陳愛萍 劉德軍

摘 要： 簡要介紹了安全氣囊用氣體發(fā)生劑的國內(nèi)外研究進(jìn)展，并展望了其研究發(fā)展趨勢，提出具有含氮量高、燃速快、安定性良好、無毒、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的非疊氮類氣體發(fā)生劑已經(jīng)成為氣體發(fā)生劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 安全氣囊;氣體發(fā)生劑;研究進(jìn)展

1 概述

汽車安全氣囊用氣體發(fā)生劑具有以下特點(diǎn)[1]：①燃燒溫度低，一般要低至2500K 以下，以防燒傷乘員;②燃?xì)狻扒鍧崱?，少煙，低腐蝕;③燃燒殘?jiān)鼞?yīng)少，氣體發(fā)生劑以產(chǎn)氣為目的，殘?jiān)嵌嘤嗲矣泻Φ?④產(chǎn)氣量大，即單位質(zhì)量氣體發(fā)生劑燃燒后產(chǎn)生氣體的體積大，從而燃?xì)獾淖龉δ芰Υ?，有利于減輕結(jié)構(gòu)重量;⑤燃燒速度快，否則不能使氣袋瞬時(shí)膨脹，一般燃燒時(shí)間要求小于35ms;⑥相對低的燃燒速度壓力指數(shù)，一般小于0.6，從而降低相應(yīng)的氣囊膨脹器件的沖擊可變性。

2 國內(nèi)外研究動態(tài)

40年代以來[2]，國外首先研制了雙基型氣體發(fā)生劑，隨后研制了硝酸銨型氣體發(fā)生劑并在相當(dāng)長的一段時(shí)間里該氣體發(fā)生劑幾乎占領(lǐng)了整個(gè)氣體發(fā)生劑領(lǐng)域。但由于硝酸銨晶變和吸濕性的缺點(diǎn)使其應(yīng)用領(lǐng)域被60年代的高氯酸銨所取代。然而高氯酸銨型氣體發(fā)生劑燃燒時(shí)會產(chǎn)生具有腐蝕性的氣體HCl，因此其應(yīng)用也受到了限制。70年代將三氨基胍硝酸鹽引入硝銨氣體發(fā)生劑中，成功的研制出HMX型氣體發(fā)生劑，這類氣體發(fā)生劑克服了燃?xì)庵械腍Cl問題，但因硝銨貧氧，此類氣體發(fā)生劑壓強(qiáng)指數(shù)高，有了一定局限性。70年代還開發(fā)了5-ATN型氣體發(fā)生劑、N2發(fā)生劑、O2發(fā)生劑，并將它們用于安全應(yīng)急系統(tǒng)中。80年代以后，氣體發(fā)生劑領(lǐng)域主要是著力于新產(chǎn)品的開發(fā)、性能的提高和成本的降低。為此，研制了平臺氣體發(fā)生劑、無氯“清潔”復(fù)合氣體發(fā)生劑、GAP高性能氣體發(fā)生劑和其他特種氣體發(fā)生劑。我國氣體發(fā)生劑的研究是58年開始的，當(dāng)時(shí)先研制了雙基類型氣體發(fā)生劑，而后又研制了復(fù)合類型氣體發(fā)生劑。60年代又仿制了蘇聯(lián)的雙基類型配方。

二十世紀(jì)九十年代初國內(nèi)學(xué)者開始研究以疊氮化鈉為主的產(chǎn)氣藥劑，疊氮化鈉類氣體發(fā)生劑具有點(diǎn)火容易、燃速快、燃燒溫度低、產(chǎn)氣量較大、燃燒后產(chǎn)生較純凈N2的等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)由于其劇毒性和危險(xiǎn)性，又開展了非疊氮化物煙火氣體發(fā)生劑研究，其焦點(diǎn)則是高能量、低感度、大產(chǎn)氣量、環(huán)保、廉價(jià)的可燃劑選擇和制備，這也是未來非疊氮化物煙火氣體發(fā)生劑的發(fā)展趨勢。自20世紀(jì)90年代以來，各大氣體發(fā)生器生產(chǎn)公司和研究機(jī)構(gòu)紛紛對唑類、胍類、偶氮類等非疊氮化物類氣體發(fā)生劑進(jìn)行了一系列研究[3]。

唑類氣體發(fā)生劑唑類氣體發(fā)生劑主要集中在三唑酮類、四唑類及它們的鹽為為燃料。其主要優(yōu)點(diǎn)是唑類含氮量較高，產(chǎn)氣量大。2003年，Blomquist等人[4]提出以TZX為可燃劑的氣體發(fā)生劑，機(jī)械性能良好，化學(xué)穩(wěn)定性好，氣體產(chǎn)物無毒，無殘?jiān)紵龤怏w溫度低，在新型非疊氮?dú)怏w發(fā)生劑方面有較好的應(yīng)用前景。

胍類氣體發(fā)生劑主要包括硝基胍（NQ）、硝酸胍（GN）、硝酸三氨基胍（TAGN）等，特點(diǎn)是原料易得[5]。其氧化劑一般選用硝酸銨及高氯酸銨。以胍、氨基胍的碳酸鹽、碳酸氫鹽或硝酸鹽為燃料，以及三聚氰酸、三聚氰胺等為副燃料，硝酸鹽為氧化劑，副氧化劑為金屬氧化物如氧化銅、二氧化錳、三氧化二鐵、氧化鈷等，成渣劑為二氧化硅、硅酸鹽、鋁硅酸鹽等，燃?xì)獍l(fā)生劑燃速和成渣性提高。日本的大賽璐公司[6]對硝酸胍型產(chǎn)氣藥研究得比較多。硝酸胍也是種一單質(zhì)炸藥，它用于產(chǎn)氣藥劑中有三大優(yōu)點(diǎn)：①產(chǎn)氣量比疊氮化鈉型產(chǎn)氣劑高;②毒性很低;③產(chǎn)生的氣體溫度較低。該種產(chǎn)氣藥一般采用擠出工藝做成表面積較大的空心小藥柱裝入氣體發(fā)生器內(nèi)?？偟膩碚f，胍類化合物由于生成焓低、富含氧、來源廣泛、不吸濕、燃溫低，具有較高的成氣量，產(chǎn)氣潔凈，廣泛應(yīng)用于安全氣囊燃?xì)獍l(fā)生劑。不足之處是硝酸胍型產(chǎn)氣藥的線性燃速較低，僅有疊氮化鈉線性燃速的一半左右。

2004年Wheatley等人[7]對偶氮化合物AZODN為可燃劑的低燃溫氣體發(fā)生劑進(jìn)行了研究，指出AZODN、AgNO3和KNO3的共熔物，可用作燃燒輔助劑幫助點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑，這類氣體發(fā)生劑常兼有唑類、胍類和偶氮類的性質(zhì)，含氮量高，產(chǎn)氣量大。同時(shí)高氧平衡的AZODN也可作為氧化劑，是未來新型氣體發(fā)生劑的代表。

3 結(jié)束語

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，以及人們對道路交通安全意識的提高，汽車行駛安全問題已經(jīng)成為現(xiàn)代社會亟待解決的重要課題之一。汽車防撞安全氣囊系統(tǒng)在保護(hù)駕駛員的生命安全中起著重要作用，而氣體發(fā)生器是安全氣囊系統(tǒng)的核心，氣體發(fā)生劑又是氣體發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)。氣體發(fā)生器的性能和結(jié)構(gòu)主要取決于其中氣體發(fā)生劑的性能，氣體發(fā)生劑作為安全氣囊系統(tǒng)的核心，安全氣囊充氣的動力源，對減少交通事故時(shí)人員的傷亡有很大價(jià)值。故人們更多地把目光投向汽車安全氣囊用氣體發(fā)生劑的研制上。同時(shí)研制環(huán)保、廉價(jià)、無毒、低溫、燃?xì)馇鍧嵉臍怏w發(fā)生劑對氣體發(fā)生劑的實(shí)際應(yīng)用無疑具有重要意義。其中非疊氮類氣體發(fā)生劑具有的含氮量高、燃速快、安定性良好、無毒、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，使其成為氣體發(fā)生劑領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘功配， 楊碩. 煙火學(xué)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社.1997，373-375.

[2] 鄧康清， 陶自成.國外氣體發(fā)生劑研制動向[J]. 固體火箭技術(shù)，1996，19（3）：34-40.

[3] 王宏社， 杜志明. 煙火型產(chǎn)氣藥研究進(jìn)展[J]. 含能材料，2004，12（6）：376-380.

[4] Blomquist， Harold R. Reduced smoke gas generant with improved temperature stability[P]. US：6588797，2003.

[5] Tadao Yoshida. Airbag gas generating composition [P].U.S. Pat. 5898126.1999.4.

[6] 大賽璐化學(xué)工業(yè)株式會社. 氣體發(fā)生劑組合物[P]. 中國專利：97111473.0

[7] Wheatley，Brian K，Greso，et al.Gas generant compositions exhibiting low autoignition temperatures and methods of generating gases there from [P].US：6673172，2004.