JPH06172076A - 火工品シート材料 - Google Patents

火工品シート材料

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JPH06172076A
JPH06172076A JP18798993A JP18798993A JPH06172076A JP H06172076 A JPH06172076 A JP H06172076A JP 18798993 A JP18798993 A JP 18798993A JP 18798993 A JP18798993 A JP 18798993A JP H06172076 A JPH06172076 A JP H06172076A
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sheet material
passivation
layer
oxidizable
pyrotechnic
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English (en)
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Charles A Bishop
ビシヨツプ，チヤールス・アーサー
Steven John Graham
グラーム，ステイーブン・ジヨン
Graeme A Leiper
レイパー，グレーム・アラン
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Imperial Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能を保証できる貯蔵期間を延長した火工品
シート材料。 【構成】 本発明は、例えばハロゲン系ポリマーのフィ
ルムのような酸化ポリマーフィルムの基体（１１）を有
し、その面の少なくとも一部分に、例えばマグネシウム
のような易酸化性材料の層（１２）をもった火工品シー
ト材料（１０）を提供する。基体と易酸化性材料は一緒
になって点火に発熱的に反応することができる。易酸化
性材料は、不働態金属又は不働態金属の酸化物を含む不
働態化材料の被覆保護障壁層（１３）で覆われる。障壁
層は、易酸化性材料の酸化を火工品シート材料の点火が
起こるまで防止する密な非多孔性酸化物を提供すること
によって、火工品シート材料の貯蔵寿命を延長するのに
効果的である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シート状の火工品材料
及び該材料の製造方法に関する。この材料は、例えばガ
ス発生器、ロケット・モーター、衝撃波伝達管、及び乗
物乗員安全拘束システムのガスバッグ用膨張器の熱発生
器の点火装置に有効に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】基体層又は各基体層の少なくとも一方の
面の少なくとも一部分に易酸化性材料の層をもった、１
枚又は２枚以上の酸化ポリマーフィルム基体層で構成さ
れ、ポリマーフィルムと易酸化性材料が一緒になって点
火に発熱的に反応できる火工品シート材料は、ＰＣＴ国
際公開ＷＯ第９０／１０６１１号及び第９０／１０７２
４に記載されている。高められた燃焼速度をもった改良
火工品シート材料は、われわれの同時係属英国特許出願
第９３０２５０３．９号に記載されている。
【０００３】推薬に点火するための前記火工品シート材
料の使用は、われわれの同時係属ヨーロッパ特許出願第
９２３００８３５−３号に記載され、火工品シート材料
を含むガス加熱要素を収容したハイブリッド膨張装置
は、われわれの同時係属英国特許出願第９３０２５０
３．９号に記載されている。
【０００４】上に述べられた火工品シート材料の好まし
い易酸化性材料は、リチウム、ナトリウム、マグネシウ
ム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウ
ム、ジルコニウム、及びそれらの１種類又は２種類以上
を含む合金からなるグループから選ばれた金属であり、
もっとも好ましい材料はマグネシウムである。金属は公
知の方法でフィルムに蒸着されるのが有利であり、金属
の量は、金属の下にあるフィルムの位置での実質的に化
学量論量であるのが好ましい。
【０００５】前記火工品シート材料において、易酸化性
材料が、通常の大気条件下で貯蔵されたときに、ゆっく
りではあるが顕著に酸化することをわれわれは見出し
た。これは前記材料から、利用できる反応エネルギーを
徐々に確実に減少させ、信頼性のある性能保証貯蔵期間
を著しく短縮するであろう。こうして火工品シート材料
の酸化層としてのマグネシウム層は、年間約３ミクロン
の割合で表面から酸化し、この材料が１５年までの保証
貯蔵寿命が求められている乗物乗員拘束システムに用い
られたならば、必要なマグネシウム層の厚さは、酸化フ
ィルム層との反応に必要な１５〜２０ミクロンの代りに
６０ミクロン以上でなければならないであろう。われわ
れはさらに、易酸化性材料が密な非多孔性酸化物をもっ
た酸化金属又は金属の密で非多孔性層によって不働態化
され得ると有利であり、それにより火工品シート材料の
貯蔵寿命を著しく増すことも見出した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
したような火工品シート材料の性能を保証できる貯蔵期
間を延長することである。本発明はまた、そのような改
良された火工品シート材料の製造方法を提供することも
目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、火工品
シート材料は、酸化ポリマーフィルムの基体、該基体の
少なくとも一方の面の少なくとも一部分に易酸化性材料
層を有し、基体と易酸化性材料が一緒になって点火に発
熱的に反応することができ、かつ不働態化材料の保護障
壁層が前記易酸化性材料を覆い、前記不働態化材料は不
働態金属又は不働態金属の酸化物を含む。
【０００８】この文脈では、不働態金属は、金属がさら
に酸化するのを防ぐ密な酸化物層をすでにその上に形成
されている金属である。適当な不働態金属は、チタン、
アルミニウム、ケイ素、クロム、ニッケル、錫、インジ
ウム、亜鉛、銅及びこれらの１種類又は２種類以上を含
む合金を含んでいる。
【０００９】不働態金属は、直接蒸発かマグネトロン・
スパッタリング（後者の方が好ましい）による低圧での
蒸着によって、易酸化性金属の表面に層として堆積され
ることができる。不働態金属の酸化物は、直接マグネト
ロン・スパッタリングによって堆積されるか、金属スパ
ッタリング中に形成されることができる。代りとして、
金属又は酸化物は、マグネトロン・スパッタリングによ
って、又は不働態金属又は不働態金属酸化物を形成する
ように分解又は酸化する不働態金属化合物の蒸気から堆
積されることができる。
【００１０】高真空蒸着（マグネトロン・スパッタリン
グを含む）によるフィルムの被覆は、ウエブ被覆の技術
においてよく知られており、書籍「ウエブ加工及び転化
技術(Web Processing and Converting Technology)」(V
an Nostrand Reinhold社発行) のエルンスト・Ｋ・ハー
ヴィヒ(Ernst K.Harwig)による「高真空ロール被覆」と
題する章に記載されている。易酸化性材料に不働態金属
層を堆積し、不働態金属が貯蔵中にその表面に密な保護
酸化物層を形成できるようにすることは一般に好まし
い。このような保護障壁層をもった火工品シート材料
は、反応性の強い易酸化性材料の著しい酸化なしに貯蔵
できる。火工品シートを収容した装置の有効寿命は、こ
れにより著しく延ばされる。
【００１１】不働態材料の堆積層は、２〜２００ナノメ
ーター厚であるのが便利で有効であり、好ましくは５〜
６０ナノメーター厚である。酸化ポリマーフィルムの基
体は易酸化性材料で両面を被覆されるのが好ましいが、
ある場合には、例えば熱可塑性プラスチックフィルムの
加熱シールを容易にするために、フィルムの一部が被覆
されずに残されることがある。
【００１２】特に好ましい酸化ポリマーフィルムは、Ｐ
ＣＴ国際公開ＷＯ第９０／１０６１１号及びＷＯ第９０
／１０７２４号に記載された火工品シート材料に用いら
れたものである。そこに記載された酸化ポリマーフィル
ムは、ハロゲン（特にフッ素）、酸素、イオウ、窒素及
び３価の燐からなるグループから選ばれ、その中に化学
的に結合された複数の原子を含む。
【００１３】好ましいフィルムは、ポリテトラフルオロ
エチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素系ポリマーを含む
が、その他の適当なポリマーフィルムは、ポリクロロト
リフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、
トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレンの相
互かテトラフルオロエチレンとのコポリマー、ヘキサフ
ルオロプロピレンとフッ化ビニリデンのコポリマー、テ
トラフルオロエチレンとパーフルオロプロピレンのコポ
リマー、クロロトリフルオロエチレンとフッ化ビニリデ
ンのコポリマー、パーフルオロプロピレンのホモポリマ
ー、パーフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンのコポ
リマー、トリクロロエチレンのホモポリマー、トリクロ
ロエチレンとフッ化ビニリデンのコポリマー、及びこの
ようなポリマーの２種類又は３種類以上の混合物、又は
このようなポリマーの１種類又は２種類以上とＰＴＦＥ
との混合物を含んだものを包含する。
【００１４】好ましい易酸化性材料は、ＰＣＴ国際公開
ＷＯ第９０／１０６１１号及びＷＯ第９０／１０７２４
号に記載された火工品シート材料に用いられた前記金属
を含む。好ましい金属は、マグネシウム及びその合金で
ある。基体ポリマーフィルムと金属の比は、金属の下に
あるフィルム位置で実質的に化学量論であるのが好まし
い。ＰＴＦＥとマグネシウムからなる典型的な火工品シ
ート材料の点火反応は、次の等式 (Ｃ2 Ｆ4 ）n ＋２ｎＭｇ→２ｎＭｇＦ2 (g) ＋２ｎＣ
(s) ＋5.98ＭＪ／ｋｇ によって説明することができる。
【００１５】不働態化層中の材料の総量は、反応に何ら
かの著しい効果をもつには一般にあまりにも少なく、特
に火工品シート材料を含んだ安全拘束システムをもって
いる乗物のどの乗員にも影響を与えるような、いかなる
有毒製品も生じさせることはないであろう。
【００１６】点火でのエネルギー放出率は、火工品シー
ト材料の厚さと反比例して変化し、したがって厚さは、
所望のエネルギー放出に達するように選ばれるであろ
う。こうしてポリマーフィルムは、一般に６〜６０ミク
ロン、典型的には１０〜５０ミクロンの厚さを有し、易
酸化性金属の合計厚さは、２〜３０ミクロン、典型的に
は１０〜１５ミクロンの厚さを有するであろう。
【００１７】本発明の火工品シート材料は、例えば平ら
なシート、ストリップ、テープ又は円板のようなどのよ
うな形状又は外形でも使用することができ、また折りた
たんだり、包装したり、しわ寄せしたり、ひだをつけた
り、波形をつけたり、縦溝をつけたり、棒や管のような
成形体の周りを包装したりすることもできる。
【００１８】燃焼速度及び燃焼強度を高めるために、所
望ならばシートは、われわれの同時係属英国特許出願第
９３０４７６３．７号に記載されたような、例えば表面
に形成された突出部のスペーサーを備えることができ
る。これらのスペーサーは、例えば上にあるシートの隣
接する表面の直接接触を防止するのに効果的であり、し
たがって熱ガス及び炎が燃焼面より先に早く運ばれるこ
とによって火工品材料の急速燃焼を容易にし、下流位置
の材料を起爆させる。
【００１９】本発明による火工品シート材料の製造方法
は、酸化ポリマーフィルムの少なくとも一方の面の少な
くとも一部分に、易酸化性材料の層を堆積することを含
み、ポリマーフィルムと易酸化性材料が一緒になって点
火に発熱的に反応することができ、かつ不働態金属又は
不働態金属の酸化物を含んだ不働態化材料の被覆層を、
易酸化性材料上に堆積することを含む。
【００２０】易酸化性材料は、直接蒸発又はマグネトロ
ン・スパッタリングによって、ポリマー基体に低圧で蒸
着されるのが好ましい。不働態化材料は、不働態金属、
もしくは不働態金属又は不働態金属酸化物を形成するよ
うに分解又は酸化する不働態金属化合物の直接蒸発又は
マグネトロン・スパッタリング、もしくは不働態金属酸
化物のマグネトロン・スパッタリングによって蒸着され
るのが好ましい。
【００２１】
【実施例】本発明はさらに、本発明の火工品シート材料
の一部の斜視断面図である添付の図面を参照した例につ
いて説明される。図を参照すると、符号１０によって全
体的に示された火工品シート材料は、例えばポリクロロ
トリフルオロエチレン製で、易酸化性金属、例えばマグ
ネシウムの蒸着層１２で各面を被覆された酸化ポリマー
フィルムの基体１１からなる。各易酸化性金属層は、不
働態金属の蒸着層１３で被覆されている。本発明の態様
は、次の実施例にさらに述べられている。
【００２２】実施例１ 火工品シート材料は、２０ミクロン厚のポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルム基体の各面に、１０
ミクロン厚のマグネシウム層を平らに蒸着することによ
って製造され、全マグネシウム量は基体の６０％に達し
た。さらに各マグネシウム層は、１０ナノメーター厚の
アルミニウム層で被覆された。
【００２３】シート材料の製造では、マグネシウムは、
高真空下の直接蒸発によって基体ポリマーフィルム上に
蒸着され、アルミニウムは、マグネトロン・スパッタリ
ングによって実質的に堆積され、マグネトロン・スパッ
タリングでは低圧アルゴンガスのイオン化流が、磁場内
のアルミニウム陰極に、マグネシウム面に堆積される高
エネルギーのアルミニウム原子又は粒子を放出するよう
に加速される。
【００２４】火工品シート材料は、２０℃、相対湿度９
０％の空気中に９週間さらされ、電子分光化学分析（Ｅ
ＳＣＡ）によって分析された。硬い酸化アルミニウム
が、シート材料上に保護層を設けたさらされたアルミニ
ウム表面下に３．６ナノメーターの深さまで形成されて
いることが見出された。比較として、同一の湿った大気
条件で同一期間さらされた後に、ほとんどすべてのマグ
ネシウム被覆を失ったアルミニウム被覆のない類似の火
工品シート材料は、マグネシウムは酸化し、基体から剥
落していた。
【００２５】実施例２ 火工品シート材料は、基体がポリクロロトリフルオロエ
チレンであった以外は、実施例１に述べられたように製
造され、アルミニウムの不働態金属被覆は、マグネトロ
ン・スパッタリングで堆積された３０ナノメーター厚の
チタン層によって置き換えられた。実施例３ 火工品シート材料は、アルミニウム被覆が低圧での直接
蒸発によってマグネシウム上に蒸着された以外は、実施
例１に述べられたように製造された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の火工品材料の一部の斜視断面図。
【符号の説明】
１０ 火工品シート材料 １１ 酸化ポリマーフィルム基体 １２ 易酸化性金属蒸着層 １３ 不働態金属蒸着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビシヨツプ，チヤールス・アーサー イギリス国．クリーブランド・テイエス ８・０エイ．ミドルスバロー．ニユービ イ．ロング・ミードウス（番地その他表示 なし) (72)発明者 グラーム，ステイーブン・ジヨン イギリス国．エーアシヤー・ケイエイ29・ ０デイワイ．フエアーリー．モントゴメリ ー・ドライブ．21 (72)発明者 レイパー，グレーム・アラン イギリス国．エーアシヤー・ケイエイ９・ １キユエツクス．プレストウイツク．アラ ンヴエイル・ロード．５

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸化ポリマーフィルムの基体（１１）、
    該基体の少なくとも一方の面の少なくとも一部分に易酸
    化性材料層（１２）を有し、前記ポリマーフィルムと前
    記易酸化性材料が一緒になって点火に発熱的に反応する
    ことができる火工品シート材料（１０）において、前記
    酸化材料を覆う不働態化材料の保護障壁層を有し、前記
    不働態化材料が、ここで定義されたような不働態金属
    （１３）又は不働態金属の酸化物を含むことを特徴とす
    る火工品シート材料。
  2. 【請求項２】 不働態化材料層（１３）が蒸着層である
    ことを特徴とする請求項１記載の火工品シート材料。
  3. 【請求項３】 不働態化材料層（１３）が２〜２００ナ
    ノメーター厚であることを特徴とする請求項１又は２記
    載の火工品シート材料。
  4. 【請求項４】 酸化ポリマーフィルムの基体（１１）
    が、両面とも易酸化性材料層（１２）によって被覆さ
    れ、各易酸化性材料層が、不働態化材料層（１３）によ
    って被覆されることを特徴とする請求項１から３のいず
    れか１項に記載の火工品シート材料。
  5. 【請求項５】 酸化ポリマーフィルム（１１）が、ポリ
    テトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチ
    レン、ポリヘキサフルオロプロピレン、トリフルオロエ
    チレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、トリ
    フルオロエチレンとテトラフルオロエチレンのコポリマ
    ー、ヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレ
    ンのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビ
    ニリデンのコポリマー、テトラフルオロエチレンとパー
    フルオロプロピレンのコポリマー、クロロトリフルオロ
    エチレンとフッ化ビニリデンのコポリマー、パーフルオ
    ロプロピレンのホモポリマー、パーフルオロプロピレン
    とフッ化ビニリデンのコポリマー、トリクロロエチレン
    のホモポリマー、トリクロロエチレンとフッ化ビニリデ
    ンのコポリマー、及びそのようなポリマーの２種類又は
    ３種類以上の混合物からなるグループから選ばれたフッ
    素ポリマーを含み、 易酸化性材料（１２）が、リチウム、ナトリウム、マグ
    ネシウム、ベリリウム、カルシウム、ストロンチウム、
    バリウム、ジルコニウム、及びそれらの１種類又は２種
    類以上を含む合金からなるグループから選ばれてポリマ
    ーフィルム上に蒸着された金属を含み、かつ不働態金属
    （１３）が、チタン、アルミニウム、ケイ素、クロム、
    ニッケル、錫、インジウム、亜鉛、銅、及びそれらの１
    種類又は２種類以上を含む合金からなるグループから選
    ばれた蒸着金属を含むことを特徴とする請求項１から４
    のいずれか１項に記載の火工品シート材料。
  6. 【請求項６】 ２〜３０ミクロン厚のマグネシウム層
    （１２）を各面に蒸着した６〜６０ミクロン厚の基体フ
    ィルム（１１）を有する請求項５記載の火工品シート材
    料において、マグネシウム層を覆う５〜６０ナノメータ
    ー厚の蒸着不働態化材料層（１３）を有することを特徴
    とする火工品シート材料。
  7. 【請求項７】 酸化ポリマーフィルム（１１）の少なく
    とも一方の面の少なくとも一部分に、易酸化性材料層
    （１２）を堆積することを含み、ポリマーフィルムと易
    酸化性材料が一緒になって点火に発熱的に反応すること
    ができる火工品シート材料の製造方法において、不働態
    金属又は不働態金属の酸化物を含んだ不働態化材料の被
    覆層（１３）が、易酸化性材料上に堆積されることを特
    徴とする火工品シート材料の製造方法。
  8. 【請求項８】 易酸化性材料（１２）及び／又は不働態
    化材料層（１３）が、直接蒸発又はマグネトロン・スパ
    ッタリングによって低圧で蒸着されることを特徴とする
    請求項７記載の火工品シート材料の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項７又は８記載の製造方法により常
    に製造された火工品シート材料。
  10. 【請求項１０】 請求項１から６及び９のいずれか１項
    に記載の火工品シート材料を含む乗物乗員安全拘束シス
    テム用ガスバッグの膨張器。
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