一種矽發泡膠組合物及其製備方法、一種矽發泡膠和一種超聲波傳感器的製作方法

2023-07-04 08:50:21 2

專利名稱：一種矽發泡膠組合物及其製備方法、一種矽發泡膠和一種超聲波傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種矽發泡膠組合物及其製備方法、一種矽發泡膠和一種超聲波傳感
O
背景技術：
在超聲波傳感器中，由於壓電元件的振動，外殼底面產生振動，放射超聲波信號， 碰到障礙物後，被該障礙物反射，返回至同一超聲波傳感器中，從而用於檢測障礙物。一般情況下，超聲波傳感器外殼振動時，外殼內部也會產生超聲波信號，造成內部洩漏振動能量，外殼會產生高次亂真振動，即使壓電元件不再振動，外殼振動仍會持續，稱之為混響。如果混響持續時間較長，壓電元件因混響而產生的超聲波信號，會干擾甚至淹沒由障礙物反射的超聲波信號，使得無法檢測到由障礙物反射的超聲波或檢測數據有誤。現有技術中為減低混響，一般在超聲波傳感器內部使用吸聲材料來吸收外殼內部的超聲波信號，例如可以採用具有多孔結構的矽發泡膠材料。矽發泡膠材料一般通過對單組份室溫硫化矽橡膠進行化學發泡製成，而室溫硫化主要靠吸收空氣中的水分進行硫化， 此時矽橡膠基本不發泡或者發泡率很低；加熱時，硫化速度改變不大，發泡速度大大增加， 使得硫化速度和發泡速度難以控制。若硫化過度過快會導致矽橡膠起發率不足，產生大泡、 分層現象；發泡速度過快會導致橡膠製品孔徑過大，易產生塌陷，製品表面起麻點、彈性差。 採用該矽發泡膠材料的超聲波傳感器的餘震和阻抗較大。現有技術中公開了一種發泡膠的製備方法，其中發泡劑採用發泡劑H (N,N' -二硝基五次甲基四胺)和碳酸氫鈉，發泡助劑採用明礬，其中明礬可有效降低發泡劑H的熱分解溫度，加速發泡劑的熱分解，使發泡劑充分溢出氣體。該方法中，雖然明礬能提高發泡速度，但是硫化速度仍較低，難以與發泡速度匹配，使得通過該方法得到的發泡膠的孔隙率較低，孔徑不均勻。

發明內容
本發明解決了現有技術中矽發泡膠孔隙率低、孔徑不均勻，導致採用該矽發泡膠的超聲波傳感器餘震和阻抗較大的技術問題。本發明提供了一種矽發泡膠組合物，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物中含有以下組分
聚二甲基矽氧烷50-75%;
二甲基矽油15-40%;
矽微粉5-20% ；
矽樹脂0. 5-2% ；
偶聯劑1-10% ； 4,4'-氧代雙苯磺醯胼 0. 5-3% ；結晶水合物0. 5-3%。本發明提供了所述矽發泡膠組合物的製備方法，包括先將4，4'-氧代雙苯磺醯胼(OBSH)與結晶水合物混合得到起泡混合物，然後將聚二甲基矽氧烷、二甲基矽油、矽樹脂、矽微粉、偶聯劑和起泡混合物混合均勻，即可得到所述矽發泡膠組合物。本發明還提供了一種矽發泡膠，所述矽發泡膠由本發明提供的矽發泡膠組合物 130-150°C下真空加熱20-40分鐘得到。本發明最後提供了一種超聲波傳感器，包括殼體和與該殼體開口密封連接的減震金屬座體，所述殼體底面固定裝有壓電陶瓷片，在壓電陶瓷片與減震金屬座體之間填充有減震吸音材料，所述壓電陶瓷片接有信號傳輸線；所述減震吸音材料為本發明提供的矽發泡膠。本發明的發明人通過大量實驗，合理調節矽發泡膠組合物中各種組分的種類及含量在本發明限定的範圍內，採用本發明的矽發泡膠組合物製備發泡膠時，在真空下進行，矽發泡膠硫化所需的水分全部由矽發泡膠組合物中的結晶水合物提供，因此得到的矽發泡膠的孔隙率和孔徑可控。從實施例的測試結果可以看出，採用本發明的矽發泡膠組合物製備的矽發泡膠的孔隙率為30-50%，平均孔徑為0. 2-2. 0mm，採用本發明的矽發泡膠製備的超聲波傳感器餘震低於1. 50ms、阻抗低於1500 Ω。
具體實施例方式本發明提供了一種矽發泡膠組合物，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物中含有以下組分
聚二甲基矽氧烷50-75%;
二甲基矽油15-40%;
矽微粉5-20% ；
矽樹脂0. 5-2% ；
偶聯劑1-10% ；
OBSH0.5-3% ；
結晶水合物0. 5-3%。優選情況下，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物含有以下組分
聚二甲基矽氧烷55-70%;
二甲基矽油20-35%;
矽微粉5-15% ；
矽樹脂0. 5-1. 5% ；
偶聯劑1-5% ；
OBSH0. 5-1. 5% ；
結晶水合物0. 5-1. 5%。本發明的矽發泡膠組合物中，採用結晶水合物作為發泡助劑。結晶水合物在加熱情況下，會脫掉分子中含有的水分子，為矽發泡膠硫化提供所需水分。因此，本發明中，通過控制矽發泡膠組合物中結晶水合物的含量，可進一步控制得到的矽發泡膠的孔隙率和孔徑分布。本發明中，所述結晶水合物可為本領域技術人員公知的各種結晶水合物，例如可以為明礬、膽礬、綠礬、石膏或芒硝。優選情況下，OBSH與結晶水合物的質量比為1 :0. 5-3。本發明中，所述聚二甲基矽氧烷為本領域技術人員公知的各種聚二甲基矽氧烷。 優選情況下，為了控制矽發泡膠組合物體系的粘度，所述聚二甲基矽氧烷的數均分子量為 1000-8000。所述二甲基矽油用於增強矽發泡膠的力學性能。優選情況下，為了控制矽發泡膠組合物體系的粘度，所述二甲基矽油的粘度為l-20cps。本發明中，所述矽發泡膠組合物以聚二甲基矽氧烷和二甲基矽油為主體，易於控制矽發泡膠的粘度，從而增強矽發泡膠的流動性。所述矽微粉粒徑較小，比表面積大，用於提高矽發泡膠的強度。為了提高矽發泡膠組合物的均勻性，優選情況下，所述矽微粉的平均粒徑為0. 2-5um。所述矽樹脂為本領域技術人員常用的各種具有交聯網狀結構的聚有機矽氧烷聚合物，例如可以直接採用廣州四海化工有限公司生產的1153矽樹脂。所述偶聯劑為本領域技術人員所公知，例如可以採用矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和/或鋁酸酯偶聯劑。本發明中，所述偶聯劑可直接採用商購產品，例如直接採用南京奧城化工有限公司生產的KH550。本發明提供了所述矽發泡膠組合物的一種製備方法，包括先將OBSH與結晶水合物混合得到起泡混合物，然後將聚二甲基矽氧烷、二甲基矽油、矽樹脂、矽微粉、偶聯劑和起泡混合物混合均勻，即可得到所述矽發泡膠組合物。為提高結晶水合物與OBSH的分散均勻性，可將OBSH與結晶水合物研磨成粉狀。 OBSH與結晶水合物混合的時間為2-10分鐘，聚二甲基矽氧烷、二甲基矽油、矽樹脂、矽微粉、偶聯劑和起泡混合物混合的時間為10-30分鐘。本發明還提供了一種矽發泡膠，所述矽發泡膠由本發明提供的矽發泡膠組合物 130-150°C下真空加熱20-40分鐘得到。本發明中，矽發泡膠的製備過程在真空下進行，硫化所需的水分完全由矽發泡膠組合物中的結晶水合物在加熱條件下脫水提供，因此硫化的速度和程度均可控；另外，結晶水合物還能促進發泡劑OBSH的熱分解，對發泡速度也具有可控性。本發明的發明人通過大量實驗發現，矽發泡膠組合物中結晶水合物的含量在本發明的範圍內時，硫化速度和發泡速度匹配，得到空隙率適宜和孔徑分布均勻的矽發泡膠。具體地，所述矽發泡膠的孔隙率為 30-50%，平均孔徑為 0. 2-2. 0mm。本發明最後提供了一種超聲波傳感器，包括殼體和與該殼體開口密封連接的減震金屬座體，所述殼體底面固定裝有壓電陶瓷片，在壓電陶瓷片與減震金屬座體之間填充有減震吸音材料，所述壓電陶瓷片接有信號傳輸線；所述減震吸音材料為本發明提供的矽發泡膠。本發明中，所述超聲波傳感器的殼體、減震金屬座體以及壓電陶瓷片的結構和材料為本領域技術人員所公知，此處不贅述。所述減震金屬座體上設有通孔，通孔內填充有絕緣材料，信號傳輸線穿過所述絕緣材料通到外部。本發明中，所述超聲波傳感器的減震吸音材料採用本發明提供的矽發泡膠，能有效減弱超聲波傳感器的混響，降低餘震，從而提高超聲波傳感器的測量精度。
所述減震吸音材料的厚度不小於0. 4mm,減震金屬座體的厚度不小於0. 4mm。以下通過實施例對本發明的矽發泡膠組合物及其製備方法、矽發泡膠和超聲波傳感器作進一步地說明。實施例及對比例中所採用的原料均由商購得到。實施例1
(1)各組分的配比(重量份)按表1所示先將OBSH與明礬按配比依次加入研缽中，均勻混合6分鐘得到起泡混合物；然後按配比將聚二甲基矽氧烷(分子量為5000)、二甲基矽油(粘度為lOcps)、矽樹脂(1153矽樹脂)、矽微粉(平均粒徑為2um)、偶聯劑(KH550)加入攪拌筒，攪拌下加入氣泡混合物，加完後繼續攪拌20分鐘；得到本實施例的矽發泡膠組合物， 記為Zl。
(2)將Zl填入超聲波傳感器壓電陶瓷片上方，轉入真空烘箱中140°C下加熱30分鐘， 得到含有矽發泡膠Jl的超聲波傳感器Si。實施例2-5
採用與實施例1相同的步驟進行，不同之處在於 步驟(1)中，矽發泡膠組合物配方(重量份)如下表1所示 表權利要求
1. 一種矽發泡膠組合物，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物中含有以下組分
2.根據權利要求1所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物含有以下組分
3.根據權利要求1或2所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，結晶水合物為明礬、膽礬、 綠礬、石膏或芒硝。
4.根據權利要求1或2所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，4，4'-氧代雙苯磺醯胼與結晶水合物質量比為1 :0. 5-3。
5.根據權利要求1或2所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，所述二甲基矽油的粘度為 l_20cpso
6.根據權利要求1或2所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，所述矽微粉的平均粒徑為
7.根據權利要求1或2所述的矽發泡膠組合物，其特徵在於，所述偶聯劑為矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑和鋁酸酯偶聯劑中的一種或多種。
8.權利要求1所述的矽發泡膠組合物的製備方法，包括先將4，4'-氧代雙苯磺醯胼與結晶水合物混合得到起泡混合物，然後將聚二甲基矽氧烷、二甲基矽油、矽樹脂、矽微粉、 偶聯劑和起泡混合物混合均勻，即可得到所述矽發泡膠組合物。
9.一種矽發泡膠，所述矽發泡膠由權利要求1所述的矽發泡膠組合物130-150°C下真空加熱20-40分鐘得到。
10.根據權利要求9所述的矽發泡膠，其特徵在於，所述矽發泡膠的孔隙率為30-50%， 平均孔徑為0. 2-2. 0mm。
11.一種超聲波傳感器，包括殼體和與該殼體開口密封連接的減震金屬座體，所述殼體底面固定裝有壓電陶瓷片，在壓電陶瓷片與減震金屬座體之間填充有減震吸音材料，所述壓電陶瓷片接有信號傳輸線；其特徵在於，所述減震吸音材料為權利要求9所述的矽發泡膠。聚二甲基矽氧烷二甲基矽油矽微粉矽樹脂偶聯劑·4,4'-氧代雙苯磺醯胼結晶水合物·50-75% ； 15-40% ； 5-20% ； 0. 5-2% ； 1-10% ；·0. 5-3% ； 0. 5-3%ο聚二甲基矽氧烷二甲基矽油矽微粉矽樹脂偶聯劑·4,4'-氧代雙苯磺醯胼結晶水合物·55-70% ； 20-35% ； 5-15% ； 0. 5-1. 5% ； 1-5% ；·0. 5-1. 5% ； 0. 5-1. 5%ο·0.2-5um。
12.根據權利要求11所述的超聲波傳感器，其特徵在於，所述減震吸音材料的厚度不小於0. 4mm，減震金屬座體的厚度不小於0. 4mm。
全文摘要
本發明提供了一種矽發泡膠組合物，以矽發泡膠組合物的總質量為基準，所述矽發泡膠組合物中含有以下組分聚二甲基矽氧烷50-75%；二甲基矽油15-40%；矽微粉5-20%；矽樹脂0.5-2%；偶聯劑1-10%；4，4′-氧代雙苯磺醯肼0.5-3%；結晶水合物0.5-3%。本發明還提供了所述矽發泡膠組合物的製備方法，以及由該矽發泡膠組合物製備得到的矽發泡膠和含有該矽發泡膠的超聲波傳感器。本發明的矽發泡膠的孔隙率較大，孔徑分布均勻，採用該矽發泡膠的超聲波傳感器餘震小，阻抗低。
文檔編號C08J3/24GK102408718SQ20101029145
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者周直發, 周維, 羅迪恬 申請人:比亞迪股份有限公司