改进的增压组合物的制作方法

改进的增压组合物
1.本分案申请是基于申请号为201580029738.3、申请日为2015年6月5日、发明名称为“改进的增压组合物”的中国专利申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求2014年6月5日提交的美国临时申请序列号61/008,166的权益。
技术领域
4.本发明总体上涉及气体发生系统，以及具有高燃烧热的改进的增压组合物。


背景技术：

5.本发明涉及使用气体发生器以致动(例如)充气垫的车辆乘员保护系统或其他安全系统。美国专利号5,035,757、5,872,329、6,074,502、6,210,505、6,287,400、7,959,749、6,189,927、5,062,367和5,308,588举例说明了已知的烟火气体发生组合物和/或已知的气体发生器以及他们的操作环境，其中每个专利以引用的方式整体并入本文。烟火装置通常包括引发剂或点火剂，以及一旦致动器被激活可以被点火剂点燃的气体发生组合物。除了气体发生组合物，使用增压组合物提供了用于气体发生组合物的有效燃烧的环境。换句话说，增压组合物通常提供压力的增加和热量的增加，从而提供气体发生组合物的最佳燃烧所需的条件。因此，增压组合物的高热量即使在较低的相对压力和较冷的温度下也有助于气体发生组合物的有效燃烧。
6.某些增压组合物包含硼硝酸钾或bkno3。含有元素硼的一些化合物的一个问题在于含有元素硼的各组合物的撞击灵敏度和/或摩擦灵敏度。因此，开发不具有已知的增压组合物的撞击灵敏度和摩擦灵敏度问题的点火和/或增压化合物和/或组合物将是本领域的改进，从而改进增压组合物在制造相关的充气装置或气体发生器期间的运送、处理和加工问题。


技术实现要素：

7.发明概述
8.组合物含有含硼化合物(诸如碳化硼或金属硼化物)，并且可以以组合物的约5-30重量百分比提供。至少一种氧化剂(诸如高氯酸钾或硝酸钾)可以以组合物的约40-95重量百分比提供。如果需要的话，当实际整合到所述组合物中时次要氧化剂可以以组合物的约0-30重量百分比提供，更具体地，以约0.1-30重量百分比提供。此外，如果需要的话，组合物内可以含有任选的次要燃料，并且次要燃料可以选自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、和胍、以及每种类型燃料的盐和衍生物、以及其混合物。当实际整合到所述组合物中时任选的次要燃料可以以组合物的约0-30重量百分比提供，更具体地，以约0.1-30重量百分比提供。也提供了含有所述组合物的气体发生器和车辆乘员保护系统。已经发现，本发明的组合物有利地维持良好的防弹性能(ballistic performance)特征，诸如与通常展现出使用点火剂组合物(诸如bkno3)的第一气体相似的时间。然而，当与其他烟火成分结合时，
本发明的碳化硼和金属硼化物提供在(例如)制造和运输期间组合物的安全处理方面的显著改进。如本文所述，本组合物的撞击灵敏度和/或摩擦灵敏度与使用(例如)具有硝酸钾的元素硼相比大幅提高。
9.具体地，本发明提供以下技术方案：
10.项目1.一种组合物，其含有：
11.含硼化合物；
12.高氯酸钾；
13.选自非金属或金属硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、氧化物和其混合物的任选的次要氧化剂；和
14.任选的含氮次要燃料。
15.项目2.根据项目1所述的组合物，其中所述含硼化合物选自碳化硼、硼化钛、硼化钨、硼化镁、硼化镍和其混合物。
16.项目3.根据项目1所述的组合物，其中所述含氮次要燃料选自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、和胍、以及每种类型燃料的盐和衍生物、以及其混合物。
17.项目4.根据项目3所述的组合物，其中所述燃料选自双四唑胺单铵、5-氨基四唑、硝酸胍、d,l-酒石酸、硝基胍、5,5'-双-1h-四唑、5'5-双-1h-四唑的二铵盐、二硝基水杨酸铵和其混合物。
18.项目5.根据项目1所述的组合物，其中所述次要氧化剂选自硝酸铵、相稳定的硝酸铵、高氯酸铵、硝酸钾、氧化铁和其混合物。
19.项目6.根据项目5所述的组合物，其中所述次要燃料选自双四唑胺单铵、5-氨基四唑、硝酸胍、d,l-酒石酸、硝基胍、5,5'-双-1h-四唑、5'5-双-1h-四唑的二铵盐、二硝基水杨酸铵和其混合物。
20.项目7.一种组合物，其含有：
21.以所述组合物的5-30重量百分比提供的碳化硼；
22.以所述组合物的40-95重量百分比提供的高氯酸钾；和
23.任选的次要燃料，其选自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、胍、以及每种类型燃料的盐和衍生物、以及其混合物，所述次要燃料任选地以所述组合物的0-30重量百分比提供。
24.项目8.根据项目7所述的组合物，其还包含选自非金属或金属硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、氧化物和其混合物的次要氧化剂。
25.项目9.一种气体发生器，其含有项目7所述的组合物。
26.项目10.一种车辆成员保护系统，其含有项目9所述的气体发生器。
27.项目11.根据项目7所述的组合物，其中所述次要燃料选自双四唑胺单铵、5-氨基四唑、硝酸胍、d,l-酒石酸、硝基胍、5,5'-双-1h-四唑、5'5-双-1h-四唑的二铵盐、二硝基水杨酸铵和其混合物。
28.项目12.根据项目8所述的组合物，其中所述次要氧化剂选自硝酸铵、相稳定的硝酸铵、高氯酸铵、硝酸钾、氧化铁和其混合物。
29.项目13.一种组合物，其由以下组成：
30.含硼化合物；和
31.氧化剂，其选自由金属硝酸盐、金属亚硝酸盐、金属高氯酸盐、金属氯酸盐、金属氧化物和其混合物组成的组。
32.项目14.根据项目13所述的组合物，其中所述氧化剂选自高氯酸钾、硝酸钾和其混合物。
33.项目15.根据项目13所述的组合物，其中所述组合物由碳化硼和高氯酸钾组成。
34.项目16.根据项目13所述的组合物，其中所述组合物由碳化硼、高氯酸钾和硝酸钾组成。
35.项目17.根据项目13所述的组合物，其中所述氧化剂以所述含硼化合物按重量计四倍的量提供。
36.项目18.根据项目13所述的组合物，其中所述组合物由碳化硼和硝酸钾组成。
37.项目19.一种气体发生器，其含有项目13所述的组合物。
38.项目20.一种车辆成员保护系统，其含有项目13所述的组合物。
附图说明
39.图1是根据本发明的气体发生器的示例性实施方案。
40.图2是含有图1的气体发生器的示例性车辆乘员保护系统。
41.发明详述
42.本发明涉及形成以具有与已知的含有bkno3的增压组合物相比相对减小的摩擦灵敏度和/或撞击灵敏度的增压组合物。每种组合物含有含硼化合物或成分。例如，已经发现碳化硼(b4c)可以用作点火剂和增压制剂中硼的替代方案。作为硼的替换，它在帕尔高压罐(parr bomb)中的n2中产生超过1900cal/g。一个优选的实施方案或制剂是约4:1重量比的kclo4:b4c。所述制剂在107c热老化408小时调节后是稳定的并且在高于500c时点燃。如本领域已知所测试的，已经发现本发明的组合物分别对高达15英寸和360n的撞击和摩擦不敏感。其他的含硼成分包括金属硼化物，诸如过渡金属硼化物，其包括但不限于选自硼化钛、硼化钨、硼化镁、硼化镍和其混合物的金属硼化物。已经发现，金属硼化物，正如同碳化硼一样，也用kclo4和kno3产生高燃烧热。
43.可以设想，如果需要的话，其他典型的气体发生成分(诸如但不限于以下内容)可以与上述新型组合物进行结合。这些成分可以包括选自四唑、三唑、羧酸、酰肼、三嗪、尿素衍生物、和胍、以及每种类型燃料的盐和衍生物、以及其混合物的次要燃料；选自非金属或金属(碱金属、碱土金属、和/或过渡金属)硝酸盐、亚硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、和氧化物、以及其混合物的氧化剂；以及其他已知的在增压组合物中有用的添加剂。燃料，诸如双四唑胺的单铵盐、5-氨基四唑、硝酸胍、d,l-酒石酸、硝基胍、5'5-双-1h-四唑的二铵盐、二硝基水杨酸铵和其混合物，举例说明了典型的燃料。高氯酸盐和硝酸盐，诸如高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾、硝酸铵、相稳定的硝酸铵和其混合物，举例说明了典型的氧化剂。主要燃料(例如b4c)可以以总组合物的约5-30重量百分比提供。氧化剂(如上所示例，但优选kclo4)可以以总组合物的约40-95重量百分比提供。在一个优选的实施方案中，当含硼化合物(诸如碳化硼b4c)和氧化剂(诸如高氯酸钾kclo4)是仅有的成分时，那么氧化剂可以以总组合物的约70-90重量百分比提供，而含硼化合物可以以总组合物的约10-30重量百分比提供。如果需要的话，任选的次要燃料可以以总组合物的约0-30重量百分比提供，并且当提供时，以总组
合物的约0.1-30重量百分比提供。如果需要的话，如本文所述，次要氧化剂可以以总组合物的约0-30重量百分比任选地提供，并且当提供时，以总组合物的约0.1-30重量百分比提供。本文所述的取代反应物和各种典型的增压或气体发生成分，可以由公司(诸如aldrich chemical company或fisher，例如)提供。本组合物的成分可以以已知的方式(例如)通过粉碎和干燥混合所述成分以形成基本上均一的和同质的组合物来制成。
44.下列实施例和对比实施例说明但不限制本发明组合物。
具体实施方式
45.对比实施例1
46.将含有24重量百分比的硼和76重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有已知点火剂(130mg)的已知充气装置中(如图1所示)，并点燃。在85c时，第一气体的时间经计算为3.3毫秒。具有相同的点火剂的完全相同的充气装置中再次装入相同的组合物。在23c时，第一气体的时间经计算为4.0毫秒。具有相同的点火剂的完全相同的充气装置中再次装入相同的组合物。在-40c时，第一气体的时间经计算为4.1毫秒。此组合物的boe或bruceton撞击灵敏度(如本领域已知的测试并且在包含这种数据的实施例中类似地确定)为1.9英寸。
47.对比实施例2
48.将含有20重量百分比的硼、65重量百分比的硝酸钾和15重量百分比的硝酸胍的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在-40c时，第一气体的时间经计算为2.8毫秒。
49.实施例3
50.将含有20重量百分比的碳化硼和80重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂(130mg)的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为7.6毫秒。在-40c时，第一气体的时间为17.4毫秒。将具有230mg点火剂的实施例1的充气装置装载相同的组合物并点燃。在-40c时，第一气体的时间为7.1毫秒。将具有310mg点火剂的实施例1的充气装置装载相同的组合物并点燃。在-40c时，第一气体的时间为3.7毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。通过bam摩擦测试测量(如本领域已知的测试并且在含有此数据的实施例中类似地确定)的摩擦灵敏度大于360n。
51.实施例4
52.含有72重量百分比的实施例3的第一组合物和28重量百分比的第二自动点火增压(aib)组合物的点火和/或增压组合物。aib组合物可以(例如)如美国专利号8,273,199(以引用方式整体并入本文)所述形成。第二自动点火增压组合物含有30重量百分比的5-氨基四唑、10重量百分比的5-氨基四唑钾、55重量百分比的硝酸钾和5重量百分比的三氧化钼，所述第二自动点火增压组合物的重量百分比是按第二自动点火增压组合物的总重量计。实施例3的第一组合物和第二aib组合物的百分比是按点火和/或增压组合物的总重量计。将
点火和/或增压组合物粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为3.5毫秒。在-40c时，第一气体的时间为4.5毫秒。
53.实施例5
54.将含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。碳化硼的平均粒径为5.8微米。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为3.9毫秒。在-40c时，第一气体的时间为6.0毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
55.实施例6
56.将含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。碳化硼的平均粒径为5.8微米。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为5.2毫秒。在23c时，第一气体的时间为8.1毫秒。在-40c时，第一气体的时间为11.9毫秒。
57.实施例7
58.将含有17.5重量百分比的碳化硼、17.5重量百分比的硝酸胍和65.00重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。碳化硼的平均粒径为10.6微米。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为6.8毫秒。在23c时，第一气体的时间为14.5毫秒。在-40c时，第一气体的时间为22.0毫秒。
59.实施例8
60.将含有20.0重量百分比的碳化硼、5.0重量百分比的聚乙烯醇和75.00重量百分比的高氯酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为4.0毫秒。在-40c时，第一气体的时间为10.4毫秒。
61.实施例9
62.将含有17.10重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的硝酸胍、45.40重量百分比的高氯酸钾和25.00重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为6.0毫秒。在23c时，第一气体的时间为11.0毫秒。在-40c时，第一气体的时间为24.4毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
63.实施例10
64.将含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的二硝基水杨酸铵和71.50
重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在-40c时，第一气体的时间为8.5毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
65.实施例11
66.将含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的二硝基水杨酸铵和71.50重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在-40c时，第一气体的时间为9.9毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
67.实施例12
68.将含有16.00重量百分比的碳化硼、12.50重量百分比的双四唑胺(bta)的单铵盐和71.50重量百分比的硝酸钾的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在-40c时，第一气体的时间为9.6毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
69.实施例13
70.将含有15.00重量百分比的碳化硼、10.00重量百分比的5-氨基四唑、5.00重量百分比的5-氨基四唑钾、65.00重量百分比的硝酸钾和5.00重量百分比的三氧化钼的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为3.3毫秒。在23c时，第一气体的时间为4.8毫秒。在-40c时，第一气体的时间为6.5毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度为约80n。
71.实施例14
72.将含有75重量百分比的含有77.50重量百分比的高氯酸钾和22.50重量百分比的碳化硼的第一组合物以及25重量百分比的含有如实施例4所述的aib组合物的第二组合物的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为3.1毫秒。在23c时，第一气体的时间为3.6毫秒。在-40c时，第一气体的时间为4.0毫秒。
73.实施例15
74.将含有17.00重量百分比的碳化硼、13.00重量百分比的硝酸胍、67.00重量百分比的高氯酸钾和5.00重量百分比的氧化铁的组合物(所述百分比是按总组合物的重量计)粉碎并干燥混合以形成基本上均匀分布的或同质的固体混合物。将所述组合物放置在具有与实施例1完全相同的点火剂的与实施例1完全相同的充气装置中并点燃。在85c时，第一气体的时间为10.4毫秒。在23c时，第一气体的时间为26.3毫秒。在-40c时，第一气体的时间为53.3毫秒。此组合物的bruceton撞击灵敏度大于15英寸。摩擦灵敏度大于360n。
75.如图1所示，在本发明的气体发生器或充气装置10的第一实施方案中，利用本发明
的组合物或化合物的示例性充气装置可以包含单个的腔室设计。一般来讲，含有点火和/或增压组合物12的充气装置如本文所述的形成，并且根据本发明，可以如本领域已知的被提供以及被制造。如本文所述的第一气体发生化合物或组合物14也可以如图1所示的被提供。美国专利号6,422,601、6,805,377、6,659,500、6,749,219和6,752,421举例说明了典型的气囊充气装置设计并且各自以引用的方式整体并入本文。
76.现参照图2，上述的示例性充气装置10也可以被并入到气囊系统200中。气囊系统200包括至少一个气囊202和含有根据本发明的点火和/或增压组合物12的充气装置10，其连接到气囊202上以便能够与气囊内部流体连通。气囊系统200也可以包括(或连通)碰撞事件传感器210。碰撞事件传感器210包括已知的碰撞传感器算法，其在发生碰撞时通过(例如)激活气囊充气装置10来传导气囊系统200的致动。
77.再次参照图2，气囊系统200也可以被并入到更广泛、更综合的包括附加元件(诸如安全带组件150)的车辆乘员约束系统180中。图2示出了此种约束系统的一种示例性实施方案的示意图。安全带组件150包括安全带壳体152和从壳体152延伸的安全带100。安全带卷收器154(例如弹簧加载的结构)可以连接到所述安全带的端部。另外，含有点火和/或增压组合物12的安全带预紧器156可以连接到安全带卷收器结构154上以在发生碰撞时致动所述卷收器结构。可以与本发明的安全带实施方案联合使用的典型的座椅安全带卷收器结构描述于美国专利号5,743,480、5,553,803、5,667,161、5,451,008、4,558,832和4,597,546中，其各自以引用的方式并入本文。可以与本发明的安全带实施方案结合的典型的预紧器的说明性实例描述于美国专利号6,505,790和6,419,177中，其以引用的方式并入本文。
78.安全带组件150也可以包括(或连通)碰撞事件传感器158(例如，惯性传感器或加速计)，其包括已知的通过(例如)激活并入到预紧器中的烟火点火器(未示出)来传导安全带预紧器156的致动的碰撞传感器算法。美国专利号美国专利号6,505,790和6,419,177(先前以引用的方式并入本文)提供了以此种方式致动的预紧器的说明性实例。
79.应当理解，安全带组件150，气囊系统200，并且更广泛地，车辆乘员保护系统180举例说明但不限制根据本发明设想的气体发生系统。
80.本说明书仅用于说明目的，并且不应解释成以任何方式限制本发明的广度。因此，本领域技术人员将理解，可以在不脱离所附权利要求中所定义的本发明的范围的情况下做出各种修改。