目前判明的是,造成有史以来最大规模汽车召回的“罪魁祸首”是高田制造的安全气囊用气体发生器。高田使用硝酸铵作为燃烧产生气体的推进剂材料。要搞清楚安全气囊破裂的原因,追根溯源,就离不开这个硝酸铵。
高田是从2000年左右开始在气体发生器中使用硝酸铵的。当时就因为这个决策,高田被竞争对手誉为“不得不尊敬”的企业。因为对于气体发生器而言,硝酸铵是“谁都想用,但又极其棘手”、优缺点均极为明显的化合物。
许多安全气囊企业也都尝试过硝酸铵,但最终都放弃了。只有高田成功使用硝酸铵并推出了气体发生器。产品不仅尺寸比竞争对手小许多,而且便宜,所以销售一路走高,近10年来销售额增加了约5成,2014年更是达到了6428亿日元。可以说,当时高田的技术人员对在安全气体发生器中成功使用硝酸铵是自豪的。反之,如果这款产品没有魅力的话,现在召回时也不会涉及那么多的汽车企业,造成那么大的规模了。
硝酸铵还是硝酸胍,这是个问题。
1999年气体发生器企业面临着一个重大的选择,因为此前用于气体发生器的叠氮钠于1999年被法律指定为有毒物质而无法再使用。为此企业开始拼命寻找一种能够代替叠氮钠,且像叠氮钠那样廉价又能产生大量气体的物质。进入人们视野的有力候选有两种材料,这就是硝酸铵和硝酸胍(硝酸亚氨脲)。两种材料都毒性较小,燃烧后释放出氮气。于是各公司纷纷开始研究这两种化合物,但在技术人员的内心深处,“如有可能的话,最想用的还是硝酸铵”,因为硝酸铵具有三大优点。
第一大优点:便宜。在日本“1kg大约100日元左右”,而同量的硝酸胍则为600~800日元,高出6倍以上。第二大优点:便于气体发生器缩小体积。因为与硝酸胍相比,硝酸铵的气体发生量要多出许多。第三大优点:环保。因为硝酸铵反应后产生的是氮气、氧气和水。虽然硝酸胍反应后也无大的毒性,但会产生二氧化碳。所以各公司的技术人员都倾心于硝酸铵。
但是硝酸铵同时还有两大缺点:一个是在不同温度下会出现导致体积变化的相转移,而硝酸胍则无此现象。
出现相转移,材料的结晶状态就会发生变化,材料体积也随之增减,此时令人讨厌的是相变化有可能使得气体发生剂的形状崩溃破损。硝酸铵本身是白色粉末,用于气体发生剂时通常和其他化合物混合后做成片剂。一个气体发生器中会放入十几个~几十个这样的片剂。
气体发生剂的爆炸速度由药片的表面积决定,面积越大,爆炸速度越快。而片剂的形状一旦崩溃,就会导致表面积增大,最坏的情况,爆炸速度有可能超过气体发生器的容许极限值,此时,安全气囊就会受到过大的气压而导致气囊破裂,气体发生器也会破碎飞射出来。
硝酸铵在不同的温度下会产生5种结晶状态的相转移,其中一种刚好发生在车内常见的32℃。汽车的温度经常会高于或低于这个温度,所以片剂也会随之膨胀收缩,频繁的体积变化有可能导致片剂破损。
硝酸铵还有一个缺点就是对于水的溶解度高,容易吸收水分。20℃时100g水中可以溶解190g的硝酸铵。所以空气中稍有水分就会被吸收,导致片剂膨胀破损。之后就会和相转移一样,最坏的情况也会导致安全气囊受损。
而硝酸胍虽然也吸收水分,但吸水后的现象刚好和硝酸铵相反,会出现固化现象,体积反而变小。由于表面积也随之变小,爆炸速度会降低,安全气囊的充气变慢。
对于这两种物质,气体发生器企业的态度分成了两大派。高田以外的企业,因为无法在短时间内解决硝酸铵的两大缺点,所以放弃了硝酸铵而采用硝酸胍。这样虽然安全气囊的性能会有所下降,但在最坏的条件下,只是爆炸速度减弱,不至于导致安全气囊破裂。
而高田则甘冒风险选择了硝酸铵。这是因为高田自信可以消除硝酸铵的这两个缺点。
首先对于相转移现象,高田找到了能够抑制相转移的相稳定剂材料。将这种材料与硝酸铵混合后,即便温度变化,也不容易出现相转移。据推测这种相稳定剂材料是硝酸钾。
而对于吸水性,高田采用的方法是制作湿气无法进入的密闭容器,在制造环节进行彻底的湿度管理。这种方法最初被认为获得了成功,但在商品化10年后,却发现了一个意外的“陷阱”。
少许的水会进入容器
导致高田的气体发生器召回的原因共有6种,其中5种原因均已判明。但还有一个至今未能判明,那就是2013年夏季发生在美国的6起安全气囊破裂事件的原因。这6起事件均发生在高温高湿地区,目前推测的原因是“长期处于高温高湿环境下时,水分进入到了气体发生器内部”。经过调查发现,导致水分进入的部件可能出在一枚金属膜片上。
在安全气囊的筒状气体发生器上,有数个直径为1mm左右的小孔。这些小孔是为了在气体发生剂发生化学反应产生氮气后,由筒内向外排出氮气的通路。通常会用一种厚度为0.数mm的金属膜片贴在筒内壁堵住小孔,当气体导致筒内压力增大到一定程度时,金属膜片就会被压破,释放出气体为安全气囊充气。
目前有一种观点是,粘贴金属膜片的胶在长时间高温环境下会出现劣化,之后如若遭遇高湿环境,就有可能从劣化的粘贴胶中渗入水分。与高田使用同样金属膜片的一家企业所做的调查也显示“在极其恶劣的环境下,有可能从小孔中吸入水分”。当然造成此现象的原因也有可能不是胶的劣化,而是金属筒的内壁本身不够平整,导致金属膜片和筒内壁之间存在缝隙,从缝隙中渗入了水分。
实际上,高田发现了这个问题,并在商品化10年后(2010年)开始在气体发生器中追加吸湿剂。这样一来即便有少许水分进入了气体发生器,也会被吸湿剂吸走,水分到达气体发生剂的可能性基本被消除。所以至今高田都认为追加了吸湿剂的气体发生器是安全的,而此次召回的车辆中的确也不包含追加了吸湿剂的安全气囊,但是未追加吸湿剂的车辆则全部都属于召回对象。
产品化10年后才追加的吸湿剂,这个对策显然来的太迟了。那些在此之前出售的安全气囊,最终导致了6起死亡事故和多起伤人事件。
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