ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ ПРИЕМОИЗЛУЧАЮЩИХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
POLYMER COMPOSITION FOR SEALING PIEZOCERAMIC RECEIVING-EMITTING HYDROACOUSTIC DEVICES

Изобретение относится к химической технологии герметиков и заливочных компаундов и предназначено для использования в производстве пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств, используемых для ультразвуковых систем визуализации подводных объектов и акустической микроскопии и других технологических и технических задач.
Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств должна иметь повышенную прочность и адгезию к конструктивным элементам (алюминий) и пьезокерамике, а также достаточную жизнеспособность для полного заполнения зазоров между пьезоэлементами и минимальную пористость.
Известен полиуретановый герметик К-31, представляющий собой продукт сополимеризации 2,4- и 2,6-изомеров толуилендиизоцианата, триглицерида 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты и стирола [1].
Герметик К-31 характеризуется повышенной морозостойкостью, 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 относительно невысокая адгезия к пьезокерамике и повышенная пористость.
Еще известна полимерная композиция, включающая триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты, продукт сополимеризации дивинила с изопреном с концевыми гидроксильными группами (низкомолекулярный каучук ПДИ-1К) и диизоцианаты (заявка №2011137503/05, опубл. 20.03.13 г.). Недостатком известной композиции является повышенная вязкость, что в ряде случаев ограничивает ее применение для герметизации гидроакустических устройств, а также малая адгезионная прочность системы пьезокерамика-герметик-алюминий, что приводит к ее разрушению при воздействии давления свыше 5 МПа.
Также известен эластомер полиуретановый двухкомпонентный СПБ-ХП-80 на основе дифенилметандиизоцианата и полиэфира [2], предназначенный для изготовления изделий методом литья и герметизации радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и гидроакустических устройств. Известный герметик легко полимеризуется при комнатной температуре, устойчив к абразивному износу, механическим нагрузкам и агрессивным средам. Его недостатком является относительно невысокий выход годных изделий на операции герметизации из-за образования воздушных пузырей.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является герметик полиуретановый (Патент RU №2385888) на основе триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты, изомеров толуилендиизоцианата, диэтиленгликольуретана, кремнийорганического соединения, представляющего собой продукт согидролиза метилтрихлорсилана с диметилдихлорсиланом [3].
Недостатками прототипа являются небольшая жизнеспособность, длительное время отверждения, относительно невысокая прочность и адгезия к пьезокерамике и алюминию.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении жизнеспособности полимерной композиции, сокращении времени отверждения, улучшении ее прочностных и адгезионных характеристик и уменьшении пористости.
Поставленная задача решается в полимерной композиции для герметизации пьезокерамических приемоизлучающих гидроакустических устройств, включающей триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты, причем в качестве диизоцианата используют дифенилметандиизоцианат, а в качестве модифицирующей добавки - циклогексанол, мас.ч.:
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100
Дифенилметандиизоцианат
36,0-45,0
Циклогексанол
5,0-15,0
Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что полимерная композиция в качестве диизоцианата содержит дифенилметандиизоцианат, а в качестве модифицирующей добавки содержит циклогексанол.
Герметизация приемопередающего гидроакустического устройства должна обеспечивать возможность передачи механической энергии от пьезокерамики в воду и обратно. Передача механической энергии от активного элемента в воду осуществляется через герметизирующую оболочку, которая, в свою очередь, должна обеспечивать акустический контакт в системе герметик-пьезокерамика-алюминий [4].
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении жизнеспособности, сокращении времени отверждения, что сокращает число технологических операций при изготовлении гидроакустических устройств, улучшении прочностных и адгезионных характеристик полимерной композиции, что увеличивает надежность системы пьезокерамика-герметик-алюминий, а также уменьшении ее пористости, что улучшает акустические характеристики устройства.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Стандарты, в соответствии с которыми выпускаются использованные вещества, приведены ниже.
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
ГОСТ 6757-73
Дифенилметандиизоцианат
ТУ 113-38-181-96
Циклогексанол
ТУ 6-09-06-101 -72
Пример 1.
К 100 мас.ч. касторового масла добавляют 16 мас.ч. циклогексанола, перемешивают в течение 3÷5 мин, сушат при температуре 115÷125°C в течение 3-х часов, затем вакуумируют при остаточном давлении не более 100 мм рт.ст. в течение 10 мин. При комнатной температуре добавляют 58 мас.ч. дифенилметандиизоцианата, перемешивают в течение 2÷3 мин, вакуумируют в течение 1÷2 мин.
Качественное и количественное соотношении компонентов (мас.ч.):
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100,0
Дифенилметандиизоцианат
58,0
Циклогексанол
16,0
Пример 2.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100,0
Дифенилметандиизоцианат
40,0
Циклогексанол
5,0
Пример 3.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100,0
Дифенилметандиизоцианат
45,0
Циклогексанол
8,0
Пример 4.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100,0
Дифенилметандиизоцианат
38,0
Циклогексанол
6,0
Пример 5.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
Триглицерид 12-гидрокси-цис-9 октадеценовой кислоты
100,0
Дифенилметандиизоцианат
36,0
Циклогексанол
15,0
Пример 6.
Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):
Дифенилметандиизоцианат
32,0
Циклогексанол
16,0
В примере 6 взяты запредельные соотношения компонентов, содержание дифенилметандиизоцианата ниже нижнего заявляемого предела, а циклогексанола - выше верхнего заявляемого предела.
Свойства заявляемой полимерной композиции в сравнении с прототипом приведены в таблице.
Показатели
Величина показателей по примерам
1
2
л
4
5
6
Прототип
Прочность при растяжении, МПа
5,6
8,3
10,4
9,1
11,6
5,2
5,4
Удлинение при растяжении, %
230
280
240
230
260
265
125
Акустический импеданс, ×10<sup>3</sup> г/см<sup>2</sup>·с
1,4
1,43
1,44
1,52
1,52
1,52
1,54
Адгезионная прочность «герметик-пьезокерамика», МПа
3,6
4,1
4,2
4,6
5,0
3,9
3,8
Адгезионная прочность «герметик-алюминий», МПа
4,0
6,8
7,1
6,8
8,9
3,6
4,8
Жизнеспособность при 25°C, мин
18
20
19
21
24
16
5
Время отверждения при 25°C, час
12
12
12
12
12
12
48
Пористость, %
0,2
0,4
0,3
0,5
0,4
0,3
1,5
В примере 1 количество дифенилметандиизоцианата взято много больше верхнего предела, что приводит к низкой адгезионной прочности системы герметик-алюминий, что влечет ухудшение акустических свойств гидроакустического преобразователя.
В примере 6 количество дифенилметандиизоцианата взято 32 мас.ч., как видно из таблицы, что при таком количественном соотношении компонент ухудшаются прочностные свойства герметизирующего материала и уменьшается время жизни полимерной композиции, что технологически не выгодно.
Оптимальное соотношение компонент, которое позволяет достичь хорошей адгезии системы пьезокерамика-герметик-алюминий, благодаря чему улучшаются акустические свойства приемоизлучающего гидроакустического устройства, показано на примерах 2-5.
Как видно из данных таблицы, по физико-механическим характеристикам и адгезии заявляемая полимерная композиция существенно превосходит прототип, жизнеспособность выше в 2,8÷3,6 раза, при этом время отверждения сокращается в 4 раза. Также уменьшается пористость отвержденной композиции.
При содержании компонентов выше верхнего и ниже нижнего заявляемых пределов свойства композиции ухудшаются и цели изобретения не достигаются.
Источники информации
1. Кацнельсон М.Ю., Балаев Г.А. Полимерные материалы. Справочник. - Л.: Химия, 1982, с. 215.
2. ТУ 2224-001-20507988-2003.
3. Полимерная композиция для герметизации пьезокерамических гидроакустических сенсоров. Патент на изобретение №2385888, кл. C08L 75/04, опубл. 10.04.2010, бюл. №10.
4. Подводные электроакустические преобразователи. Справочник./ Под ред. В.В.Богородского. М., «Судостроение», 1983, с. 69.