Mislav
Koje kemikalije uzrokuju napuhavanje zračnih jastuka i kako su se mijenjale tijekom vremena?
Kemijska reakcija koja se koristi za aktiviranje zračnih jastuka je evoluirala, ali jedno ponavljanje rezultiralo je masovnim povlačenjima
Zamislite da se vozite cestom s dvije trake. Mračno je i pada kiša. Možda vozite brže nego što biste trebali. Možda neka životinja izleti na cestu. Ili možda neki drugi vozač izgubi kontrolu nad svojim vozilom. Zaokrenete i pritisnete kočnicu, ali sudar je već pokrenut. Vaš sigurnosni pojas se zateže dok se vaš automobil sudara, a jedini predmet između vas i ozbiljne ozljede ili čak smrti je tanka najlonska vrećica puna dušika – zračni jastuk.
Kemija koja se koristi za napuhavanje zračnih jastuka je evoluirala. Tijekom godina proizvođači automobila nastojali su koristiti učinkovitije, jeftinije kemijske transformacije i smanjiti upotrebu potencijalno opasnih spojeva. Ali te promjene nisu uvijek bile na bolje. U kasnim 1990-ima, proizvođač automobilskih dijelova Takata lansirao je formulaciju zračnih jastuka koja je dovela do povlačenja koja američka Nacionalna uprava za sigurnost u prometu (NHTSA) opisuje kao “najveća i najkompliciranija povlačenja automobila u povijesti Sjedinjenih Država”. Danas kombinacija kemijskih reakcija i spremnika stlačenog plina pomaže u spašavanju života.
Zračni jastuci spasili su 50.457 života u SAD-u između 1987. i 2017., prema NHTSA . Izbijajući iz upravljača, nadzorne ploče, sjedala i nosača oko vrata automobila, zračni jastuci štite glave i udove od udaranja u tvrde površine automobila.
Brzina je ključna za pravilan rad zračnih jastuka. Prosječan sudar automobila traje manje od 200 ms — otprilike dvostruko više nego što je potrebno za treptanje. Dakle, sigurnosni sustavi moraju raditi u još kraćem vremenu. Od otkrivanja sudara do aktiviranja zračnog jastuka potrebno je oko 10–30 ms, ovisno o vrsti zračnog jastuka. Proces zahtijeva malo sofisticiranog inženjeringa, ali u srcu je kemijska reakcija koja kruti materijal pretvara u plin u djeliću sekunde.
Prednji zračni jastuci postali su obavezni na svim vozilima u SAD-u 1999. godine, ali su automobilske tvrtke počele raditi na zračnim jastucima ranih 1970-ih. Izumitelji i inženjeri eksperimentirali su i prije toga. Prvi patenti automobilskih zračnih jastuka datiraju iz ranih 1950-ih.
Njemački izumitelj Walter Linderer i američki inženjerski tehničar John Hetrick neovisno su patentirali ideju korištenja komprimiranog zraka za napuhavanje jastuka u automobilu. No komprimirani zrak se pokazao presporom da bi bio praktičan. Dva glavna izuma pomogla su zračnim jastucima da se razviju u korisnu sigurnosnu značajku: brzo otkrivanje i brzo napuhavanje. Godine 1967. Amerikanac Allen K. Breed patentirao je elektromagnetski senzor koji će postati ključan za brzo aktiviranje zračnih jastuka. Yasuzaburou Kobori, japanski automobilski inženjer, vrlo je brzo 1964. riješio problem stvaranja velike količine plina. Njegova genijalna ideja bila je upotrijebiti kemijsku eksploziju koja stvara plin za napuhavanje zračnih jastuka.
Prvi široko rasprostranjeni sustavi aktiviranja koristili su natrijev azid za napuhavanje zračnih jastuka. Senzor pokreće uređaj koji pali natrijev azid, proizvodeći dušik i metalni natrij. Proizvođači zračnih jastuka dodali su i kalijev nitrat i silicijev dioksid kako bi reagirali s nastalim metalnim natrijem. Tom reakcijom nastaju kalijev silikat i natrijev silikat, a oba sprječavaju reakciju natrija s vlagom u zraku i formiranje korozivnog natrijevog hidroksida.
Ali proizvođači zračnih jastuka ukinuli su ovu kemiju do kasnih 1990-ih jer su kruti silikati mogli zadržati toplinu u eksploziji, kaže Paul Worsey, stručnjak za inženjering eksploziva na Sveučilištu znanosti i tehnologije Missouri. “Imate sve te male vruće čestice” koje mogu opeći ljude, kaže Worsey.
Proizvođači zračnih jastuka također su tražili kemijsku reakciju koja oslobađa više plina po gramu materijala kako bi mogli učiniti sustav zračnih jastuka manjim i lakšim, kaže Harold R. Blomquist, kemičar koji je radio na energetski čvrstim materijalima u automobilskim zračnim jastucima i drugim sustavima u TRW Automotive i kao konzultant. Neki navode toksičnost natrijevog azida kao još jedan razlog zbog kojeg su se proizvođači zračnih jastuka odmaknuli od ove kemije, ali Blomquist kaže da praktički nema izlaganja spoju nakon što je inkapsuliran u sustavu zračnih jastuka. A kada se automobili odbacuju, zračni jastuci se aktiviraju kao nešto naravno, tako da se azid pretvara u plin dušik.
U kasnim 1990-ima proizvođač zračnih jastuka Takata uveo je sustav koji je zamijenio natrijev azid amonijevim nitratom—gnojivo i dobro poznati eksploziv. Ova se promjena pokazala katastrofalnom. S vremenom se amonijev nitrat u Takatinim zračnim jastucima pokvario na način da je uzrokovao nekontroliranu detonaciju kada se zračni jastuk aktivirao. Ovo je uništilo spremnik u kojem se nalazio amonijev nitrat, poslavši metalne šrapnele u vozilo. Prvo prijavljeno pucanje zračnog jastuka dogodilo se 2004. godine; kvar je uzrokovao 23 smrti i najmanje 400 ozljeda samo u SAD-u, što je dovelo do povlačenja 67 milijuna zračnih jastuka u desecima milijuna automobila, prema NHTSA-i.
Ali zašto se amonijev nitrat pokvario? Blomquist, koji je proučavao Takata zračne jastuke za NHTSA-inu istragu, kaže da je vlaga iz vlažnog zraka prodrla kroz brtve oko kućišta amonijevog nitrata. S vremenom je vlaga transformirala amonijev nitrat iz jednolične krutine u onu prožetu kanalima putem procesa poznatog kao Ostwaldovo sazrijevanje. Problem su pogoršale visoke temperature, pa je bilo gore u dijelovima SAD-a s toplim i vlažnim vremenom. Kad se zračni jastuk aktivirao, vrući plin iz izgaranja brzo je prostrujao kroz kanale i izgorio kroz materijal za samo 3–5 ms, umjesto 30 ms za koliko je predviđeno.
“Dakle, umjesto da izbacuje plin iz rupe dobrom brzinom, on dolazi sav odjednom i raznosi strukturu”, kaže Blomquist. On procjenjuje da u vrućim, vlažnim regijama, zračni jastuci za napuhavanje amonijevog nitrata mogu biti ugroženi u roku od 6 godina.
NHTSA kaže da zbog toga što je problem bio toliko raširen – uključujući vozila 19 proizvođača automobila – neki zračni jastuci još uvijek nisu zamijenjeni. Ranije ovog mjeseca, proizvođač automobila Stellantis (bivši Fiat Chrysler) upozorio je vlasnike karavanskih modela Dodge Magnum, kupea Dodge Challenger i limuzina Dodge Charger i Chrysler 300 iz modelnih godina 2005. – 2010. da uopće ne voze svoje automobile ako im zračni jastuci još nisu postavljeni. zamijenjeno. Umjesto toga, rekao je proizvođač automobila, vozila bi trebala biti odvučena na popravak. Vozači u SAD-u mogu provjeriti jesu li njihovi automobili obuhvaćeni opozivom pomoću identifikacijskog broja vozila.
Današnji zračni jastuci koriste drugu kemikaliju za proizvodnju plinovitog dušika: gvanidinijev nitrat, plus oksidant bakreni nitrat. Kada se zapali, gvanidinijev nitrat se raspada na dušik, vodu i ugljik. Oksidator bakrenog nitrata smanjuje temperaturu ispušnog plina, prema Blomquistu. Kaže da ova formulacija ima i drugih pozitivnih strana: gvanidinijev nitrat je relativno jeftin i, za razliku od amonijevog nitrata, nije posebno osjetljiv na vlagu.
Kemijski sustavi više nisu jedina tehnologija koja se koristi za napuhavanje zračnih jastuka. U punom krugu, neki bočni zračni jastuci oslanjaju se na komprimirani helij ili mješavine argona i helija. Postoje i hibridni sustavi koji kombiniraju kemijska pogonska goriva s komprimiranim plinom.
Nadajmo se da nikada nećete morati iskusiti zračni jastuk u akciji. Ali za svaki slučaj, bilo bi dobro provjeriti nije li zračni jastuk vašeg vozila jedan od onih koji se povlače.