安全氣囊 (Aair Bags)

安全氣囊(Aair Bags)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

安全氣囊，又稱作「輔助保護系統」(Supplementary Restraint System, SRS)或是「充氣保護輔助器」(Supplemental Inflatable Restraints)，是安裝於汽車上一個安全保護裝置，當汽車受到較強烈的撞擊而急遽減速時，此時由於慣性定律，駕駛與前座乘客會往前傾而撞上前方玻璃；此時安全氣囊即會瞬間充氣彈出，透過氣囊 緩衝保護駕駛與乘客的安全。現今安全氣囊已經成為汽車必要的被動安全設備。

在1952年，由美國工程師John W. Hetrick設計出了第一個安全氣囊，並於1953年取得專利。在1970年代時，開始有些汽車業者在汽車上安裝安全氣囊，然而當時安全觀念尚未普及，他的發明沒有受到重視。直到1984年，美國的「聯邦汽車安全標準」(Federal Motor Vehicle Safety Standard, FMVSS)制定安裝氣囊的要點，而1988年克萊斯勒公司開始在所有車款上安裝安全氣囊，安全氣囊的時代才正式來臨。

一個安全氣囊由一個中央控制系統(airbag control unit, ACU)監控汽車內一系列的感應器，包含了加速度感應器(accelerometers)、碰撞感應器(impact sensors)、側面壓力感應器(side pressure sensors)、輪速感應器(wheel speed sensors)、陀螺儀(gyroscopes)、制動壓力感應器(brake pressure sensors)、座位占用傳感器(seat occupancy sensors)等諸多精密的元件。當汽車受到強烈碰撞時，中央控制系統接受到撞擊訊號，判斷出車子是否遭受到撞擊。若得知車子遭受到撞擊，則在2毫秒內即可傳遞約1至3安培的電流脈衝訊息，藉以觸發點火裝置，使得安全氣囊內的疊氮化鈉(sodium azide, NaN3)被點燃而產生爆炸，在約20至30毫秒內迅速產生大量的氮氣。反應式如下：

2 NaN₃(s) → 2 Na(s) + 3 N₂(g)

一莫耳的疊氮化鈉可產生一點五莫耳的氮氣；而氣體的比重相當低，因此佔有的體積也相當大。透過計算，每100 g的疊氮化鈉，在25℃、1大氣壓下，可以產生約56 L的氮氣，顯示僅須級少量的疊氮化鈉（司機前方的安全氣囊約50 g），即可產生足夠的氮氣將安全氣囊完全充氣。也因為產生氣體的速度極快，一般而言氣體不會直接令其溢出，而會令其通過透氣孔的方式傳入氣囊中。此外一般受到撞擊後，乘客接觸到安全氣囊時間約60至80毫秒，而疊氮化鈉的分解時間約20-30毫秒，所以有足夠的時間完成安全氣囊的充氣，達到氣囊緩衝撞擊的目的。

圖一、駕駛安全氣囊的原理 http://www.lanl.gov/quarterly/q_sum03/airbags.shtml

安全氣囊根據放置的位置可以細分為前方駕駛氣囊(Driver Front Airbag)、前方乘客氣囊(Passsenger Front Airbag)、前座側邊氣囊(Front Side Airbag)、後座側邊氣囊(Front Side Airbag)等等。安全氣囊也必須要防止高溫時點燃，以避免汽車著火時爆炸造成更進一步的傷亡。除此之外，由於疊氮化鈉具有相當的爆炸性與毒性，因此也有各式各樣的化合物作為替代品。

最後必須要提醒，雖然安全氣囊在使用得當下，確實可以有效降低車禍死亡率，然而「單純」使用安全氣囊，並「不能」保護駕駛與乘客，必須配合「繫上安全帶」，才能有效保護自己的生命安全。

參考資料：
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company: Boston, 2003; p. 151.
2. Wikipedia–Airbag  http://en.wikipedia.org/wiki/Airbag
3. 林聰穎主治醫師，〈有了「它」，真的安全嗎？認識安全氣囊〉，高醫醫訊第十七卷第一期，民國86年6月1日。  http://www.kmu.edu.tw/~kmcj/data/8606/3368.htm