乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸、十三酸、十四酸、十五酸、十六酸、十七酸和十八酸以及它们的组合中选择。

41、特别优选地，正庚酸用作基于一元羧酸的加工助剂。

42、此外，爆燃填料元件可以包括其他添加剂作为组分(c)，这些其他添加剂从由干燥剂、燃烧改性剂、粘合剂、稳定剂和造渣剂以及它们的组合的组中选择。

43、合适的添加剂例如是氧化铁、氧化镁、无定形二氧化硅、疏水二氧化硅、硬脂酸钙、润滑油、聚乙二醇、纤维素、甲基纤维素、石墨、蜡、硬脂酸镁、硬脂酸锌、氮化硼、滑石、膨润土、二氧化硅和硫化钼。

44、根据另一方面，爆燃填料元件包括以下组分：

45、(a)85重量％至99.99重量％、优选90重量％至98重量％的该至少一种烟火式材料，

46、(b)0.01重量％至5重量％、优选0.05重量％至1重量％、特别优选0.1重量％至1重量％的该至少一种基于一元羧酸、优选具有c3-c9烷基残基的一元羧酸的加工助剂，以及

47、(c)0重量％至15重量％、优选1重量％至9重量％的其他添加剂，

48、其中组分(a)至(c)的比例相加为100％。

49、与常规使用的基于羧酸盐的加工助剂不同，基于一元羧酸的加工助剂针对水解具有稳定性。因此，还可以降低添加剂的量、尤其以已知方式确保爆燃填料元件的保质期所需的干燥剂的量。优选地，通过使用基于一元羧酸的加工助剂，可以完全避免在爆燃填料元件中使用干燥剂。

50、因此，爆燃填料元件特别优选地不含硬脂酸盐作为加工助剂。

51、本发明还涉及一种用于制造爆燃填料元件的方法。该方法包括以下步骤：

52、a)将该至少一种烟火式材料、可选的其他添加剂和该至少一种基于一元羧酸的加工助剂混合；

53、b)研磨该至少一种烟火式材料、可选的其他添加剂和该至少一种基于一元羧酸的加工助剂，以得到爆燃填料复合物；以及

54、c)压制爆燃填料复合物，以形成爆燃填料元件。

55、利用上述用于制造爆燃填料元件的方法，可以特别简单且成本有效地制造这样的爆燃填料元件。添加基于一元羧酸的加工助剂尤其可以在第一方法步骤中改善上述组分的混合。由此，可以降低所使用的加工剂的量，并且/或者实现爆燃填料复合物的更高的堆积密度。此外，基于一元羧酸的加工助剂用作润滑剂以及松散助剂，因此简化了操作、尤其简化了在制造中使用的各个容器之间转注爆燃填料复合物。爆燃填料复合物例如可以特别容易地从磨机转注到压模中，而不会粘附在磨机和压模的壁上。在不依赖于任何理论的情况下，加工助剂尤其防止各个组分的结块和积聚，并且对应地妨碍或中断爆燃填料复合物的各个组分粘附在制造工具、例如压模或挤压杆上。

56、基于一元羧酸的加工助剂尤其可以随后添加到已经混合的组分中。换言之，取烟火式材料和可选的其他添加剂并且随后与基于一元羧酸的加工助剂混合。

57、优选地，即将开始方法步骤b)之前，即在研磨各个组分之前添加加工助剂。

58、因此，本发明还涉及一元羧酸在制造用于安全装置的爆燃填料元件时作为加工助剂的用途。关于一元羧酸的性质和优点，参考上述实施方式。

59、根据一个方面，加工助剂是在制造用于安全装置的爆燃填料元件时的研磨和压制助剂。