ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ Российский патент 2010 года по МПК C08L75/04 C09K3/10 C08K5/54 C08K3/02 

Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических преобразователей, в частности при изготовлении гидроакустических пьезокерамических сенсорных модулей, работающих в условиях воздействия гидростатических давлений до 10 МПа.

Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических сенсорных модулей должна иметь высокую адгезию к посеребренной поверхности пьезоэлементов, повышенную эластичность, низкий акустический импеданс и обеспечить устойчивость к воздействию гидростатических давлений до 10 МПа.

Известна полимерная композиция для герметизации интегральных схем (Аналог. Яп. Заявка 60 - 248769. Опубл.: 9.12.85. МКИ C08L 63/00). Композиция, предназначенная для герметизации интегральных схем, содержит диановые эпоксидные смолы, жидкий акрилонитрилбутадиеновый сополимер, имеющий концевые карбоксильные группы, и обладает пониженным коэффициентом термического расширения и модулем Юнга. Недостатком известной композиции является повышенный акустический импеданс.

Известен состав герметика, включающего диановую эпоксидную смолу, продукт взаимодействия олигодиенуретандиэпоксида с олигоамидом, наполнители и отвердитель (Аналог. А.с. CCCP №1745709, кл. С09К 3/10. Oпубл. 15.02.84. Бюл. №8).

Известный герметик обладает повышенной устойчивостью к воздействию кипящей воды и вибровоздействиям и применяется в производстве пьезокерамических фильтров и резонаторов в корпусном исполнении.

Однако для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров известный состав не может быть использован из-за недостаточной эластичности.

Известна полимерная композиция для герметизации полупроводниковых устройств методом литья под низким давлением, содержащая эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы, аминные отвердители и органосилоксан (Аналог. Япония, з. 58-34825. Опубл. 01.03.83. МКИ C08G 59/62, С08G 59/13).

Известная композиция также недостаточно эластична.

Также известна полимерная композиция, включающая полиэфир, полиизоцианат и глицидол, предназначенная для использования в качестве заливочных и герметизирующих компаундов для тензочувствительных деталей в радиоэлектронной промышленности (Аналог. А.с. SU 1073265, кл. C08L 75/04, C08L 71/00. Опубл. 15.02.84. Бюл. №8).

Недостатком известной композиции является невысокая адгезия к пьезокерамическим материалам.

Еще известен герметик полиуретановый К-31, представляющий собой продукт сополимеризации 2,4- и 2,6- изомеров толуилендиизоцианата, триглицерида 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты (технический продукт - касторовое масло) и стирола (Кацнельсон М.Ю., Бадаев Г.А. Полимерные материалы. Справочник. - Л.: Химия, 1982. С.215).

Герметик К-31 характеризуется повышенной морозостойкостью, хорошей адгезией к металлам, влагостойкостью, высоким коэффициентом демпфирования, улучшенной пропитывающей способностью. Применяется для заливки и пропитки узлов аппаратуры высоковольтных трансформаторов, а также герметизации схем, содержащих хрупкие и чувствительные элементы.

Недостатком герметика К-31 является невысокая устойчивость загерметизированных им гидроакустических пьезокерамических сенсоров к воздействию гидростатического давления до 10 МПа и невысокая адгезия к пьезоэлементам.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является герметик полиуретановый на основе триглицерида 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты, толуилендиизоцианата, диэтиленгликольуретана, кремнийорганического соединения, диоксида титана (1У) и неорганических пигментов (Прототип. Полиуретановый герметик. Заявка №95122042 А (10.01.1998)) (D1).

Недостатком прототипа является невысокая устойчивость загерметизированных им гидроакустических пьезокерамических сенсоров к воздействию гидростатического давления до 10 МПа и повышенный акустический импеданс.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в обеспечении устойчивости к воздействию гидростатического давления загерметизированных пьезокерамических сенсоров при давлении 10 МПа и уменьшении акустического импеданса.

Поставленная задача решается в полимерной композиции для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров, включающей триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты (технический продукт - касторовое масло) и изомеры толуилендиизоцианата, диэтиленгликольуретан, кремнийорганическое соединение, представляющее собой продукт согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом при следующем соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Изомеры толуилендиизоцианата 38,0-30,0 Диэтиленгликольуретан 2,7-30,0 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана   с диметилдихлорсиланом 0,1-1,0

Отличительными признаками изобретения является то, что из состава полимерной композиции исключены диоксид титана (1У) и неорганические пигменты.

Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в обеспечении устойчивости к воздействию гидростатического давления и в уменьшении акустического импеданса.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Стандарты, в соответствии с которыми выпускаются использованные вещества, приведены ниже.

Касторовое масло ГОСТ 6757-73

Диэтиленгликольуретан ТУ 6-03-388-75

Толуилендиизоцианат 102-Т ТУ 6-03-331-72

Толуилендиизоцианат Т-65/35 ТУ 6-03-340-73

Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с

диметилдихлорсиланом ТУ 6-02-909-79

Пример 1

Касторовое масло сушат при температуре 120-130°С и давлении не более 10 мм рт.ст. в течение 12 часов. В 100 мас.ч. касторового масла добавляют 0,01 мас.ч. продукта согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом. Смесь перемешивают не менее 5 минут, добавляют 37,0 мас.ч. толуилендиизоцианата (технический продукт - 102-Т) и 2,5 мас.ч. диэтиленгликольуретана, перемешивают 2-3 минуты и вакуумируют при комнатной температуре и давлении не более 10 мм рт.ст. Отверждение производят при комнатной температуре не менее 48 часов.

В примере 1 взяты запредельные соотношения компонентов.

Пример 2

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Толуилендиизоцианат Т-65 38,0 Диэтиленгликольуретан 4,5 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 0,1

Пример 3

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Толуилендиизоцианат Т-65 35,0 Диэтиленгликольуретан 11,8 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 0,2

Пример 4

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Толуилендиизоцианат Т-102 32,0 Диэтиленгликольуретан 20,9 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 0,6

Пример 5

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Толуилендиизоцианат Т-65 30,0 Диэтиленгликольуретан 4,5 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 1

Пример 6

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):

Касторовое масло 100 Толуилендиизоцианат Т-65 29,0 Диэтиленгликольуретан 30,0 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 1,2

В примере 6 взяты запредельные соотношения компонентов, содержание толуилендиизоцианата ниже нижнего заявляемого предела, а продукта согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом - выше верхнего заявляемого предела.

Свойства заявляемого герметика в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Как видно из данных таблицы, заявляемая полимерная композиция обеспечивает устойчивость загерметизированных им гидроакустических пьезокерамических сенсоров к воздействию гидростатического давления до 10 МПа, что позволяет эксплуатировать сенсоры при глубине погружения в воду до 1000 м. При этом акустический импеданс у герметика по изобретению меньше на 25-30%, что способствует повышению электрофизических параметров сенсоров.

Таблица Показатели Величина показателей по примерам 1 2 3 4 5 6 Прототип. Пример 3 Прочность при растяжении, МПа 4,0 5,0 5,4 5,2 4,8 4,2 5,4 Удлинение при растяжении, МПа 100 140 125 160 190 140 125 Акустический импеданс, ×10³ г/см²с 1.55 1.52 1.54 1.55 1.56 1.58 1,98 Адгезионная прочность «герметик - пьезокерамика», МПа 0.8 3.6 3.8 1.2 4.0 42 3,8 Устойчивость загерметизированных сенсоров к воздействию давления 10 МПа - + + + + - - + - устойчив; - - не устойчив.

Изобретение относится к полимерной композиции для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров. Данная композиция включает, мас.ч.: 100 - триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты (технический продукт - касторовое масло), 38,0-30,0 - изомеры толуилендиизоцианата, 2,7-30,0 - диэтиленгликольуретан и 0,1-1,0 - продукт согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом. Герметик из заявленной композиции обладает уменьшенным акустическим импедансом, что способствует повышению электрофизических параметров сенсоров, а также обеспечивает устойчивость загерметизированных им гидроакустических сенсоров к воздействию гидростатического давления 10 МПа, что позволяет эксплуатировать сенсоры при глубине погружения в воду до 1000 м. 1 табл.

Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров, включающая триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты (технический продукт - касторовое масло), изомеры толуилендиизоцианата, диэтиленгликольуретан и продукт согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Касторовое масло 100 Изомеры толуилендиизоцианата 38,0-30,0 Диэтиленгликольуретан 2,7-30,0 Продукт согидролиза метилтрихлорсилана с   диметилдихлорсиланом 0,1-1,0