ถุงลมนิรภัยทำงานอย่างไร

นอกจากเข็มขัดนิรภัยที่ทำหน้าที่ป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากการขับรถยนต์แล้ว อุปกรณ์สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่มีอยู่ในรถยนต์แทบทุกคนก็คืออุปกรณ์ที่เรียกว่า “ถุงลมนิรภัย” หรือที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า “airbag” ซึ่งสามารถลดแรงกระแทกระหว่างลำตัวและศีรษะกับพวงมาลัยที่เกิดขึ้นจากการเบรคอย่างกระทันหันได้ จนกระทั่งผู้ผลิตรถยนต์ต้องเพิ่มจำนวนถุงลมนิรภัยไว้ในตำแหน่งต่างๆ เพื่อเป็นสิ่งยืนยันในความปลอดภัยภายในรถยนต์ที่ผลิตขึ้น

ถุงลมนิรภัยทำมาจากถุงไนลอนหรือโพลีเอไมด์ที่บรรจุแก๊สไนโตรเจนไว้ภายใน โดยทั่วไปจะบรรจุแก๊สได้ประมาณ 60-70 ลิตร ซึ่งจะพองตัวอย่างรวดเร็วเมื่อมีแรงกระแทกเกิดขึ้น หลายคนอาจสงสัยว่าแก๊สปริมาณมากขนาดนั้นถูกเก็บไว้ตรงส่วนไหนของรถยนต์ แต่ในความจริงแล้วแก๊สไนโตรเจนที่ใช้บรรจุในถุงไม่ได้ถูกเก็บไว้ในรูปของแก๊ส แต่อยู่ในรูปของของแข็งที่ชื่อว่าโซเดียมเอไซด์ (sodium azide, NaN3) ที่บรรจุไว้ในส่วนที่เรียกว่า inflator ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาสลายตัวกลายเป็นโลหะโซเดียมและแก๊สไนโตรเจนเมื่อได้รับความร้อนจากตัวตรวจจับการชน (crash sensor)

airbag_figure1

 ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้โซเดียมเอไซด์สลายตัวไปเป็นแก๊สไนโตร (สมการที่ 1) จะเกิดขึ้นเมื่อได้รับความร้อนประมาณ 300 องศาเซลเซียสที่แปลงมาจากสัญญาณไฟฟ้าจากตัวตรวจจับการชน แต่เนื่องจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีโลหะโซเดียม (Na) ซึ่งเป็นอันตรายรวมอยู่ด้วย เพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากโลหะโซเดียมซึ่งจะเกิดการระเบิดเมื่อสัมผัสกับความชื้นจึงมีการเพิ่มสารเคมีอีกตัวหนึ่งเข้าไปทำปฏิกิริยากับโซเดียมที่เกิดขึ้นในทันที สารเคมีดังกล่าวก็คือโพแทสเซียมไนเตรท (potassium nitrate, KNO3) ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์เป็นโพแทสเซียมออกไซด์และโซเดียมออกไซด์ที่มีอันตรายน้อยลง และยังได้แก๊สไนโตรเจนเพิ่มขึ้นมาอีกด้วย (สมการที่ 2)

airbag_eq13

หากรวมสมการที่ 1 และ 2 เข้าด้วยกัน จะสามารถคำนวณได้ว่าสารประกอบโซเดียมเอไซด์ 1 โมล จะสามารถสลายตัวเป็นแก๊สไนโตรเจนได้ทั้งสิ้น 1.6 โมล ซึ่งหมายความว่าหากบรรจุโซเดียมเอไซด์ปริมาณเพียง 130 กรัมลงใน inflator จะสามารถสลายตัวกลายเป็นแก๊สไนโตรเจนได้มากถึง 72 ลิตร ซึ่งมากพอที่จะบรรจุลงในถุงลมนิรภัยอย่างรวดเร็ว โดยที่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นใช้เวลาเพียง 0.04 วินาที เท่านั้น

airbag_eq22

 นอกจากนี้ ในส่วนของ inflator ยังมีการเพิ่มทรายหรือซิลิกา (SiO2) ลงไปเพื่อให้ทำปฏิกิริยากับโพแทสเซียมออกไซด์และโซเดียมออกไซด์ที่ได้จากปฏิกิริยาที่ 2 เกิดเป็นสารประกอบอัลคาไลน์ซิลิเกตหรือแก้วซิลิเกตที่มีความเสถียรและไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายอีกด้วย

แม้ว่าถุงลมนิรภัยจะสามารถป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นจากอุบัติเหตุได้ แต่การป้องกันที่ดีที่สุดก็คงต้องเกิดจากการขับขี่อย่างปลอดภัยและเคารพกฎจราจรนั่นเอง