Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gaserzeugungsmittel-Formteil, das unter Bildung von Gaskomponenten unter Expandieren eines Airbag-Systems verbrannt wird, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die vorliegende Erfindung betrifft konkreter eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die Betriebsgase in Airbag-Systemen produziert, die in Kraftfahrzeugen und Luftfahrzeugen angeordnet sind und zum Schutz von Menschen verwendet werden.

Es sind Airbag-Systeme bekannt, bei denen ein Sack schnell durch Gas ausgedehnt wird, um zu verhindern, daß Insassen infolge der Trägheit kräftig gegen verletzende Spitzen und/oder harte Teile im Inneren von Kraftfahrzeugen (z.B Griffe und Windschutzscheiben), wenn Fahrzeuge wie z. B. Kraftfahrzeuge mit hoher Geschwindigkeit kollidieren, stoßen. Die Anforderungen an Gaserzeugungsmittel, die für Airbag-Systeme eingesetzt werden, sind sehr streng, wie z. B. daß die Sack-Expansionszeit sehr kurz ist, üblicherweise 40 bis 50 Millisekunden, und außerdem, daß die Gasatmosphäre im Sack für den menschlichen Körper ungefährlich sein sollte (ähnlich der Luftzusammensetzung in einem Auto).

Zur Zeit umfassen Gaserzeugungsmittel, die üblicherweise für Airbag-Systeme verwendet werden, anorganische Azid-Verbindungen, insbesondere Natriumazid. Natriumazid genügt den oben beschriebenen Anforderungen bezüglich der Sicherheit für die Insassen nicht, da eine Alkali-Komponente, die als Nebenprodukt bei der Gaserzeugung gebildet wird, toxisch ist, obgleich Natriumazid bezüglich der Brennbarkeit hervorragend ist. Da Natriumazid selbst auch toxisch ist, sind auch die Auswirkungen, die es auf die Umgebung ausübt, wenn es weggeworfen wird, von Bedeutung.

Um diese Mängel zu überwinden, wurden einige sogenannte Nicht-Azid-Gaserzeugungsmittel entwickelt und ersetzten Natriumazid-Gaserzeugungsmittel. Beispielsweise ist in der JP-A-3-208878 eine Zusammensetzung offenbart, die als Hauptkomponenten Tetrazol, Triazol oder Metallsalze davon und Sauerstoffenthaltene Oxidationsmittel wie alkalische Metallnitrate umfaßt. Außerdem sind in den JP-B-64-6156 und JP-B-64-6157 Gaserzeugungsmittel beschrieben, die als Hauptkomponenten Metallsalze von Bitetrazol-Verbindungen, die keinen Wasserstoff enthalten, umfassen.

In der JP-B-6-57629 wird darüber hinaus ein Gaserzeugungsmittel beschrieben, das einen Übergangsmetall-Komplex von Tetrazol oder Triazol enthält. Ein Gaserzeugungsmittel, das Triaminoguanidinnitrat enthält, wird in JP-A-5-254977 beschrieben; ein Gaserzeugungsmittel, das Carbohydrazid enthält, wird in JP-A-6-239683 beschrieben und ein Gaserzeugungsmittel, das Stickstoff-enthaltende Nicht-Metallverbindungen einschließlich Celluloseacetat und Nitroguanidin umfaßt, ist in der JP-A-7-61855 gezeigt. Ferner wird im US-Patent Nr. 5 125 684 die Verwendung von Nitroguanidin als Energiematerial, das zu 15 bis 35% aus einem Cellulose-Bindemittel besteht, beschrieben. In der JP-A-4-265292 wird eine Gaserzeugungs-Zusammensetzung beschrieben, die eine Kombination aus Tetrazol- und Triazol-Derivaten mit einem Oxidationsmittel und einem Schlacke-bildenden Mittel umfaßt.

Allerdings haben Stickstoff-enthaltene organische Verbindungen den Nachteil, daß sie, verglichen mit Azid-Verbindungen, während einer Verbrennung normalerweise eine große Menge an Wärme erzeugen, wenn ein Oxidationsmittel, das zu Sauerstofferzeugung in einer Menge, die dem chemischen Äquivalent entspricht, ausreicht, verwendet wird (d. h. in einer Menge, die zur Verbrennung von Kohlenstoff, Wasserstoff und anderen Elementen, die im Molekül der Verbindung enthalten sind, notwendig ist). Obgleich es für ein Airbag-System zusätzlich zur Leistungsfähigkeit des Gaserzeugungsmittels essentiell ist, daß das System selbst eine Größe hat, die beim normalen Fahren nicht störend ist, erfordert eine große Wärmeerzeugung des Gaserzeugungsmittels bei der Verbrennung das Vorhandensein eines fakultativen Teils zur Entfernung von Wärme, wenn ein Gasgenerator geplant wird, und damit wird es unmöglich, den Gasgenerator selbst zu miniaturisieren. Obgleich der Heizwert durch Auswahl der Art des Oxidationsmittels reduziert werden kann, wird die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit gleichfalls reduziert, was zur Reduzierung der Gaserzeugungsleistungsfähigkeit führt.

Wie oben beschrieben wurde, hat eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine Stickstoff-enthaltende organische Verbindung umfaßt, den Nachteil, daß sie normalerweise, verglichen mit Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen unter Verwendung von anorganischen Azid-Verbindungen, eine große Wärmemenge bei der Verbrennung erzeugt, wenn ein Oxidationsmittel verwendet wird, das zur Erzeugung von Sauerstoff in einer Menge, die dem chemischen Äquivalent davon entspricht, ausreichend ist. Als Resultat einer hohen Verbrennungstemperatur ist die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit gering.

Ein Problem, das durch hohe Verbrennungstemperaturen verursacht wird, besteht darin, daß die Säcke dadurch beschädigt werden, daß aus einer Aufblasvorrichtung (i) ein chemisches Reaktionsprodukt aus alkalischem Nebel, der aus den Oxidationsmittel-Komponenten, die in den Zusammensetzungen enthalten sind, besteht, zusammen mit (ii) heißen Körnern, die im Kühlungsteil durch Erosion eines Kühlelements, das in vielen Fällen aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, neu gebildet werden, freigesetzt wird. Wenn man auch eine Schlacke in der Verbrennungskammer bilden könnte, bevor die Nebel und heißen Körner im Kühlungsteil ankommen, könnte dies allerdings verhindern, daß die alkalischen Nebel, die aus den Oxidationsmittel-Komponenten erzeugt werden, und die heißen Körner, die in einer Verbrennungskammer neu gebildet werden, aus der Aufblasvorrichtung austreten. Auf diese Weise könnte ein Aufblassystem unter Verwendung einer geringen Menge eines Kühlmittels verwirklicht werden, ohne daß der Sack in verhängnisvoller Weise beschädigt wird, da die erzeugten Gase, obgleich sie hohe Temperaturen haben, nur eine geringe Wärmekapazität aufweisen. Dies würde es möglich machen, eine Aufblasvorrichtung geringerer Größe zu verwirklichen.

Nicht-Azid-Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen unter Verwendung verschiedener Stickstoff-enthaltender organischer Verbindungen einschließlich Tetrazol-Derivate wurden bereits früher untersucht. Obgleich die linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten der Zusammensetzung in Abhängigkeit von Art des damit kombinierten Oxidationsmittels variieren, haben fast alle derartigen Zusammensetzungen eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit von 30 mm/s oder weniger.

Die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit beeinflußt die physikalische Form einer Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung zur Erfüllung der geforderten Leistungen.

Bei einer Form einer Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wird die Verbrennungszeit der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in Abhängigkeit von geringsten Dicke der Dicke in einem dicken Teil davon bestimmt; das gleiche gilt für die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung. Die Sack-Ausdehnungszeit, die von Aufblassystemen gefordert wird, beträgt etwa 40 bis 60 Millisekunden.

Um innerhalb dieser Zeit vollständig zu verbrennen, wird in vielen Fällen eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in Granulatform und in Scheibenform verwendet. Allerdings wird eine Zeit von 100 Millisekunden verlangt, z. B. wenn die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 20 mm/s bei einer Dicke von 2 mm ist; demnach kann die erforderliche Aufblasleistung für einen Kraftfahrzeug-Airbag nicht zufriedenstellend sein.

Dementsprechend kann die Leistung bei einer Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit von etwa 20 mm/s hat, nicht befriedigen, wenn die Dicke nicht etwa 1 mm ist. Bei einer linearen Verbrennungsgeschwindigkeit von etwa 10 mm/s oder weniger besteht daher eine essentielle Bedingung darin, daß die Dicke des dicken Teils noch geringer ist.

Obgleich die Kombination eines Oxidationsmittel wie Natriumnitrat und Kaliumperchlorat mit einem Gaserzeugungsmittel zur Erhöhung der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit bekannt ist, wird Natriumoxid aus Natriumnitrat oder Kaliumchlorid aus Kaliumperchlorat aus dem Aufblassystem in Form einer Flüssigkeit oder eines festen feinen Pulvers freigesetzt und, falls kein Schlacke-bildendes Mittel vorhanden ist, ist es äußerst schwierig, die Menge, die daraus freigesetzt wird, mit herkömmlichen Filtern auf ein zulässiges Ausmaß zu verringern.

Zur Erzielung einer Dicke eines dicken Teils in Granulatform oder Scheibenform, die in vielen Fälle verwendet werden, wenn die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit etwa 10 mm/s oder weniger ist, ist die Dicke von etwa 0,5 mm oder weniger essentiell. Allerdings ist es in der Praxis fast unmöglich, eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine solche Dicke hat, zu produzieren, wenn dieselbe in Granulatform oder Scheibenform vorliegt, so daß sie Vibration von Kraftfahrzeugen über einen langen Zeitraum aushält und technisch stabil ist.

DE-A-195 48 919 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die insbesondere Dicyandiamid als Stickstoff-enthaltende organische Verbindung, Nitrate wie Strontiumnitrat als Oxidationsmittel und einen Binder wie Natrium-Carboxymethylcellulose enthält.

EP-A-0661253 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung unter Verwendung von Dicyanamid-Salzen. Strontiumnitrat wird als als Oxidationsmittel offenbart, und gegebenenfalls kann ein Binder zugegeben werden, bei dem es sich beispielsweise um Natrium-Carboxymethylcellulose handeln kann.

DE-U-94 16 112 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die Nitroguanidin, mindestens ein Erdalkalimetallnitrat als Oxidationsmittel und Carboxymethylcellulose enthält.

EP-A-0607446 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die Nitroguanidin und ein Halogenoxosalz als Oxidationsmittel enthält. Die Zusammensetzung kann ferner außerdem Carboxymethylcellulose enthalten.

US-A-4386979 betrifft eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die eine Cyanoamid-Verbindung und ein Oxidationsmittel enthält, beispielsweise ein Erdalkalinitrat.

EP-A-0673809 betrifft ein Aufpumpsystem für ein aufpumpbares Automobilsicherheitssystem, dass einen ein Treibmittel enthaltenden Sicherheits-Airbag aufweist. Diese Treibmittel können auf Nitrocellulose basieren.

Aufgabe war, eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung mit einer geringeren linearen Verbrennungsgeschwindigkeit, die innerhalb einer bestimmten Zeit verbrannt werden kann, durch Formen in eine bestimmten Ausgestaltung bereitzustellen, deren Leistungfähigkeit als Gaserzeugungsmittel für Airbags ausreichend ist.

Diese Aufgabe wird durch die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 und 5 sowie das Aufpumpsystem nach Anspruch 9 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

1 zeigt das Aussehen eines Gaserzeugungsmittel-Formteils für Airbags gemäß der vorliegenden Erfindung, worin L die Länge darstellt; R den Außendurchmesser darstellt und d den Innendurchmesser darstellt.

Die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die in der vorliegenden Endung verwendet wird, wird hergestellt, indem ein Bindemittel und ein Schlacke-bildendes Mittel zu einer Stickstoff-enthaltenden organischen Verbindung und einem Oxidationsmittel gegeben werden. Um die Wärmeerzeugung zu unterdrücken, wird eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung verwendet, die eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit aufweist, welche in den Bereich von 1 bis 12,5 mm/s fällt.

Die vorliegende Erfindung hat es möglich gemacht, eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung mit einer linearen Verbrennungsgeschwindigkeit von etwa 10 mm/s oder weniger für die Herstellung von Kraftfahrzeug-Airbags zu verwenden und hat es ferner möglich gemacht, ein stärker miniaturisiertes Aufblassystem, einschließlich guter Qualität der resultierenden gebildeten Gase, einer praktischen Verwendung zuzuführen.

Die Stickstoff-enthaltende Verbindung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist Nitroguanidin im Hinblick auf die geringe Kohlenstoffatomzahl im Molekül. Nitroguanidin umfaßt nadelförmiges kristallines Nitroguanidin mit einem geringen spezifischen Gewicht und Nitroguanidin massiver Kristallgröße, das ein hohes spezifisches Gewicht hat. Die Verwendung von Nitroguanidin mit hohem spezifischen Gewicht ist auch vorteilhaft unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit bei der Produktion in Gegenwart einer geringen Menge Wasser und der Einfachheit bei der Handhabung.

Die verwendete Menge liegt üblicherweise im Bereich von 25 bis 60 Gew.-%, bevorzugter im Bereich von 30 bis 40 Gew.-%. Die Konzentration an CO, das in Spurenmengen im erzeugten Gas vorhanden ist, nimmt zu, wenn sie größer ist als die theoretische Menge für die vollständige Oxidation ist. Wenn sie allerdings in derselben oder in geringerer Menge als die theoretische Menge für die vollständige Oxidation verwendet wird, nimmt die Konzentration an NOx, das in Spurenmengen im erzeugten Gas enthalten ist, zu. Am günstigsten ist ein Bereich, in dem beide Gase im optimalen Gleichgewicht gehalten werden.

Strontiumnitrat kann als Oxidationsmittel verwendet werden. Was seine Menge angeht, so liegt das Oxidationsmittel normalerweise in einer Menge im Bereich von 40 bis 65 Gew.-% und insbesondere im Bereich von 45 bis 60 Gew.-%, bezüglich der oben beschrieben Konzentrationen an CO und NOx vor.

Nitrate sind unter den Gesichtspunkten, z. B. der Reduzierung der Anzahl von Sauerstoffen, die in einem Nitrit-Molekül verglichen mit dem von Nitrat enthalten sind, oder der Reduzierung der Bildung feiner Pulvernebel, die leicht aus dem Sack freigesetzt werden, bevorzugt.

Die Funktion des Schlacke-bildenden Mittels besteht darin, zu bewirken, daß Alkalimetall- oder Erdalkalimetalloxide, die durch Zersetzung einer Oxidationmittel-Komponente, die in der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung enthalten ist, gebildet werden, in einer Verbrennungskammer bleiben, indem sie z. B. aus einer flüssigen Form in eine feste Form umgewandelt werden, um zu verhindern, daß sie als Nebel aus dem Aufblassystem freigesetzt werden. Das Schlacke-bildende Mittel kann in Abhängigkeit von den verschiedenen verwendeten Metallkomponenten ausgewählt und optimiert werden.

Ein Schlacke-bildendes Mittel, das unter den folgenden Elementen wie z. B. natürlich produzierter Ton, der Aluminosilicat als Hauptkomponente umfaßt (z. B. Bentonit und Kaolin), künstlicher Ton (z. B. synthetischer Glimmer, synthetischer Kaolinit und synthetischer Smektit), Ton (der ein Glied der Magnesiumsilicathydrat-Mineralienfamilie ist) und Siliciumdioxid ausgewählt ist, kann verwendet werden. Japanischer säureaktivierter Ton kann als bevorzugtes Schlacke-bildendes Mittel genannt werden.

Was die Viskosität und den Schmelzpunkt z. B. des Oxid-Gemisches in einem ternären System aus Calciumoxid, das aus Calciumnitrat gebildet wird, und Aluminiumoxid und Siliciumoxid, die Hauptkomponenten in Ton sind, angeht, so schwankt die Viskosität zwischen 3,1 Poise bis etwa 1000 Poise im Bereich von 1350°C bis 1550°C, was vom Zusammensetzungsverhältnis abhängt. Der Schmelzpunkt schwankt in Abhängigkeit von der Zusammensetzung zwischen 1350°C bis 1450°C. Das Schlackenbildungsvermögen kann entsprechend dem Zusammensetzungsverhältnis der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung unter Ausnutzung dieser Eigenschaften gezeigt werden.

Obgleich die Menge des Schlacke-bildenden Mittels, die verwendet werden soll, im Bereich von 1 bis 20 Gew.-% liegen kann, ist der Bereich von 3 bis 7 Gew.-% vorteilhaft. Wenn die Menge zu groß ist, kommt es zu einer Reduzierung der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit und der Gaserzeugungseffizienz; und wenn sie zu gering ist, kann kein ausreichendes Schlackenbildungsvermögen gezeigt werden.

Das Bindemittel ist eine essentielle Komponente, um ein erforderlichen Formteil aus der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung zu erhalten, und es können viele Verbindungen verwendet werden, so lange sie in Gegenwart von Wasser und Lösungsmittel Viskosität haben und auf den Verbrennungsmechanismus der Zusammensetzung keinen zu großen nachteiligen Effekt ausüben. Obgleich Polysaccharid-Derivate wie z. B. Metallsalze von Carboxymethylcellulosen, Hydroxyethylcellulosen, Celluloseacetaten, Cellulosepropionaten, Celluloseacetatbutyraten, Nitrocellulosen und Stärken als verwendbar beschrieben werden, werden wasserlösliche Bindemittel im Hinblick auf die Sicherheit bei der Herstellung und der Einfachheit der Handhabung bevorzugt. Metallsalze von Carboxymethylcellulosen, insbesondere Natriumsalze derselben können als am stärksten bevorzugte Beispiele genannt werden.

Die zu verwendende Menge des Bindemittels liegt im Bereich von 3 bis 12 Gew.-% und der Bereich von 4 bis 12 Gew.-% ist noch vorteilhafter. Obgleich die Bruchfestigkeit des Formteils am oberen Ende des Bereichs stärker wird, sind derartig große Mengen nicht günstig, denn je größer die Menge ist, desto größer ist die Menge des Elements Kohlenstoff und des Elements Wasserstoff in der Zusammensetzung und desto größer ist die Konzentration an Spurenmengen CO-Gas, das durch unvollständige Verbrennung des Elements Kohlenstoff gebildet wird. Dadurch wird die Qualität des im Airbag produzierten Gases verringert. Insbesondere wenn das Bindemittel in Mengen von über 12 Gew.-% im Airbag vorhanden ist, wird eine Erhöhung des relativen Vorliegens des Oxidationsmittels notwendig, was wiederum den relativen Anteil der Gaserzeugungsmittel-Verbindung verringert; und daher wird es schwierig, ein Aufblassystem zu erhalten, das der praktischen Verwendung zugeführt werden kann.

Als Sekundäreffekt hat das Natriumsalz der Carboxymethylcellulose den Effekt, daß durch Vorliegen eine Mikromischzustandes molekularer Ordnung von Natriumnitrat, der durch Transmetallierung mit Nitraten bei der Herstellung des Formteils unter Verwendung von Wasser gebildet wird, wie es später beschrieben wird, die Zersetzungstemperaturen von Nitraten, die die Oxidationsmittel sind, insbesondere von Strontiumnitrat, das eine Zersetzungstemperatur hat, zu einer niederen Temperaturseite unter Erhöhung der Brennbarkeit verschoben werden.

Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung ist eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, umfassend:

• (a) etwa 30 bis 40 Gew.-% Nitroguanidin,
• (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% Strontiumnitrat,
• (c) etwa 3 bis 7 Gew.-% Japanischer säureaktivierter Ton und
• (d) etwa 4 bis 12 Gew.-% des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose.

Erfindungsgemäß wird ein Gaserzeugungsmittel-Formteil für Airbags hergestellt, indem eine Zusammensetzung, die eine lineare Verbrennungsgeschwindigkeit von 1 bis 12,5 mm/s hat, zu einer zylindrischen Form geformt wird, die ein Öffnungsloch hat, wobei die Zusammensetzung umfaßt:

• (a) etwa 25 bis 60 Gew.-% Nitroguanidin,
• (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% eines Strontiumnitrats,
• (c) etwa 1 bis 20 Gew.-% eines Schlacke-bildenden Mittels und
• (d) etwa 3 bis 12 Gew.-% Natrium-Carboxymethylcellulose.

Die Menge des Stickstoff-enthaltenden Mittels, das in der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung verwendet werden soll, schwankt in Abhängigkeit von der Anzahl der Elemente, die das Stickstoff-enthaltende Mittel bilden, seinem Molekulargewicht und der Kombination mit dem Oxidationsmittel und anderen Zusatzstoffen. Vorteilhafterweise ist der Sauerstoffausgleich, der durch die Kombination mit dem Oxidationsmittel und anderen Zusatzstoffen entsteht, nahe Null. Allerdings kann ein optimales Zusammensetzungs-Formteil erhalten werden, indem das Sauerstoffgleichgewicht zu einer positiven Seite oder zu einer negativen Seite gesteuert wird, was von den Konzentrationen an erzeugtem Co und NOx abhängt, die wie oben beschrieben in Spurenmengen vorliegen.

Obgleich z. B. Kaliumnitrat ein Oxidationsmittel ist, das üblicherweise für Gaserzeugungsmittel verwendet wird, ist es im Hinblick auf die thermische Belastung, die wie oben beschrieben auf das Kühlmittel und Filtriermittel ausgeübt wird, nicht bevorzugt, da der Hauptrestbestandteil bei der Verbrennung Kaliumoxid oder Kaliumcarbonat ist; Kaliumoxid wird bei etwa 350°C zu Kaliumperoxid und metallisches Kalium abgebaut und außerdem hat Kaliumperoxid einen Schmelzpunkt von 763°C und ist im Betriebszustand des Gasgenerators in flüssigem oder gasförmigen Zustand.

Strontiumnitrat wird als das in der vorliegenden Erfindung zu verwendende spezifische Oxidationsmittel genannt. Die Hauptrestkomponente von Strontiumnitrat bei der Verbrennung ist Strontiumoxid, das einen Schmelzpunkt von 2430°C hat und selbst im Betriebszustand des Gasgenerators fast in festem Zustand ist.

Im allgemeinen werden Verfahren, die bisher bereits bekannt waren wie z. B. Tablettenformen, Extrudierformen und dgl. angewendet, um eine explosive Zusammensetzung unter Verwendung eines Bindemittel zu einer spezifischen Dicke zu formen. Wenn die Zusammensetzung als Gaserzeugungsmittel für Airbags wie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist es unter dem Gesichtspunkt der linearen Verbrennungsgeschwindigkeit bevorzugt, ein Formteil mit einer relativ geringen Dicke zu formen; zum Erhalt der erforderlichen Festigkeit ist es bevorzugt, daß das Formteil zu einer zylindrischen Form geformt ist, die ein Öffnungsloch oder ein Durchgangsloch aufweist; dieses Formen wird durch Anwendung eines Extrudier- und Spritzgießverfahrens durchgeführt.

Erfindungsgemäß wird ein Gaserzeugungsmittel-Formteil mit einer Leistungsfähigkeit, daß es fähig ist, auf Airbag-Systeme angewendet zu werden, erhalten, indem Wasser, nachdem die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung, die oben beschrieben wurde, einem Trockenvermischen unterzogen wurde, zugegeben wird, ein Vermischen der Aufschlämmung durchgeführt wird, bis das Gemisch ausreichend homogen wird, dann mit einer Extrudier-Formmaschine, die mit einer Düse ausgestattet wird, geformt wird, das Extrudat auf eine geeignete Länge geschnitten wird und getrocknet wird.

Das Gaserzeugungsmittel kann zu einer zylindrischen Form mit einem Öffnungsloch, wie sie in 1 dargestellt ist, verarbeitet werden, indem sie nach dem Formen durch Extrudieren zu einer geeigneten Länge geschnitten wird. Außerdem ist es im Verfahren des Extrudierens und Formens möglich, die Dicke zu steuern, indem der Außendurchmesser unter Verwendung einer Düse auf einem fixierten Level gehalten wird und der Innendurchmesser verändert wird.

Die Verwendung einer solchen Form macht es möglich, eine Wärmeerzeugung zu unterdrücken und von der Außenseite und der Innenseite des Zylinders zu verbrennen; auf diese Weise kann eine ausgezeichnete lineare Verbrennungsgeschwindigkeit erreicht werden, die zur Anwendung auf Airbags ausreichend ist. Obgleich der Außendurchmesser (R), der Innendurchmesser (d) und die Länge (L) des zylindrischen Formteils, das ein Öffnungsloch hat, in geeigneter Weise in einem Bereich eingestellt werden können, in dem es für Gasgeneratoren anwendbar ist, ist es unter Berücksichtigung der praktischen Verwendbarkeit und der Verbrennungsgeschwindigkeit wünschenswert, daß der Außendurchmesser 6 mm oder weniger ist und daß das Verhältnis (L/W) der Länge (L) zu der Dicke = (R-d)/2 vorzugsweise 1 oder mehr ist. Die erfindungsgemäßen Formteile können in einer verlangten Verbrennungszeit verbrannt werden, selbst wenn die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit gering ist, und durch Mitverwendung eines Schlacke-bildenden Mittels ist ein fakultativer Teil zur Wärmeentfernung nicht notwendig, was es möglich macht, den Gasgenerator selbst zu miniaturisieren.

Als nächstes wird eine bevorzugte Ausführungsform zur Durchführung des Herstellungsverfahrens unter Erhalt des Formteils, das in der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, erläutert.

Zunächst wird ein Zusammensetzungsklumpen durch einen Knetprozeß unter Verwendung von 10 bis 30 Gew.-%, Wasser, bezogen auf die Menge der erforderlichen endgültigen Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung hergestellt; die Wassermenge hängt dabei von der Korngröße und der Schüttdichte der Ausgangsmaterialien ab. Die Reihenfolge des Zumischens unterliegt keinen besonderen Beschränkungen und es kann eine beliebige Reihenfolge angewendet werden, durch welche die Produktionssicherheit am besten aufrecht erhalten wird. Nach Entfernung von überschüssigem Wasser, wenn notwendig, wird dann der Zusammensetzungsklumpen durch eine Düse mit einer festgelegten Form, die eine zylindrische Form mit einem Öffnungsloch ergibt, unter einem Druck von üblicherweise 40 bis 80 kg/cm², in einigen Fällen 130 bis 140 kg/cm², extrudiert, wobei ein Material in zylindrischer Strangform erhalten wird. Bevor die Oberfläche des strangförmigen Materials getrocknet wird, wird es mit Hilfe eines Schneiders zu der verlangten Länge geschnitten und dann getrocknet, wodurch ein gewünschtes Formteil mit einer Lochöffnung erhalten werden kann. Die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wird bestimmt, indem sie unter einem Druck 70 kgf/cm² in einem Behälter, der ein Volumen von 1 l hat und der vorher mit Stickstoff gespült wurde, verbrannt wird und die Druckänderung im Behälter mit Hilfe eines Druckfühlers analysiert wird.

Obgleich die Form des Formteils durch die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der Endzusammensetzung bestimmt wird, ist es bei Zusammensetzungen mit linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten von etwa 10 mm/s und weniger vorteilhaft, ein zylindrisches Formteil mit einem Durchgangsloch zu bilden, dessen Außendurchmesser 1,5 bis 3 mm ist und dessen Länge 0,5 bis 5 mm ist. Insbesondere bei der Zusammensetzung, die 35 Gew.-% Nitroguanidin, 50 Gew.-% Strontiumnitrat, 5 Gew.-% Japanischen säureaktivierten Ton und 10 Gew.-% Natriumsalz von Carboxymethylcellulose enthält, ist es bevorzugt, ein zylindrisches Formteil mit einer Durchgangsöffnung zu bilden, wobei der Außendurchmesser des Formteil 2,2 bis 2,75 mm ist, der Innendurchmesser 0,56 bis 0,80 mm und die Länge 2,5 bis 3,2 mm ist.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung auch ein Aufblassystem unter Verwendung eines Gaserzeugungsmittel-Formteils für Airbags bereit, das hergestellt wird, indem eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung einem Knetprozeß unterzogen wird, daraus nach Zugabe von Wasser oder einem Lösungsmittel ein Zusammensetzungsklumpen geformt wird, der Zusammensetzungsklumpen durch eine Düse unter Druck extrudiert wird, wodurch eine zylindrische Form mit einem Öffnungsblock gebildet wird, und diese geschnitten und getrocknet wird; dabei umfaßt die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung:

• (a) etwa 25 bis 60 Gew.-% Nitroguanidin,
• (b) etwa 40 bis 65 Gew.-% Strontiumnitrat,
• (c) etwa 1 bis 20 Gew.-% eines Schlacke-bildenden Mittels und
• (d) etwa 3 bis 12 Gew.-% Natrium-Carboxymethylcellulose.

Wenn die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Aufblassystem verwendet wird, bestehen keine besonderen Beschränkungen. Allerdings ist eine Kombination mit einer Aufblassystemstruktur am günstigsten, bei der die Merkmale der Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in wirksamer Weise hervortreten.

Dementsprechend wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich, ein Gaserzeugungsmittel-Formteil mit hohem Heizwert und hoher Verbrennungsleistung herzustellen, indem Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen verwendet werden, die eine geringe lineare Verbrennungsgeschwindigkeit haben. Dies ist wichtig, da bisher eine solche Zusammensetzung nicht fähig war, zufriedenstellende Leistungen zu bringen, obgleich diese Zusammensetzung unter dem Sicherheitsgesichtspunkt Aufmerksamkeit geschenkt wurde.

Dementsprechend werden durch die vorliegende Erfindung eine neue Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung für Airbags, die eine Stickstoff-enthaltende organische Verbindung und ein Oxidationsmittel enthält, sowie ein Formteil unter Verwendung derselben bereitgestellt. Durch die vorliegende Erfindung kann auch ein Weg zur Miniaturisierung eines Gasgenerators zur Anwendung in einem Airbag-System erreicht werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun spezifisch anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen erläutert. Allerdings wird die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch diese Beispiele beschränkt.

Zu 35 Teilen (im folgenden stellen Teile Gew.-Teile dar) Nitroguanidin hoher Dichte (im folgenden als NQ abgekürzt) wird Wasser in einer Menge von 15 Teilen, bezogen auf die Gesamtmenge der Zusammensetzung, gegeben, dann wird gemischt und geknetet.

Getrennt davon werden 50 Teile Strontiumnitrat, 5 Teile japanischer säureaktivierter Ton und 10 Teile des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose in trockenem Zustand gemischt; dann werden sie zu dem nassen gemischten Pulver, das oben beschrieben wurde, gegeben, worauf ein weiteres Kneten folgt. Dann wird das geknetete Gemisch durch eine Düse mit einem Außendurchmesser von 2,5 mm und einem Innendurchmesser von 0,80 mm bei einem Druck von 80 kg/cm² extrudiert, wodurch ein Material als zylindrischer Strang mit einer Durchgangsöffnung hergestellt wird. Mit einem Schneider wird ferner dieses Material in Strangform zu einer Länge von 2,12 mm geschnitten, sein Feuchtigkeitsgehalt wird durch Trocknung reduziert, wodurch ein Gaserzeugungsmittel-Formteil erhalten wird. Die Resultate des 60 l-Tanktests bei Raumtemperatur, die unter Verwendung von 38 g dieses Gaserzeugungsmittel-Formteils erhalten werden, sind im folgenden angegeben. Die lineare Verbrennungsgeschwindigkeit der vorliegenden Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung war 8,1 mm/s.

Der maximale Druck des Tanks war 1,83 kg/cm² und die Zeit bis zum Erreichen des maximalen Drucks war 55 Millisekunden.

Während die Nebelmenge im Tank 700 mg oder weniger war, war das Innere des Tanks sehr sauber und die Konzentrationen der Gase wie z. B. CO und NOx, die in Spurenmengen vorhanden waren, lagen innerhalb der Werte, die im allgemeinen von den Autoherstellern gefordert werden.

Die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungsformteile wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, außer daß die Gew.-Teile der jeweiligen Komponenten oder die Formen der Formteile geändert wurden, wie es in Tabelle 1 angegeben ist.

Die linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 5 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und die Gesamtheizwerte, die erhalten werden, wenn die Mengen der Zusammensetzungen, die zur Erzeugung einer festgelegten erzeugten Gasmenge notwendig sind, verwendet werden, sind in Tabelle 2 angegeben.

Die Resultate des Tanktests sind in Tabelle 3 angegeben.

12 Teile Dicyandiamid, 53 Teile Strontiumnitrat, 30 Teile Kupferoxid und 5 Teile des Natriumsalzes von Carboxymethylcellulose wurden jeweils in Pulverform in trockenem Zustand gut vermischt; außerdem wurden 12,5 Teile Wasser zugegeben und die Aufschlämmung gemischt, bis sie ausreichend homogen war. Nach dem Vermischen der Aufschlämmung wurde ein Formen durch Extrudieren bei einem Formungsdruck von 60 bis 70 kgf/cm² und einer Extrudiergeschwindigkeit von 0,2 cm/min durchgeführt, wobei ein Extruder und eine Formungsmaschine, ausgestattet mit einer Düse mit einem Außendurchmesser von 1,6 mm und einem Innendurchmesser von 0,56 mm verwendet wurde; anschließend wurde zu einer Länge von etwa 5 mm geschnitten. Nach dem Schneiden wurde über 15 h oder mehr bei 50°C getrocknet, wobei eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung erhalten wurde (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 7,8 mm/s, Gesamtheizwert 22,2 kcal). Die Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wurde mit einer Gewichtsausbeute von 80% oder mehr erhalten. Durch Verwendung von 54 g dieser Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung wurde ein vorgeschriebener Tanktest durchgeführt (Verfahren ist in JP-B-52-3620 und JP-B-64-6156 beschrieben). Es wurde ein Tankdruck von 1,22 kg/cm² und eine Zeit bis zum Erreichen des maximalen Drucks von 50 Millisekunden erreicht; diese Werte liegen innerhalb der geforderten Bereiche, in denen eine praktische Verwendung ohne Beschädigung eines Wärmeentfernungsmittels aus Metall und eines Filters möglich sind.

Es wurde eine Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 7,6 mm/s, Gesamtheizwert 22,1 kcal) in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 hergestellt. Der Tanktest wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 durchgeführt, außer daß die Zugabemengen in 10 Teile Dicyandiamid, 35 Teile Strontiumnitrat, 50 Teile Kupferoxid und 5 Teile Natriumsalz von Carboxymethylcellulose geändert wurden und daß das Gewicht der Zusammensetzung 65 g war. Es wurde ein Tankdruck von 1,31 kg/cm² und eine Zeit von 55 ms bis zur Erreichung des maximalen Drucks erreicht. Die Werte liegen innerhalb der verlangten Bereiche, wo eine praktische Verwendung ohne Beschädigung des Wärmeentfernungsmittels aus Metall und des Filters möglich ist.

Es wurde ein Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzung in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, allerdings mit der Ausnahme, daß die Zugabemengen in 13 Teile Dicyandiamid, 32 Teile Strontiumnitrat, 50 Teile Kupferoxid und 5 Teile Carboxymethylcellulose-Natriumsalz geändert wurden. Die Zusammensetzung wurde geformt, so daß sie einen Außendurchmesser von 1,15 mm, einen Innendurchmesser von 0,34 mm und eine Länge von 0,52 mm hatte (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 6,1 mm/s, Gesamtheizwert 22,2 kcal). Unter Verwendung von 67 g dieses Formteils wurde der Tanktest in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 durchgeführt. Es wurde ein Tankdruck von 1,67 kg/cm² und eine Zeit, bis zur Erreichung des maximalen Drucks, von 47 Millisekunden erreicht. Es wurde ein Resultat erzielt, bei dem Leistungseinstellbereich breiter war und bei dem keine Beschädigung des Wärmeentfernungsmittels aus Metall und des Filters auftrat.

Mit derselben Zusammensetzung wie der von Beispiel 6 wurde ein Mischen der Aufschlämmung durchgeführt und nach dem Mischen der Aufschlämmung wurde dieser zu flockigem Stranggranulat mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 1 mm mit einer herkömmlichen Hubformungsmaschine geformt. Die Gewichtsausbeute des flockenförmigen Granulats war 20% oder weniger, bezogen auf das zugeführte Gewicht, und das Granulat zeigte keine Festigkeit, die für eine praktische Verwendung geeignet war.

Nach Zugabe von 10 Teilen Wasser wurden die Pulver aus 23 Teilen Dicyandiamid, 57 Teilen Strontiumnitrat und 20 Teilen Kupferoxid vermischt, bis das Gemisch ausreichend homogen wurde. Nach Einstellung der Feuchtigkeit wurde es zu flockigen Pellets (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 24,0 mm/s, Gesamtheizwert 28,6 kcal) mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Dicke von 2 mm unter Verwendung einer herkömmlichen Hubformungsmaschine geformt. Der Tanktest wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 unter Verwendung von 50 g der Zusammensetzung durchgeführt. Allerdings wurde der Filter schwer beschädigt und der erforderliche Tankdruck konnte nicht erzielt werden.

Die Zusammensetzung wurde in der gleichen Weise wie in Vergleichsbeispiel 2, außer daß 19 Teile Dicyandiamid, 31 Teile Strontiumnitrat und 50 Teile Kupferoxid verwendet wurde zu Pellets geformt (lineare Verbrennungsgeschwindigkeit 9,1 mm/s, Gesamtheizwert 25,3 kcal); dann wurde der Tanktest in der gleichen Weise wie bei Beispiel 6 unter Verwendung von 60 g des Formteils durchgeführt. Die Verbrennungszeit war 100 ms oder mehr, und somit konnten die Anforderungen für eine praktische Leistung nicht erfüllt werden.

Die linearen Verbrennungsgeschwindigkeiten der jeweiligen Gaserzeugungsmittel-Zusammensetzungen der Beispiele 6 bis 8 und die Gesamtheizwerte, die erhalten wurden, wenn die für die Erzeugung einer festgesetzten erzeugten Gasmenge notwendigen Mengen der Zusammensetzung verwendet wurden, sind in Tabelle 4 angegeben.