DE4442037C1 - Gaserzeugende Mischung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem Oxidator und gegebenenfalls einem Kühlmittel.

Gaserzeugende Mischungen der vorgenannten Art - auch Gas­ generatorsätze genannt - zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei Verbrennung eine hohe Gasausbeute (< 14 mol/kg) ermöglichen. Sie werden für aufblasbare Rückhalte- (Air­ bag) und Rettungssysteme, Feuerlöscheinrichtungen sowie für unempfindliche Festtreibstoffe für Raketen- und Rohrwaffenantriebe eingesetzt. Besonders im zivilen Bereich werden thermisch-mechanische Unempfindlichkeit und Ungiftigkeit der Ausgangsmischungen, aber auch feh­ lende Toxizität bei den entstehenden Gasen gefordert. Viele im Einsatz befindliche Systeme erfüllen diese Forderungen nicht oder nur sehr unzulänglich.

Bei Airbag-Systemen wurden zunächst gaserzeugende Mi­ schungen auf der Basis von Natriumazid eingesetzt und erprobt, das jedoch wegen seiner Toxizität und der ent­ stehenden Feststoffpartikel problematisch ist. Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei den sogenannten Hybrid- Gasgeneratoren, bei denen Nitramine oder Perchlorate eingesetzt werden.

Es hat deshalb nicht an Anstrengungen gefehlt, insbeson­ dere ungiftige Ausgangsverbindungen bereitzustellen. Hierzu zählen vor allem stickstoffreiche und kohlen­ stoffarme Brennstoffe, wie TAGN, NIGU und NTO. Besonders gute Ergebnisse konnten mit Diguanidinium 5,5′-azotetra­ zolat (GZT) erzielt werden (DE 41 08 225 C1). Sowohl die Ausgangsmischung als auch die entstehenden Gase sind weitgehend ungiftig und bestehen zum überwiegenden Teil aus Stickstoff. Auch zeigt diese Substanz ein gutes Abbrandverhalten. Nachteilig ist allerdings auch hierbei die Tatsache, daß die CO- und NO_x-Problematik simultan gelöst werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gaserzeu­ gende Mischung vorzuschlagen, die selbst und deren Ver­ brennungsprodukte ungiftig sind und die bei hoher Ab­ brandgeschwindigkeit eine lange Lebensdauer und Funk­ tionstüchtigkeit auch unter extremen Einsatzbedingungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennstoff aus einer Mischung aus Kupfertetrammin­ dinitrat [Cu(NH₃)₄](NO₃)₂ und einem eine große Sauer­ stoff-Reaktionsfähigkeit aufweisenden, pulverförmigem Metall oder Halbmetall oder Legierungen derselben besteht.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene anorganische Brenn­ stoff-Mischung bietet den Vorteil, daß bei der Verbren­ nung keine CO₂- bzw. CO-Schadgase entstehen. Durch die Verwendung des Metallpulvers läßt sich das Abbrand­ verhalten der Reaktionsmischung in weiten Bereichen einstellen. Bei der Verbrennung baut sich der Maximal­ druck innerhalb weniger Millisekunden auf, wobei ferner die Verbrennungstemperatur relativ niedrig liegt, so daß insbesondere bei Airbag-Systemen auch thermisch empfind­ liche Sackmaterialien nicht gefährdet werden.

Das Metallpulver ist vorzugsweise amorphes Bor in einer Korngröße < 20 µm.

In weiterhin bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, daß der Oxidator ein basisches Kupfernitrat, nämlich Cu(NO₃)₂·3Cu(OH₂) ist.

Der vorgeschlagene Oxidator zeichnet sich dadurch aus, daß er nicht hygroskopisch ist und damit die Mischung auch unter feuchten Umgebungsbedingungen lange funktions­ tüchtig bleibt. Ferner trägt dieser Oxidator zu einer relativ niedrigen Verbrennungstemperatur bei. Dabei können gegebenenfalls zusätzlich noch Kühlmittel, wie Fe₂O₃-Pulver, zugesetzt werden, wobei zusätzlich dessen oxidative Eigenschaften in der Reaktionsmischung genutzt werden können (EP 0 536 525 A1).

Eine in der Praxis bewährte Mischung zeichnet sich da­ durch aus, daß sie aus Bor, [Cu(NH₃)₄](NO₃)₂ und Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂ mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und der Zusammensetzung 3,65 : 69,33 : 27,02 Massen-% besteht.

Beispiel

Es wird eine Mischung bestehend aus amorphem Bor, [Cu(NO₃)₄](NO₃)₂ und Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂ im Verhältnis 3,65 : 69,33 : 27,02 Massen-% hergestellt. Diese Formulie­ rung wird bezüglich ihres Anzünd- und Verbrennungsverhal­ tens experimentell in der ballistischen Bombe untersucht. Dabei wird das beigefügte Druckverlaufsdiagramm erhalten. Das Diagramm zeigt, daß die Mischung gute Anzünd- und Verbrennungseigenschaften besitzt. Bei einer Ladedichte von 0,1 g/cm³ liegt der maximale Druck im Bereich von 55,2 MPa, der nach etwa 23,8 ms erreicht wird (t_(pmax)= 23,8 ms). Die Druckanstiegszeit zwischen 30 bis 80% des Maximaldrucks t_30-80 beträgt 1,76 ms. Durch Strah­ lungsmessungen wurde eine Verbrennungstemperatur von 2000 K ermittelt. Die in einer kalorimetrischen Bombe entwickel­ ten Gase bestanden zu 99,05 Vol.-% aus N₂ und wiesen nur 10 ppm NH₃ auf.

Claims (7)

1. Gaserzeugende Mischung aus einem Brennstoff, einem Oxidator und gegebenenfalls einem Kühlmittel, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennstoff aus einer Mischung aus Kupfertetrammindinitrat [Cu(NH₃)₄)](NO₃)₂ und einem eine große Sauerstoff-Reaktionsfähigkeit aufweisenden, pulverförmigem Metall oder Halbmetall oder Legierungen derselben besteht.

2. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbmetallpulver amorphes Bor ist.

3. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver Mg oder Al ist.

4. Mischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver eine Korngröße kleiner 20 µm aufweist.

5. Mischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidator Cu(NO₃)₂·3Cu(OH₂) ist.

6. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie aus Bor, [Cu(NH₃)₄)(NO₃)₂ und Cu(NO₃)₂·3Cu(OH)₂ mit ausgeglichener Sauerstoffbilanz und der Zusammensetzung 3,65 : 69,33 : 27,02 Massen-% besteht.

7. Mischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel ganz oder teil­ weise aus Fe₂O₃ besteht.