ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ
POLYMER COMPOSITION FOR SEALING PIEZOCERAMIC HYDROACOUSTIC SENSORS

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, ×10<sup>3</sup> г/см<sup>2</sup>с
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.