ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЗАЛИВКИ ПЬЕЗОКОМПОЗИТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
POLYMERIC COMPOSITION FOR CAST MOULDING PIEZOELECTRIC COMPOSITE ELEMENTS

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.