Brevet FR2582006A1 — publié le 19861121

La présente invention concerne les transducteurs acoustiques et plus précisément une composition formant un liant et destinée à être utilisée dans des transducteurs de sonar. Un transducteur connu de sonar comporte des fiches céramiques piézoélectriques enrobées dans un liant à base d'une résine époxyde, les fiches étant alignées axialement afin qu'elles soient parallèles et ayant au moins leurs faces céramiques d'extrémités exposées aux faces supérieure et inférieure du liant. Des électrodes sont raccordées aux faces exposées. Le rôle du liant à base d'une résine est simplement le maintien des fiches céramiques à la configuration voulue et leur protection contre les détériorations. On sait que des contraintes mécaniques appliquées à des matériaux à base de résine formant des liants, actuellement utilisés, ont tendance à être transmises aux fiches céramiques enrobées d'une quantité excessive. En outre, les matériaux des liants habituellement utilisés présentent des réflexions acoustiques excessives et une dilatation thermique très élevée. La présente invention concerne une composition qui supprime certains des inconvénients précédents des compositions connues, ou au moins en réduit l'acuité. Des modes de réalisation avantageux de l'invention forment un matériau constituant un liant donnant d'excellentes caractéristiques dans les transducteurs des sonars. L'invention concerne une composition durcie à base d'une résine contenant 15 à 45 % en volume de microsphères creuses à paroi formée d'une résine, et contenant un agent de densification en quantité suffisante pour que l'impédance acoustique soit comprise entre 1,1.106 et 1,9.106 kg/m2.s ou de préférence entre 1,2.106 et 1,8.106 kg/m2.s. L'invention concerne aussi un tansducteur acoustique contenant des éléments céramiques enrobés dans un liant tel que défini précédemment. L'invention concerne aussi une composition durcie d'un liant à base d'une résine, ayant une constante inverse de Poisson (telle que définie dans la suite) qui est nettement inférieure à celle d'un matériau à base d'une résine époxyde et qui a une impédance acoustique analogue à celle de l'eau. Divers modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits à titre purement illustratif. Des compositions formant des liants selon l'invention contiennent un matériau résineux, par exemple à base d'une résine époxyde telle que "Araldite" CY221 disponible auprès de Ciba Geigy, et un durcisseur destiné à être utilisé avec elle, par exemple le durcisseur HY837 de Ciba Geigy. Divers agents plastifiants ou assouplissants peuvent éventuellement être ajoutés, par exemple l'agent assouplissant DY040 de Ciba Geigy. De telles compositions sont connues dans la technique de la fabrication des résines. Des compositions connues formant un liant à base d'une résine ont en général une constante de Poisson qui dépasse 0,3 et une constante inverse de Poisson d'environ 0,7. La constante de Poisson est le rapport de la déformation transversale de contraction à la déformation d'allongement lorsqu'un barreau du matériau est étiré par des forces appliquées à ses extrémités et sont parallèles à l'axe du barreau. La constante inverse de Poisson est le rapport de la déformation transversale de dilatation à la déformation de compression lorsqu'un barreau du matériau est comprimé par des forces qui sont appliquées à ses extrémités et qui sont parallèles à l'axe du barreau. Les compositions connues de résine destinées à former des liants ont aussi habituellement une impédance acoustique (produit de la masse volumique par la vitesse du son) de 2,2.106 kg/m2.s. Selon l'invention, une certaine quantité de microsphères creuses est ajoutée à la résine époxyde du liant avant la polymérisation ou le durcissement. Des microsphères qui conviennent sont celles qui sont vendues sous la marque de fabrique "Expancel", notamment les microsphères "Expancel DE". Ces microsphères ont une paroi formée d'un copolymère de chlorure de vinylidène et d'acrylonitrile, elles ont une dimension moyenne de 40 pm et elles ont une masse volumique apparente de 20 kg/m3. Un autre exemple de microsphères qui conviennent sont celles qui sont vendues par Union Carbide sous la marque de fabrique "Ucar" et qui possèdent une paroi de résine phénolique, qui ont une dimension moyenne de 43 pm et dont la masse volumique apparente est comprise entre 100 et 150 kg/m3. Dans les compositions selon la présente invention, la quantité de microsphères dans la résine durcie est comprise entre 15 et 45 % du volume de la composition et de préférence entre 25 et 35 % de ce volume, très avantageusement autour de 30 % en volume. Lorsque le pourcentage volumique des microsphères augmente et dépasse 40 %, le dégazage de la résine non farcie devient excessivement difficile et, lorsque le pourcentage volumique est inférieur à 15 %, la réduction de la constante inverse de Poisson est affectée de manière nuisible. La composition du liant selon l'invention contient, en plus des microsphères, une charge de densification telle qu'un oxyde de plomb. La quantité de charge de densification qui est ajoutée est choisie afin que l'impédance acoustique du produit soit approximativement celle de l'eau, c'est-à-dire comprise entre 1,4.106 et 1,6.106 kg/m2.s, et de préférence d'environ 1,5.106 km/m2.s. Un exemple de composition selon l'invention contient en volume 60 % de résine durcie 30 % de microsphères 10 % d'une charge. Une composition selon l'invention peut être préparée par combinaison des ingrédients suivants Résine époxyde "Araldite" CY221 35-60 % en poids Durcisseur HY837 10-18 % en poids Plastifiant DY040 5-10 % en poids Microsphères creuses de matière 0,8- 2 % en poids plastique Oxyde de plomb ou autre charge 12-48 % en poids telle que ZrO2 la résine durcissant ensuite. Le produit résultant contient alors en volume 49 à 77 % de résine durcie, 21 à 46 % de microsphères et 1 à 10 % de charge. Une composition avantageuse selon l'invention contient, en volume 60 % de résine durcie, 30 % de microsphères, et 10 % de charge, et elle peut être préparée par combinaison des ingrédients suivants : Résine époxyde "Araldite" CY221 46,1 % en poids Durcisseur HY837 13,8 % en poids Plastifiant DY040 6,9 % en poids "Expancel DE" 1,1 % en poids Oxyde de plomb 32,1 % en poids la résine pouvant ensuite durcir naturellement. On a déjà ajouté des microsphères à des compositions de résine durcissable afin que la masse volumique du produit obtenu soit réduite et que sa rigidité soit accrue. Ces propriétés sont contraires à celle qui sont souhaitables dans le cas d'un liant d'un transducteur de sonar. De même, l'utilisation de charges denses en l'absence de microsphères serait un inconvénient dans un liant destiné à être utilisé avec un sonar. Les compositions de liants selon l'invention ont une constante de Poisson analogue à celle des résines époxydes utilisées de manière classique dans les transducteurs de sonar, mais elles ont de manière surprenante une constante inverse de Poisson (telle que définie précédem ment) qui est inférieure à 0,6 et qui peut être comprise entre 0,3 et 0,5, c'est-à-dire inférieure aux deux tiers de la constante inverse de Poisson des résines époxydes habituelles. Un extensomètre a été utilisé avec un montage spécial afin qu'il permette l'application de forces de compression à des échantillons de résine époxyde, permettant la mesure de la constante inverse de Poisson. Le procédé comprend la disposition d'un barreau cylindrique de résine époxyde dont les extrémités ont été découpées perpendiculairement à l'axe du barreau, dans un mécanisme de serrage de l'extensomètre. Une force a été appliquée au bareau et les variations de longueur et de diamètre du barreau ont été mesurées. La constante inverse de Poisson a été calculée, pour la longueur initiale L et le diamètre initial D du barreau, par détermination du rapport aD . #L D L AD étant l'augmentation de diamètre et AL la réduction de longueur. Ces mesures ont été répétées plusieurs fois afin que leur reproductibilité soit établie. Le tableau qui suit donne les valeurs de la constante de Poisson et de la constante inverse de Poisson du liant époxyde selon l'invention, ayant la composition indiquée précédemment. TABLEAU Liant Composition selon époxyde l'invention Constante de Poisson 0,3-0,4 0,3-0,4 Constante inverse de Poisson 0,7 0,4 Les spécialistes peuvent facilement sélectionner d'autres polymères ou d'autres résines qui peuvent être utilisés dans les liants selon l'invention. De préférence, la résine choisie ne doit pas former de mousse, doit avoir une durée convenable de conservation en pot, une température de durcissement suffisamment faible pour que les éléments céramiques enrobés ne soient pas perturbés, et des propriétés mécaniques, électriques, thermiques et chimiques convenables. De même, le durcisseur ou catalyseur, le plastifiant et/ou d'autres adjuvants peuvent être choisis et leurs proportions peuvent être réglées par des essais de routine tout à fait normaux. Les microsphères qui changent de forme lorsqu'une pression statique est appliquée mais qui reprennent leur forme lorsque la charge est supprimée, sont très avan tagedses et on a constaté que les microsphères de verre étaient les moins satisfaisantes ou même ne donnaient pas du tout satisfaction. Des charges autres que les oxydes de plomb peuvent être utilisées comme agent densificateur mais il est préférable que les charges aient une densité supérieure à 5. REVENDICATIONS 1. Composition durcie de résine, caractérisée en ce qu'elle contient 15 à 45 % en volume de microsphères creuses à paroi de résine et un agent densificateur avec un volume suffisant pour que l'impédance acoustique de la composition soit comprise entre 1,1.106 et 1,9.106kg/m2.s. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'agent densificateur a une densité supérieure à 5. 3. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent densificateur est un oxyde de plomb. 4. Composition selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'agent densificateur est un oxyde de zirconium. 5. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les microsphères constituent 25 à 35 % du volume de la composition. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les microsphères creuses ont une masse volumique apparente comprise entre 20 et 150 kg/m3. 7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédente, ayant une constante inverse de Poisson qui est inférieure à 0,6. 8. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa constante de Poisson est comprise entre 0,3 et 0,4, et sa constante inverse de Poisson est comprise entre 0,3 et 0,5. 9. Transducteur acoustique, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments céramiques enrobés dans un liant selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Transducteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments céramiques sont des fiches céramiques piézoélectriques alignées avec leurs axes parallèles et ayant au moins leurs faces céramiques d'extrémités exposées afin qu'elles puissent être raccordées aux électrodes, au niveau des faces supérieure et inférieure du liant.