安全气囊用气体发生剂的研究进展

陈爱萍 刘德军

摘 要： 简要介绍了安全气囊用气体发生剂的国内外研究进展，并展望了其研究发展趋势，提出具有含氮量高、燃速快、安定性良好、无毒、绿色环保等优点的非叠氮类气体发生剂已经成为气体发生剂领域的研究热点。

关键词： 安全气囊;气体发生剂;研究进展

1 概述

汽车安全气囊用气体发生剂具有以下特点[1]：①燃烧温度低，一般要低至2500K 以下，以防烧伤乘员;②燃气“清洁”，少烟，低腐蚀;③燃烧残渣应少，气体发生剂以产气为目的，残渣是多余且有害的;④产气量大，即单位质量气体发生剂燃烧后产生气体的体积大，从而燃气的做功能力大，有利于減轻结构重量;⑤燃烧速度快，否则不能使气袋瞬时膨胀，一般燃烧时间要求小于35ms;⑥相对低的燃烧速度压力指数，一般小于0.6，从而降低相应的气囊膨胀器件的冲击可变性。

2 国内外研究动态

40年代以来[2]，国外首先研制了双基型气体发生剂，随后研制了硝酸铵型气体发生剂并在相当长的一段时间里该气体发生剂几乎占领了整个气体发生剂领域。但由于硝酸铵晶变和吸湿性的缺点使其应用领域被60年代的高氯酸铵所取代。然而高氯酸铵型气体发生剂燃烧时会产生具有腐蚀性的气体HCl，因此其应用也受到了限制。70年代将三氨基胍硝酸盐引入硝铵气体发生剂中，成功的研制出HMX型气体发生剂，这类气体发生剂克服了燃气中的HCl问题，但因硝铵贫氧，此类气体发生剂压强指数高，有了一定局限性。70年代还开发了5-ATN型气体发生剂、N2发生剂、O2发生剂，并将它们用于安全应急系统中。80年代以后，气体发生剂领域主要是着力于新产品的开发、性能的提高和成本的降低。为此，研制了平台气体发生剂、无氯“清洁”复合气体发生剂、GAP高性能气体发生剂和其他特种气体发生剂。我国气体发生剂的研究是58年开始的，当时先研制了双基类型气体发生剂，而后又研制了复合类型气体发生剂。60年代又仿制了苏联的双基类型配方。

二十世纪九十年代初国内学者开始研究以叠氮化钠为主的产气药剂，叠氮化钠类气体发生剂具有点火容易、燃速快、燃烧温度低、产气量较大、燃烧后产生较纯净N2的等优点，但同时由于其剧毒性和危险性，又开展了非叠氮化物烟火气体发生剂研究，其焦点则是高能量、低感度、大产气量、环保、廉价的可燃剂选择和制备，这也是未来非叠氮化物烟火气体发生剂的发展趋势。自20世纪90年代以来，各大气体发生器生产公司和研究机构纷纷对唑类、胍类、偶氮类等非叠氮化物类气体发生剂进行了一系列研究[3]。

唑类气体发生剂唑类气体发生剂主要集中在三唑酮类、四唑类及它们的盐为为燃料。其主要优点是唑类含氮量较高，产气量大。2003年，Blomquist等人[4]提出以TZX为可燃剂的气体发生剂，机械性能良好，化学稳定性好，气体产物无毒，无残渣，燃烧气体温度低，在新型非叠氮气体发生剂方面有较好的应用前景。

胍类气体发生剂主要包括硝基胍（NQ）、硝酸胍（GN）、硝酸三氨基胍（TAGN）等，特点是原料易得[5]。其氧化剂一般选用硝酸铵及高氯酸铵。以胍、氨基胍的碳酸盐、碳酸氢盐或硝酸盐为燃料，以及三聚氰酸、三聚氰胺等为副燃料，硝酸盐为氧化剂，副氧化剂为金属氧化物如氧化铜、二氧化锰、三氧化二铁、氧化钴等，成渣剂为二氧化硅、硅酸盐、铝硅酸盐等，燃气发生剂燃速和成渣性提高。日本的大赛璐公司[6]对硝酸胍型产气药研究得比较多。硝酸胍也是种一单质炸药，它用于产气药剂中有三大优点：①产气量比叠氮化钠型产气剂高;②毒性很低;③产生的气体温度较低。该种产气药一般采用挤出工艺做成表面积较大的空心小药柱装入气体发生器内。总的来说，胍类化合物由于生成焓低、富含氧、来源广泛、不吸湿、燃温低，具有较高的成气量，产气洁净，广泛应用于安全气囊燃气发生剂。不足之处是硝酸胍型产气药的线性燃速较低，仅有叠氮化钠线性燃速的一半左右。

2004年Wheatley等人[7]对偶氮化合物AZODN为可燃剂的低燃温气体发生剂进行了研究，指出AZODN、AgNO3和KNO3的共熔物，可用作燃烧辅助剂帮助点燃气体发生剂，这类气体发生剂常兼有唑类、胍类和偶氮类的性质，含氮量高，产气量大。同时高氧平衡的AZODN也可作为氧化剂，是未来新型气体发生剂的代表。

3 结束语

随着汽车工业的快速发展，以及人们对道路交通安全意识的提高，汽车行驶安全问题已经成为现代社会亟待解决的重要课题之一。汽车防撞安全气囊系统在保护驾驶员的生命安全中起着重要作用，而气体发生器是安全气囊系统的核心，气体发生剂又是气体发生器的关键技术。气体发生器的性能和结构主要取决于其中气体发生剂的性能，气体发生剂作为安全气囊系统的核心，安全气囊充气的动力源，对减少交通事故时人员的伤亡有很大价值。故人们更多地把目光投向汽车安全气囊用气体发生剂的研制上。同时研制环保、廉价、无毒、低温、燃气清洁的气体发生剂对气体发生剂的实际应用无疑具有重要意义。其中非叠氮类气体发生剂具有的含氮量高、燃速快、安定性良好、无毒、绿色环保等优点，使其成为气体发生剂领域的研究热点。

参考文献

[1] 潘功配， 杨硕. 烟火学[M]. 北京：北京理工大学出版社.1997，373-375.

[2] 邓康清， 陶自成.国外气体发生剂研制动向[J]. 固体火箭技术，1996，19（3）：34-40.

[3] 王宏社， 杜志明. 烟火型产气药研究进展[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] 大赛璐化学工业株式会社. 气体发生剂组合物[P]. 中国专利：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.