氣體發生器低溫點火穩定性研究

姚 俊，羅運強，牛振宇，劉 亮

（航天科技集團公司四院四十二所，湖北 襄陽 441003）

隨著國內道路交通安全法規的不斷完善和人民生活水平的不斷提高，汽車安全氣囊的普及率越來越高，已成為乘車關鍵標準配件之一[1-3]。汽車安全氣囊系統主要由傳感器、ECU(Electronic Control Unit)、氣體發生器、氣袋和支架等組成。氣體發生器是安全氣囊系統的核心部件[4,5]。根據 USCAR要求，氣體發生器必須在-35~+85 ℃的溫度范圍內穩定可靠點火，且要求低溫點火時間不超過7 ms。然而，氣體發生器在低溫條件下常出現不點火、點火時間長或二次點火問題。其中不點火問題工作機理已經很清楚。基于此，本文主要研究氣體發生器低溫點火時間長、二次起爆問題，研究電爆管輸出壓力和點火藥性能對高壓力氣體發生器低溫點火性能的影響，擬給出有效的控制措施。

1 試驗裝置

高壓力氣體發生器結構示意圖如圖1所示，主要由上、下殼體、電爆管、固定管、點火藥、氣體發生劑、過濾網和鋁箔等零部件組成。

2 實驗部分

采用圖1所示氣體發生器在60 L壓力容器中進行實驗，低溫(-35±2)℃。

圖1 高壓力氣體發生器結構示意圖Fig.1 Structure diagram of high pressure gas generator

3 結果與討論

3.1 電爆管對低溫點火性能的影響

不同型號電爆管性能數據見表1。從表1可知，五種電爆管的輸出壓力 PFGI-260=PAQ-3＞PFGI-180＞PAQ-3丁＞PFGI-110。電爆管匹配DHY-7點火藥試驗，DHY-7是自制點火藥，配方體系為 Al粉/氧化劑，依靠產生高溫氣體和金屬粒子點燃氣體發生劑。DHY-7點火藥真空爆熱5 200 kJ/kg，藥型為直徑φ3 mm，厚度1.0~1.2 mm，密度1.9~2.1 g/cm3。

3.1.1 1.7 g點火藥試驗

從表2和圖2看出，FGI-260電爆管能點燃，但延遲14.5~15.8 ms，不能滿足USCAR要求；AQ-3點火延遲 56~75.8 ms，FGI-180幾乎點不著。FGI-260和AQ-3輸出壓力相同，點火性能相差大，歸因于電爆管中起爆藥配方的不同。FGI-180輸出能量低，點火性能差。

圖2 不同電爆管匹配1.7 g點火藥的P-t曲線Fig.2 P-t curves of electric detonator with 1.7 g amorce

3.1.2 2.7 g點火藥試驗

從表3和圖3看出，FGI-260電爆管點火延遲4.3~4.9 ms，AQ-3點火延遲 2.3~3.4 ms，FGI-180點火延遲5~5.5 ms，滿足USCAR要求。

圖3 不同電爆管匹配2.7 g點火藥的P-t曲線Fig.3 P-t curves of electric detonator with 2.7 g amorce

3.1.3 3.2 g點火藥試驗

從表4和圖4看出：FGI-260電爆管點火延遲1.7~2.2 ms，FGI-180點火延遲 1.9~2.2 ms，AQ-3點火延遲1.7~2.1 ms，3種點火能力相當。

可見，FGI-260、AQ-3和FGI-180電爆管匹配DHY-7點火藥時，點火藥量達到2.7以上氣體發生器才能正常穩定點火，點火時間滿足USCAR要求。能量更低的AQ-3丁電爆管和FGI-110電爆管需要更多的點火藥才能達到較好的點火效果。

圖4 不同電爆管匹配3.2 g點火藥的P-t曲線Fig.4 P-t curves of electric detonator with 3.2 g amorce

3.2 點火藥對低溫點火性能的影響

3.2.1 點火藥種類的影響

圖5可以看出，點火壓力B03>DHY-7>PBKN，B03和PBKN點火穩定性好。

表5、圖5和圖6對比可看出，B03點火藥雖點火壓力高，但低溫時沒有將氣體發生劑點燃，DHY-7和PBKN均能將氣體發生劑點燃，但PBKN點火藥低溫點燃氣體發生劑的能力更好。說明點火藥燃燒產生熱粒子點火效果更好。B03點火藥沒有將氣體發生劑點燃，可能由于其燃燒速度快，低溫時在氣體發生劑藥片表面作用時間短。

圖5 不同點火藥的點火壓力Fig.5 Igniter pressure of different amorce

圖6 不同點火藥發生器的低溫內壓曲線Fig.6 Low temperature internal pressure curve of different amorce generator

3.2.2 點火藥量的影響

PBKN點火藥不同藥量低溫點火性能數據見表6，低溫內壓曲線見圖7。

圖7 不同PBKN量低溫內壓曲線Fig.7 Low temperature internal pressure curve of different content of PBKN

從表6和圖7中可看出，PBKN點火藥減少至2.5 g時，低溫仍有良好的點火能力。

3.2.3 點火藥厚度的影響

PBKN點火藥片（不同厚度）見表7、圖8。

從表7、圖8可以看出，1.1 mm點火藥片低溫點火時間1.7~2.1 ms，1.5 mm點火藥片低溫點火時間5.1~6.4 ms，厚藥片點火持續時間長。點火藥片厚度是調節點火研制時間的有效手段。

圖8 不同厚度點火藥P-t曲線Fig.8 P-t curves of amorces with various thickness

表1 不同型號電爆管測試數據(10 cm3壓力容器)Table 1 Test data of different kind electric detonators(10 cm3 pressure vessel)

表2 不同電爆管匹配1.7 g點火藥試驗數據Table 2 Test data of electric detonator with 1.7 g amorce

表3 不同電爆管匹配2.7 g點火藥試驗數據Table 3 Test data of electric detonator with 2.7 g amorce

表4 不同電爆管匹配3.2 g點火藥試驗數據Table 4 Test data of electric detonator with 3.2 g amorce

表5 不同點火藥低溫點火性能數據Table 5 Data of low temperature ignition performance

表6 不同PBKN量低溫點火性能數據Table 6 Data of low temperature ignition performance with different content of PBKN

表7 點火藥厚度對比試驗數據Table 7 Test data of amorces with various thickness

4 結 論

電爆管需匹配一定量點火藥才能保證低溫穩定點火，電報管輸出能量越低，需要的點火藥量越多；能量高、產氣量低、靠火焰和固體粒子點燃氣體發生劑的PBKN點火藥低溫點火能力好。PBKN點火藥藥量較少時仍有較好的點火性能；電爆管和點火藥是影響高壓力氣體發生器的主要因素，選用能量適中的電爆管和帶有熱粒子的點火藥可以有效控制高壓力氣體發生器低溫點火的穩定性。

［1］劉浩學. 汽車使用安全技術[M]. 北京：人民交通出版社, 2002-11.

［2］鐘志華, 楊濟匡. 汽車安全氣囊技術及其應用[J]. 中國機械工程,2000, 11(1-2):234-237.

［3］高翠翠. 汽車安全氣囊的現狀與發展[J]. 科協論壇, 2008 (6): 50-51.

［4］周奎軍. 汽車安全氣囊氣體發生器的研究[D]. 南京: 南京理工大學博士學位論文, 2007.

［5］譚迎新, 譚立新, 尉存娟,等. 用于汽車安全氣囊的氣體發生器產氣性能研究[J]. 2006, 16(2):95-98.