Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров
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.
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. |
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 |
