Полимерная композиция для заливки пьезокомпозитных элементов
Владельцы патента RU 2409603:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") (RU)
Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических устройств. В частности, для использования при изготовлении пьезокомпозитных элементов связности 1-3, работающих в условиях воздействия динамических механических нагрузок. Полимерная композиция для заливки пьезокомпозитных элементов включает эпоксидную диановую смолу, эпоксидную алифатическую смолу и алифатический аминный отвердитель. Дополнительно композиция в своем составе содержит полидиенуретандиэпоксид и продукт взаимодействия лифенилметандиизоцианата и глицидола при молярном соотношении компонентов от 1,0-1,1 до 1,0-1,5. Полимерная композиция обладает улучшенными физико-механическими и технологическими свойствами. На основе полимерной композиции получают пьезокомпозиты с улучшенными динамическими характеристиками. 1 табл.
Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических устройств, в частности, при изготовлении пьезокерамических композитных элементов связности 1-3, работающих в условиях воздействия динамических механических нагрузок.
Полимерная композиция для заливки пьезокомпозитных элементов связности 1-3 должна иметь пониженную вязкость, повышенную ударную вязкость и адгезию к пьезокерамическим материалам, обеспечить монолитность композита (отсутствие воздушных включений и трещин) и устойчивость к динамическим механическим нагрузкам.
Известна полимерная композиция для заливки пьезокерамических датчиков, предназначенных для сборки электронных медицинских приборов, включающая эпоксидную диановую смолу, алифатический аминный отвердитель, в качестве модифицирующих добавок - эпоксидную алифатическую смолу, продукт согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом и наполнитель (Аналог. А.с. СССР №1733440, кл. C08L 3/00; C08K 13/02; C08L 63/00, опубл. 15.05.92. Бюл. №18).
Известная композиция имеет повышенный акустический импеданс и адгезию к пьезокерамическим материалам, однако при заливке композиционных пьезоэлементов не обеспечивает полного удаления воздушных включений из-за недостаточно низкой вязкости.
Также известна эпоксидная композиция для герметизации полупроводников, включающая диановую и алифатическую эпоксидную смолу, отвердитель, ускоритель и поверхностно-активные вещества (Аналог. Яп. Заявка 61-89247. Заявл.: 8.10.84. №59-209841. Опубл.: 7.05.86. Кл. C08L 63/00; C08G 59/20).
Известная композиция устойчива к растрескиванию, однако имеет относительно невысокую адгезию к пьезокерамическим материалам.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является полимерная композиция, включающая эпоксидную диановую смолу, эпоксидную алифатическую смолу, аминный отвердитель и в качестве модификатора продукт взаимодействия мономерного диизоцианата с глицидолом при стехиометрическом соотношении компонентов (Прототип. А.с. СССР №730752, кл. C08L 63/02, опубл. 30.04.80. Бюл. №16).
Полимерная композиция по прототипу характеризуется улучшенными физико-механическими показателями.
Недостатком известной композиции является пониженная адгезия к пьезокерамике и повышенная вязкость, что затрудняет заливку пьезокомпозитов и приводит к образованию воздушных пузырей.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в снижении вязкости полимерной композиции, повышении адгезии к пьезокерамическим материалам при сохранении высокой ударной вязкости и повышение динамической прочности композиционных пьезоэлементов.
Поставленная задача решается в полимерной композиции для заливки пьезокерамических композиционных элементов связности 1-3, включающей эпоксидную диановую смолу, эпоксидную алифатическую смолу, алифатический аминный отвердитель, и в качестве модификатора в своем составе содержащей полидиенуретандиэпоксид и продукт дифенилметандиизоцианата с глицидолом при молярном соотношении компонентов от 1,0-1,1 до 1,0-1,5 при следующем соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 5-15 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 0,5-5,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 3,8-19,0 |
| Глицидол | 1,2-6,0 |
| Алифатический аминный отвердитель | 12,0-18,0 |
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что полимерная композиция в своем составе в качестве модификатора содержит полидиенуретандиэпоксид и продукт взаимодействия дифенилметандиизоцианата с глицидолом при молярном соотношении компонентов от 1,0-1,1 до 1,0-1,5.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в улучшении технологических свойств полимерной композиции, повышении адгезии к пьезокерамическим материалам и обеспечении устойчивости к воздействию динамических механических нагрузок.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Стандарты, в соответствии с которыми выпускаются использованные вещества, приведены ниже.
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | ГОСТ 10587-84 |
| Эпоксидные алифатические смолы ДЭГ-1 и ТЭГ-1 | ТУ 2225-527-00203521-98 |
| Алифатические амины | ТУ 2413.35700203447-99 |
| Полидиенуретандиэпоксид ПДИ-3АК | ТУ 38.103410-85 |
| Дифенилметандиизоцианат | ТУ 113-03-609-86 |
| Глицидол | ТУ 38.402-62-162-88 |
Пример 1.
К 100 мас.ч. эпоксидной диановой смолы ЭД-20 добавляют 4 мас.ч. эпоксидной алифатической смолы ДЭГ-1, нагревают до 80 С, затем вводят 1,0 мас.ч. глицидола и 0,4 мас.ч. полидиенуретандиэпоксида, перемешивают в течение 5 мин, по частям добавляют 3,4 мас.ч. дифенилметандиизоцианата и при температуре 80°С перемешивают в течение 30 мин. Затем реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и вводят 11 мас.ч. алифатического аминного отвердителя, в качестве которого берут диэтилентриамин. Смесь перемешивают в течение 2-3 мин.
В примере 1 взяты запредельные соотношения компонентов - ниже нижнего предела.
Пример 2.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 6,0 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 0,5 |
| Дифенилметандиизоцианат | 16,0 |
| Глицидол | 5,0 |
| Полиэтиленполиамины | 12,0 |
Пример 3.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 15,0 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 2,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 19,0 |
| Глицидол | 6,0 |
| Триэтилендиамин | 15,0 |
Пример 4.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 10,0 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 2,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 14,0 |
| Глицидол | 4,0 |
| Триэтилендиамин | 14,0 |
Пример 5.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 8,0 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 2,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 14,5 |
| Глицидол | 5,0 |
| Полиэтиленполиамины | 15,0 |
Пример 6.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном н количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 18,0 |
| Полидиенуретандиэпоксид | 6,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 20,0 |
| Глицидол | 1,0 |
| Триэтилендиамин | 16,0 |
В примере 6 взяты запредельные соотношения компонентов, содержание глицидола - ниже нижнего заявляемого предела, а остальных компонентов - выше верхнего заявляемого предела.
Свойства заявляемой полимерной композиции в сравнении с прототипом приведены в таблице.
Как видно из данных таблицы, заявляемая полимерная композиция по технологическим характеристикам существенно превосходит прототип, адгезионная прочность к пьезокерамике выше в 1,4-1,8 раза. Композитные пьезоэлементы, залитые заявляемой полимерной композицией, обладают устойчивостью к воздействию динамических механических нагрузок.
| Таблица | |||||||
| Показатели | Величина показателей по примерам | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Прототип | |
| Динамическая вязкость при 20°С, Па·с | 4,0 | 5,0 | 5,4 | 5,2 | 4,8 | 4,2 | 15-30 |
| Температура заливки, °С | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 80 |
| Жизнеспособность при температуре заливки, мин | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 10 |
| Адгезионная прочность с пьезокерамикой, МПа | 18 | 26 | 28 | 25 | 31 | 15 | 17 |
| Устойчивость композитных пьезоэлементов к воздействию динамических механических нагрузок | - | + | + | + | + | - | - |
| + - устойчив; | |||||||
| - - не устойчив. |
Полимерная композиции для заливки пьезокерамических композиционных элементов связности 1-3, включающая эпоксидную диановую смолу, эпоксидную алифатическую смолу, алифатический аминный отвердитель и модификатор, отличающаяся тем, что полимерная композиция в своем составе в качестве модификатора содержит полидиенуретандиэпоксид и продукт взаимодействия дифенилметандиизоцианата с глицидолом при молярном соотношении компонентов от 1,0-1,1 до 1,0-1,5 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Эпоксидная диановая смола ЭД-20 | 100 |
| Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1 | 5-15 |
| Полиденуретандиэпоксид | 0,5-5,0 |
| Дифенилметандиизоцианат | 3,8-19,0 |
| Глицидол | 1,2-6,0 |
| Алифатический аминный отвердитель | 12-18 |
