带有共挤压的推进剂和潮气屏障的可弯曲充气装置以及用于其中的气体发生推进剂组合物

摘要

本发明提供了一种用于充气组件的可弯曲充气装置和相关的气体发生推进剂组合物。可弯曲充气装置包括至少一条细长的推进剂与潮气屏障共挤压成的线束。推进剂组合物适应于和塑料护套共挤压并包括一种粘合剂燃料成分和一种氧化剂，所述的塑料护套形成了环绕推进剂的潮气屏障，粘合剂燃料成分使得组合物可弯曲并赋予充足的粘合性能从而将推进剂组合物与塑料护套粘合在一起。

说明书

背景技术

本发明大体上涉及产生气体的装置，例如用于向包括在车辆的可充气约束系统中的可充气元件(例如垫子或幕帘)充气的装置。更具体说，本发明涉及一种可方便地安装在车辆中各种位置的可弯曲充气装置。

众所周知，可使用气垫或气囊，如“气囊垫”来保护乘客，当车辆在诸如碰撞等情况下突然减速，气囊就充气或膨胀。这种气囊约束系统一般包括：一个或多个气囊垫，该气囊垫在未充气和折叠条件下安装使所占空间最小；一个或多个安装在车架或车体上用来监测汽车是否突然减速的碰撞传感器；一个由碰撞传感器电触发的激活系统；和包括有气体发生组合物或推进剂的充气装置，燃烧这种组合物或推进剂就可产生或提供气体来给气囊垫充气。如果车辆突然减速，碰撞传感器触发激活系统，激活系统又触发充气装置，后者在几毫秒时间内开始向气囊垫充气。

各种类型或形式的这种可充气约束系统已得到开发或使之适应于向乘客提供所需的保护，例如提供以乘客在车辆内的位置或车辆碰撞的方向或性质为基础的保护作用。特别是，在车辆碰撞是迎面类型时司机和乘客的可充气约束设施在分别向司机和前座乘客提供保护方面有广泛的用途。然而，司机和乘客的可充气约束设施对迎面以外的方向造成或施加的碰撞(即，侧面碰撞)一般不能提供所需的保护。就该观点而言，基本上应致力于开发在发生侧面碰撞时具有特殊有效性的可充气约束设施。

可充气幕帘约束装置是可充气约束系统领域较新的开发产品。大体上，这种可充气约束装置装在沿着顶棚接近门框的车辆框架内。典型的这种可充气幕帘约束装置包括设计成至少展开到车辆的门框和/或窗的一部分的可充气幕帘以缓冲来自门框和/或窗对乘客的冲力，特别是在侧面碰撞或翻滚碰撞的情况中。这种可充气幕帘约束装置通常也包括一种充气装置来提供膨胀流体(典型是以气体的形式)向可充气幕帘充气。授予Hland等的美国专利5,788,270披露了一种这样的可充气幕帘约束装置，该内容纳入文中作为参考。

本领域已披露了许多类型或形式的用于可充气约束系统中的充气装置。一种具体的常见充气装置是焰火式充气装置。在这种充气装置中，用于向相关的可充气元件充气的气体得自燃烧焰火气体发生材料或推进剂。然而，如果气体发生材料或推进剂暴露于潮气或非碰撞相关的冲击或撞击时，其燃烧效率、可充气约束系统的有效性会受损。因此，实际上气体发生材料通常封闭在独立的容器或外壳内以远离潮气或撞击。

焰火式充气装置(例如用于给可充气幕帘充气的装置)通常是圆柱形的并且长度一般大于充气装置的直径。实际上，这种充气装置的长度/直径比受限制于在整个充气装置的长度上保证燃烧均匀性的常规需要或要求。特别是，已证明了就算在一个小直径的组件中，要实现以均匀的方式燃烧一段延伸长度的焰火气体发生剂或推进剂材料是困难的。此外，与常规的前撞击可充气约束装置相比，保护伸展开的区域而设计的可充气约束装置(例如可充气幕帘)一般需要快速地对相对延伸的长度充气。通过燃烧焰火气体发生剂或推进剂材料沿着延伸的长度上以所需的均匀且快速的方式产生膨胀气体是一个有待实现的挑战。

许多当今的车辆均具有匀称或起伏状的车架来促进空气动力学性能并改善燃料效率。结果一般使得车辆内对应的装可充气幕帘约束装置的位置也是起伏状的或曲线状的。所以，可充气幕帘约束装置(包括充气装置)和其个别组件可弯曲来符合各种车辆的轮廓是有利的。

除了上述这些难点，生产、装配和降低成本是现代车辆、机组和包括于其中的组件的设计和开发一直要实现的主要目标。

所以，需要可方便地符合各种车辆的各种位置的可弯曲充气装置，这种装置能更方便且更廉价地生产和装配。也需要在车辆中系统的整个寿命中均表现出充分稳定性的充气装置。还需要与可充气幕帘成比例使用的充气装置，该充气装置能有效燃烧推进剂组分并向可充气幕帘平稳充气。还需要可弯曲并可用在各种体积和类型的车辆中和/或用在车辆内的各种位置和方向上的充气装置。

发明概述

本发明的总体目的是提供一种改进的充气装置，该充气装置向车辆乘客使用的包括在可充气约束系统中的充气元件(例如气囊或可充气幕帘)充气。

本发明更具体的目的是克服一个或多个上述的问题。

本发明的总体目的通过一种包括有至少一条共挤压的推进剂和潮气屏障的可弯曲充气装置实现(至少部分实现)。

现有技术一般未能提供用于车辆可充气约束系统的可弯曲充气装置，该装置要能方便地安放在各种车辆的各种位置。此外，现有技术典型的充气装置包括两个组件，一种气体发生或推进剂组合物和一个容器或外壳，这些东西是独立生产再装配的，所以导致了额外的生产和装配步骤与费用。另外，许多用在可充气约束系统中的推进剂组合物缺乏适当的柔韧性，这使得用在可充气幕帘安全约束系统中的充气装置不能在不损害推进剂的燃烧和气体发生性能的前提下符合各种车辆内各种位置的轮廓。

本发明还包括一种适应于和塑料护套共挤压的气体发生组合物，该护套在形成包括有一种推进剂和潮气屏障的线束中有用，该潮气屏障可用在可弯曲充气装置中。推进剂组合物包括一种粘合剂燃料组分，该粘合剂燃料组分使得推进剂组合物可弯曲并赋予充足的粘合性能，藉此将推进剂组合物、塑料护套和氧化物粘合在一起。

本发明还包括含有以下物质的可压制气体发生推进剂：

有效地使得组合物可弯曲的约组合物重量的5到20％的粘合剂燃料组分；和

约组合物重量的5到80％的氧化剂。

另外，本发明包括含有以下物质的适应于和塑料护套共挤压的气体发生推进剂：

约组合物重量的5到20％的粘合剂燃料组分，能有效地使组合物弯曲并赋予充足的粘合性能从而使推进剂组合物和塑料护套粘合在一起，该粘合剂燃料组分选自以下聚合物：聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯和其组合；

约5到80组合物重量百分比的氧化剂；和

约5到30组合物重量百分比的增塑剂。

文中涉及材料或组合物的术语如“气体发生的”等应理解为指，例如当与标准氧化剂(例如硝酸钠)一起燃烧时，每100克组合物可产生或形成至少约2.5摩尔气体，优选至少可产生或形成3.0摩尔气体的材料或组合物。

文中使用的术语“燃烧前沿”或“火焰前沿”应理解为指共挤压的线束的推进剂核心是基本上线形燃烧的，燃烧始于在推进剂核心中形成的中心孔的内轴表面并从第一侧末端延伸至纵向相反的第二侧末端。这种燃烧前沿的传播必须符合最小传播速率来保证推进剂核心适宜的燃烧并用膨胀气体对相关的气囊垫或幕帘充气。

本领域技术人员应能从以下结合了附加权利要求和附图的详细说明中明白本发明其他目的和优点。

附图简述

图1是文中披露的特定实施方案的可弯曲充气装置的透视图。

图2是图1所示可弯曲充气装置的纵向截面图。

图3是燃烧后的图1所示可弯曲充气装置的透视图。

图4阐述本发明另一个实施方案的可弯曲充气装置的透视图。

图5是特定的额外实施方案的可弯曲充气装置的透视图。

图6是装在车辆中包括本发明可弯曲充气装置的可充气约束系统的示意图，该图切开以显示隐藏的结构。

发明详述

如以下所详细描述的，本发明提供一种包括在车辆可充气约束系统中的可弯曲充气装置，例如向可充气元件(气囊垫或可充气垫)充气的装置。更具体地说，本发明提供一种可弯曲充气装置，包括至少一种推进剂与潮气屏障共挤压而成的线束，这样可通过燃烧气体发生推进剂组合物以更及时的方式或更均匀或有效地分布于延伸的长度上来提供或供给膨胀气体，该充气装置在特定的应用领域可能需要，例如至少在特定的可充气幕帘约束系统的充气中可能需要使用或利用这种可弯曲充气装置。本发明还提供适应于和塑料护套共挤压的推进剂组合物，这样就可用于形成这种可弯曲充气装置。

本发明可以各种结构实现，这是应该明白的。参考图1，该图显示了本发明总体上的一种可弯曲充气装置。该可弯曲充气装置10包括一个与以下将详细描述的可充气约束系统相连的脆弱的接缝(一般以参考数字36表示)。在图1中，充气装置10处于静止或不工作的状态。可弯曲充气装置10包括至少一个含有推进剂的线束12，该线束一般具有延长的管形，其中推进剂形成具有外轴表面16的压制成的核心14。可弯曲充气装置10还包括塑料护套18，该护套在推进剂核心14的外面与外轴表面16毗邻共挤压成防止推进剂核心14接触潮气的屏障。推进剂核心14包括中心孔20，该孔与中心纵轴22共轴穿过推进剂核心14来形成内轴表面24。如图1所示，中心孔20一般具有环形的截面或具有其它合适的截面，这对本领域的技术人员和由文中提供的技术所指导的人员来说是不言而喻的。

推进剂核心14可适当地包括一种可挤压的、适应于和塑料护套18共挤压的气体发生推进剂组合物。这种推进剂组合物一般包括一种粘合剂燃料组分和一种氧化剂。总体而言，本发明的推进剂组合物含有约5到20组合物重量百分比的粘合剂燃料组分和约5到80组合物重量百分比的氧化剂是有利的。

有用的推进剂组合物氧化剂包括硝酸、亚硝酸和高氯酸的碱金属盐、碱土金属盐和铵、金属氧化物、硝酸的碱性金属盐、硝酸铵的过渡金属复合物及其组合。推进剂组合物中氧化剂的含量可变化来使燃烧速率、冲击力、摩擦和静电放电(ESD)敏感性和推进剂组合物的热稳定性最优化，并且藉此使推进剂核心14最优化。有利的是，可通过选择氧化剂使得推进剂组合物实现有效的高燃烧率和气体产量。合适氧化剂的具体例子包括高氯酸钾和高氯酸铵。

有利的是，粘合剂燃料成分可有效地使得推进剂组合物变得柔韧同时借此使得推进剂核心14变得柔韧，并藉此赋予足够的粘合性能从而将推进剂组合物与共挤压的塑料护套18粘合。

合适的粘合剂燃料成分的例子包括聚合物，例如硅酮、聚丁二烯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺和其组合。

一方面，粘合剂燃料成分可包括可交联的聚合物，例如硅酮、聚丁二烯、聚氨酯或其组合，这些聚合物经过固化反应来交联并赋予粘合力来将制剂组分粘合成固态均匀的物质并在核心和护套表面通过物理或化学结合将推进剂核心14和共挤压的塑料护套18粘合起来。可交联聚合物可具有一定范围的分子量并且聚合物可交联至各种程度以实现所需的机械性能。具体的一种合适的可交联粘合剂燃料组分包括硅酮。

另一方面，粘合剂燃料组分可包括一种聚合物，该聚合物用溶剂经溶剂化作用或通过融挤压使得其可被挤出。在温度上升的条件下，用增塑剂适当地使聚合物溶剂化形成混合均匀并悬浮着推进剂制剂组分的液态，然后在冷却时赋予粘合力将制剂组分结合在一起形成固态均匀的物质并在核心和护套表面通过物理或化学结合将推进剂核心14和共挤压的塑料护套18粘合起来。

实际上，推进剂组合物可包括约5到20的组合物重量百分比的粘合剂燃料组分和约5到30组合物重量百分比的增塑剂来使粘合剂燃料组分溶剂化。特别合适的粘合剂燃料组分包括硅酮、聚丁二烯、聚酯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺及其组合。合适的增塑剂的例子包括二羧酸酯，例如己二酸二辛酯或邻苯二甲酸酯、癸二酸酯或丙二酸酯。硅油也可用于使硅酮聚合物增塑。

如果需要，本发明的推进剂组合物可包括范围约达组合物重量的20％的辅助燃料。有利的是，辅助燃料是冷燃烧、含氮的有机燃料。这种物质的例子包括(但不限于)胍、尿素、四唑、其相关的衍生物及其组合。

有利的是，本发明的推进剂组合物也可包括一种冷却剂。实际上，本发明的推进剂组合物可视需要含有冷却剂，其量以可有效地实现低燃烧温度(例如约1500K到3000K)而不破坏性地抑制推进剂组合物的燃烧为准。总体上，推进剂组合物可包括约高至组合物重量的30％百分比的冷却剂。这种冷却剂的例子包括碱、碱土和过渡金属的碳酸盐和草酸盐、碱金属碳酸盐及其组合。

如果需要，本发明的推进剂组合物还可包括一种辅助氧化剂，其含量以可有效地将组合物性能最优化至所需的参数，例如燃烧率、冲击力、摩擦力和ESD敏感性、和热稳定性为宜。本发明的推进剂组合物可适当地包括约至组合物重量的60％的这种辅助氧化剂。合适的辅助氧化剂的例子包括(但不限于)碱金属和碱土金属的高氯酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐。

有利的是，本发明的推进剂组合物包括至少一种百分比相对小的冷却剂和/或辅助氧化剂。这种推进剂组合物，特别是氧化剂的燃烧可产生不期望的副产物，例如盐酸烟气，这是要注意的。在推进剂组合物中使用冷却剂和/或辅助氧化剂提供了一种从推进剂核心14的燃烧过程中形成的气流中形成可过滤的金属卤化物以捕获盐酸的技术。例如，含有粘合剂燃料物质和氧化剂(例如高氯酸铵)的推进剂组合物可视需要包括一种其量足以基本上捕获所有释放的或在氧化剂燃烧过程中形成的盐酸或与之反应的辅助氧化剂，例如硝酸钠。本发明的推进剂组合物也可适当地包括冷却剂和/或辅助氧化剂，其量足可有效地产生含有低于约7.5毫克/立方米或每百万份之伍盐酸的流出气体。

额外的添加剂，例如燃烧率催化剂或操作助剂也可包括进推进剂组合物来催化燃烧率并改善组合物的可操作性。总体上，这种添加剂可以相对较低的浓度(例如约不大于组合物重量的10％)包括进推进剂组合物。

本发明将结合以下实施例作进一步详细的描述，这些实施例阐述或模拟了本发明实践中的各方面。要理解的是在本发明精神内的所有变化是需要保护的，所以本发明不能理解为受这些实施例的限制。

合适用于本发明的推进剂组合物的一个实施例含有：约组合物重量的5到20％的硅酮粘合剂燃料组分；约组合物重量的5到75％的高氯酸铵氧化剂；含量可约至组合物重量的60％的辅助氧化剂和含量可约至组合物重量的30％的冷却剂。

本发明的推进剂组合物的另一个实施例含有：约组合物重量的5到20％的聚氯乙烯粘合剂燃料组分；约组合物重量的5到30％的增塑剂；约组合物重量的50到80％的高氯酸钾氧化剂和含量可约至组合物重量的30％的冷却剂。

适应于和塑料护套共挤压的推进剂组合物的其它实施例含有：约组合物重量的5到20％的聚酯；约组合物重量的5到30％的增塑剂，其含量足以有效地促进推进剂组合物充分燃烧的氧化剂和含量可约达30组合物重量百分比的冷却剂。

塑料护套18可含有任何能形成推进剂核心14的可弯曲潮气屏障和充当压力封闭结构来提高推进剂核心14燃烧的材料。有利的是，塑料护套18是坚固的而且不易破坏或断裂并在推进剂核心14燃烧时能展开。即，当推进剂核心14点燃时，塑料护套18不会裂成碎片或颗粒并能充当导引产生的膨胀气体的结构。此外，塑料护套18可含有任何有助于和推进剂组合物共挤压并与其整体结合的材料。有利的是，塑料护套18可具有组成推进剂组合物的粘合剂燃料组分的相同化学成分。

有利的是，线束12可包括一定量的燃烧增效剂26来帮助火焰或燃烧前端沿着线束12的长度从第一个侧面末端28蔓延至处在相反位置的第二个侧面末端30，这些燃烧增效剂至少沿着由中心孔20形成的内轴表面24的一部分放置。总体上，火焰或燃烧前端的充分传播是保证推进剂核心14基本上沿着核心的全长燃烧并将膨胀气体沿着柔韧的充气装置10传送至相关的气囊垫(特别是可充气幕帘)所需的，例如向相关的气垫或幕帘均匀地充气。有利的是，燃烧增效剂26在线束12的共挤压过程沿着内轴表面24放置。

实际上，燃烧增效剂26可包括任何有效地帮助推进剂组合物燃烧的配方。这种燃烧增效剂可包括，例如铝和硝胺燃料的混合物。这种硝胺燃料可包括环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)及其组合。

有利的是，线束12在接近至少一个线束的侧面末端密封来保护推进剂核心14远离潮气以及在推进剂核心的燃烧过程中进一步控制压力。图2表示的是图1所示的包括至少一个第一个末端封口的线束12，该装置以参考数字32表示并与线束12的第一个侧面末端28或第二个侧面末端30之一相连。末端封口32可通过任何合适的技术与线束12的侧面末端相连，该技术用于提供一个封口以防潮气渗入线束，特别是渗入推进剂核心14。这种技术包括(但不限于)超声波焊接和/或溶剂或粘合剂接合。如图2所示，这种技术宜至少在位置34处连接末端封口32与塑料护套18。有利的是，将末端封口32用连续焊接或环绕塑料护套周围粘合来与塑料护套18相连。

实际上，可从各种合适的可与塑料护套18相连从而在线束12的一个侧面末端形成防潮和耐压封口的材料来形成末端封口32。有利的是，末端封口24可具有与塑料护套18相同的化学成分。

可弯曲充气装置可适当地包括用于释放和引导由推进剂核心14燃烧形成的膨胀气体的系统，这样可均匀地对相关的气囊垫或可充气幕帘充气。参考图1，一种这样的系统包括至少沿着塑料护套一部分径向延伸的脆性接缝36。有利的是，至少一部分脆性接缝36放置在塑料护套18的外轴表面38中并设计为当由推进剂核心14燃烧形成的线束12的内部压力超过预定水平时破裂。这种脆性接缝36可包括由塑料护套18形成的V形切口40。如图3所示，当充气装置10被激活后，塑料护套18和推进剂核心14可在接近脆性接缝36处破裂，这样由推进剂核心14燃烧产生的膨胀气体能基本上沿着线束12的全长释放。

现在参考图4，该图说明了本发明的另一个优选实施方案的可弯曲充气装置，该装置总体上以参考数字110表示。可弯曲充气装置110包括含有推进剂的线束112，该线束包括有共挤压的推进剂核心114和外部共挤压的塑料护套116。有利的是，推进剂核心114包括径向延伸的中心孔118。可弯曲充气装置110可合适地包括多个膨胀气体排出端口120，这些端口沿着含有推进剂的线束112的长度安放并且每个端口之间有预定的间距。应该明白的是，膨胀气体排出端口120可视需要用于释放和引导由推进剂核心114燃烧产生的膨胀气体来均匀且有效地对相关的可充气元件(例如气囊垫或可充气幕帘)充气。当接缝或塑料护套116的薄弱区域在由线束112的推进剂核心114燃烧产生的内部压力达到预定水平而破裂或打开时，膨胀气体排出端口120可适当地打开。一方面，膨胀气体排出端口120可形成于线束112的外轴表面122中并穿过塑料护套116厚度的至少一部分，这样就形成了削弱的或可破裂的区域。

有利的是，中心孔118可包括对应于膨胀气体排出端口120的相连的侧槽124。这种槽可用于朝着膨胀气体排出端口120引导膨胀气体，藉此促进对应于膨胀气体端口120的塑料护套116破裂并沿着线束112的长度释放膨胀气体。

充气装置110也可包括金属化的外层126。这种金属化的外层126可提供额外的潮气屏障性能和耐压性，以及在塑料护套116的不成熟的破坏或断裂时保护线束112。按照本发明的一个优选的实施方案，金属化的外层126是在接近塑料护套116的外轴表面128的外部通过蒸气沉积形成的。然而，本领域的那些技术人员和受文中的教导所指点的人员应该明白的是，本发明的更广泛应用是无需受此限制的，因为，例如其它合适的连接方法或将这种金属化外层合并的方法都是可用的。

图5阐述了本发明的更优选的实施方案，其中一般以参考数字210表示的可弯曲充气装置包括多个一般以参考数字212表示的含有推进剂的线束，这些线束安放在一般以参考数字214表示的可弯曲外壳中。如图5所示，每根线束212包括一个与塑料护套218共挤压的推进剂核心216和穿过线束212长度的径向中心孔220。燃烧增效剂222可安放于中心孔220的内轴表面224的至少一部分上。虽然图5描述了7根安放于可弯曲外壳214中的线束212，本领域的技术人员和受文中的教导指点的人员应该明白的是，安放在可弯曲外壳214中的线束212的数目可取决于所需的性能和/或膨胀气体的输出量而变化。

实际上，可弯曲外壳214可适当地包括多个膨胀气体排出端口226，这些端口形成于可弯曲外壳214的外轴表面228上并穿过可弯曲外壳214的至少一部分厚度来在外壳中形成削弱的区域。当对应于端口226的外壳214的削弱区域在线束212的推进剂核心216的燃烧过程中由于产生膨胀气体产生的压力而破裂时，膨胀气体排出端口226就打开。有利的是，膨胀气体排出端口226用于引导膨胀气体沿着可弯曲充气装置的长度来均匀地注入相关的气囊垫或可充气幕帘。

图6描述了本发明任何优选的实施方案的可弯曲充气装置，该装置一般以参考数字310表示，具体化为充气组件时一般以参考数字312表示并安放在车辆中。可弯曲充气装置310可用在充气组件312中来向至少一个相关的可充气气囊垫充气，例如可充气幕帘314。一个这种充气装置310可在折叠的、未展开的可充气幕帘中包括一个或多个可弯曲充气装置312。实际上，充气组件312可安放在车辆316中，例如沿着顶棚轮廓318在接近侧窗320处，其中可弯曲充气装置310以弓型放置在车辆中。

所以，本发明提供一种包括有推进剂核心的可弯曲充气装置，该推进剂核心被共挤压的可弯曲塑料护套所形成的潮气屏障保护以隔离潮气侵入。此外，本发明提供一种适应于和保护性塑料护套共挤压的气体发生推进剂组合物。本发明也提供一种可以较少步骤和较低的成本生产和/或装配的可弯曲充气装置。本发明还提供一种适应于符合各种车辆的各种轮廓的可弯曲充气装置。本发明还提供一种可弯曲充气装置，该装置具有促进推进剂核心沿着充气装置的长度有效燃烧的结构。本发明还提供一种用于均匀且有效地向相关的可充气气囊垫(例如可充气幕帘气囊垫)充气的可弯曲充气装置。

虽然本发明的可弯曲充气装置具有和充气组件(包括可充气幕帘气囊垫)相关的特殊用途，但应该理解的是这种可弯曲充气装置在所有类型的充气装置组件中均是有用的，包括司机充气组件、乘客充气组件和侧面撞击充气组件。此外，本发明的推进剂组合物可用于大量涉及或需要气体发生推进剂的应用领域中。

说明性披露的本发明可在缺乏任何文中未具体披露的元件、零件、步骤、组件或成分的条件下实施。

尽管在以上详细的说明中用其相关的特定的优选实施方案描述了本发明，并出于说明性目的列出了许多细节，本领域的技术人员应该了解本发明易于做出其它实施方案并且文中描述的细节可有极大的改变而不脱离本发明的基本主旨。