RU2409603C2

RU2409603C2 - Polymeric composition for cast moulding piezoelectric composite elements

Info

Publication number: RU2409603C2
Application number: RU2009106435/05A
Authority: RU
Inventors: Айдын Гумбат оглы Улуханов (RU); Айдын Гумбат Оглы Улуханов; Андрей Генрихович Сегалла (RU); Андрей Генрихович Сегалла; Владимир Михайлович Адрианов (RU); Владимир Михайлович Адрианов
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2011-01-20
Also published as: RU2009106435A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: polymeric composition for cast moulding piezoelectric elements contains an epoxy diane resin, an epoxy aliphatic resin and an aliphatic amine hardener. The composition also contains polydiene-urethanediepoxide and a product of reacting lyphenylmethane diisocyanate with glycidol in molar ratio of components between 1.0-1.1 and 1.0-1.5. The polymeric composition has improved physical-mechanical and processing properties.

EFFECT: piezoelectric composites with improved dynamic characteristics are obtained from said composition.

1 tbl, 6 ex

Description

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.The invention relates to the chemical technology of sealants and casting compounds and is intended for use in the manufacture of piezoceramic devices, in particular, in the manufacture of piezoceramic composite connectivity elements 1-3, operating under dynamic mechanical loads.

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.The polymer composition for pouring piezo-composite connectivity elements 1-3 should have a reduced viscosity, increased toughness and adhesion to piezoceramic materials, to ensure the solidity of the composite (no air inclusions and cracks) and resistance to dynamic mechanical loads.

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).A known polymer composition for pouring piezoceramic sensors intended for the assembly of electronic medical devices, including an epoxy diane resin, an aliphatic amine hardener, as modifying additives is an epoxy aliphatic resin, a co-hydrolysis product of methyltrichlorosilane with dimethyldichlorosilane and a filler (Analogue A.S. USSR No. 33 No. 17 No. 17 No. 4 USSR No. 33 , CL C08L 3/00; C08K 13/02; C08L 63/00, publ. 05/15/92. Bull. No. 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.The known composition has increased acoustic impedance and adhesion to piezoceramic materials, however, when pouring composite piezoelectric elements it does not provide complete removal of air inclusions due to insufficiently low viscosity.

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).Also known is an epoxy composition for sealing semiconductors, including diane and aliphatic epoxy resin, hardener, accelerator and surfactants (Analogue. Japanese. Application 61-89247. Application: 8.10.84. No. 59-209841. Publisher: 7.05. 86. Cl. C08L 63/00; C08G 59/20).

Известная композиция устойчива к растрескиванию, однако имеет относительно невысокую адгезию к пьезокерамическим материалам.The known composition is resistant to cracking, however, has a relatively low adhesion to piezoceramic materials.

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).The closest technical solution, selected as a prototype, is a polymer composition comprising an epoxy diane resin, an aliphatic epoxy resin, an amine hardener and, as a modifier, the reaction product of monomeric diisocyanate with glycidol in a stoichiometric ratio of components (Prototype. AS USSR No. 730752, C. C08L 63/02, publ. 30.04.80. Bull. No. 16).

Полимерная композиция по прототипу характеризуется улучшенными физико-механическими показателями.The polymer composition of the prototype is characterized by improved physical and mechanical properties.

Недостатком известной композиции является пониженная адгезия к пьезокерамике и повышенная вязкость, что затрудняет заливку пьезокомпозитов и приводит к образованию воздушных пузырей.A disadvantage of the known composition is reduced adhesion to piezoceramics and increased viscosity, which complicates the filling of piezocomposites and leads to the formation of air bubbles.

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.The problem to which this invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in reducing the viscosity of the polymer composition, increasing adhesion to piezoceramic materials while maintaining high toughness and increasing the dynamic strength of composite piezoelectric elements.

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.):The problem is solved in a polymer composition for pouring piezoceramic composite elements of cohesion 1-3, including an epoxy diane resin, an epoxy aliphatic resin, an aliphatic amine hardener, and as a modifier in its composition it contains polydienurethane diepoxide and a product of diphenylmethane diisocyanate with a glycidol ratio of 1 0-1.1 to 1.0-1.5 in the following ratio of components (parts by weight):

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 5-155-15 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 0,5-5,00.5-5.0 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 3,8-19,03.8-19.0 ГлицидолGlycidol 1,2-6,01.2-6.0 Алифатический аминный отвердительAliphatic Amine Hardener 12,0-18,012.0-18.0

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.Thus, the distinguishing features of the invention is that the polymer composition in its composition as a modifier contains polydienurethanediepoxide and the product of the interaction of diphenylmethanediisocyanate with glycidol in a molar ratio of components from 1.0-1.1 to 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.The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result, which consists in improving the technological properties of the polymer composition, increasing adhesion to piezoceramic materials and ensuring resistance to dynamic mechanical loads.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Стандарты, в соответствии с которыми выпускаются использованные вещества, приведены ниже.The standards by which used substances are released are listed below.

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 ГОСТ 10587-84GOST 10587-84 Эпоксидные алифатические смолы ДЭГ-1 и ТЭГ-1Epoxy aliphatic resins DEG-1 and TEG-1 ТУ 2225-527-00203521-98TU 2225-527-00203521-98 Алифатические аминыAliphatic amines ТУ 2413.35700203447-99TU 2413.35700203447-99 Полидиенуретандиэпоксид ПДИ-3АКPolydienurethanediepoxide PDI-3AK ТУ 38.103410-85TU 38.103410-85 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate ТУ 113-03-609-86TU 113-03-609-86 ГлицидолGlycidol ТУ 38.402-62-162-88TU 38.402-62-162-88

Пример 1.Example 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.To 100 parts by weight epoxy dianovy resin ED-20 add 4 wt.h. epoxy aliphatic resin DEG-1, heated to 80 C, then injected 1.0 wt.h. glycidol and 0.4 parts by weight polydienurethanepieoxide, stirred for 5 minutes, 3.4 parts by weight are added in parts. diphenylmethanediisocyanate and at a temperature of 80 ° C is stirred for 30 minutes Then the reaction mass is cooled to room temperature and injected 11 wt.h. aliphatic amine hardener, which is taken as diethylenetriamine. The mixture is stirred for 2-3 minutes.

В примере 1 взяты запредельные соотношения компонентов - ниже нижнего предела.In example 1, the prohibitive proportions of the components are taken - below the lower limit.

Пример 2.Example 2

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном и количественном соотношении компонентов (мас.ч.):Carried out analogously to example 1, but with the following qualitative and quantitative ratio of components (parts by weight):

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 6,06.0 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 0,50.5 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 16,016,0 ГлицидолGlycidol 5,05,0 ПолиэтиленполиаминыPolyethylene polyamines 12,012.0

Пример 3.Example 3

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 15,015.0 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 2,02.0 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 19,019.0 ГлицидолGlycidol 6,06.0 ТриэтилендиаминTriethylenediamine 15,015.0

Пример 4.Example 4

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 10,010.0 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 2,02.0 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 14,014.0 ГлицидолGlycidol 4,04.0 ТриэтилендиаминTriethylenediamine 14,014.0

Пример 5.Example 5

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 8,08.0 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 2,02.0 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 14,514.5 ГлицидолGlycidol 5,05,0 ПолиэтиленполиаминыPolyethylene polyamines 15,015.0

Пример 6.Example 6

Осуществляют аналогично примеру 1, но при следующем качественном н количественном соотношении компонентов (мас.ч.):Carried out analogously to example 1, but with the following qualitative and quantitative ratio of components (parts by weight):

Эпоксидная диановая смола ЭД-20Epoxy Dianovy resin ED-20 100one hundred Эпоксидная алифатическая смола ДЭГ-1Epoxy aliphatic resin DEG-1 18,018.0 ПолидиенуретандиэпоксидPolydienurethanediepoxide 6,06.0 ДифенилметандиизоцианатDiphenylmethanediisocyanate 20,020,0 ГлицидолGlycidol 1,01,0 ТриэтилендиаминTriethylenediamine 16,016,0

В примере 6 взяты запредельные соотношения компонентов, содержание глицидола - ниже нижнего заявляемого предела, а остальных компонентов - выше верхнего заявляемого предела.In example 6, the prohibitive proportions of the components are taken, the glycidol content is below the lower claimed limit, and the remaining components are above the upper declared limit.

Свойства заявляемой полимерной композиции в сравнении с прототипом приведены в таблице.The properties of the claimed polymer composition in comparison with the prototype are shown in the table.

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.As can be seen from the table, the inventive polymer composition in technological characteristics significantly exceeds the prototype, the adhesive strength to piezoceramics is 1.4-1.8 times higher. Composite piezoelectric elements, filled with the inventive polymer composition, are resistant to dynamic mechanical loads.

ТаблицаTable ПоказателиIndicators Величина показателей по примерамThe value of the examples 1one 22 33 4four 55 66 ПрототипPrototype Динамическая вязкость при 20°С, Па·сDynamic viscosity at 20 ° С, Pa · s 4,04.0 5,05,0 5,45,4 5,25.2 4,84.8 4,24.2 15-3015-30 Температура заливки, °СFilling temperature, ° С 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 8080 Жизнеспособность при температуре заливки, минPot life at pour temperature, min 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 20twenty 1010 Адгезионная прочность с пьезокерамикой, МПаAdhesive strength with piezoceramics, MPa 18eighteen 2626 2828 2525 3131 15fifteen 1717 Устойчивость композитных пьезоэлементов к воздействию динамических механических нагрузокResistance of composite piezoelectric elements to dynamic mechanical loads -- ++ ++ ++ ++ -- -- + - устойчив;+ - it is steady; - - не устойчив.- - not stable.

Claims

A polymer composition for pouring piezoceramic composite elements of connectivity 1-3, including an epoxy diane resin, an epoxy aliphatic resin, an aliphatic amine hardener and a modifier, characterized in that the polymer composition contains polydienurethanediepoxide and the product of the interaction of diphenylmethane diisocyanine components from 1.0-1.1 to 1.0-1.5 in the following ratio of components, parts by weight:
Epoxy Dianovy resin ED-20 one hundred Epoxy aliphatic resin DEG-1 5-15 Polydenurethane epoxide 0.5-5.0 Diphenylmethanediisocyanate 3.8-19.0 Glycidol 1.2-6.0 Aliphatic Amine Hardener 12-18