Способ управления дефорлациейматериаловполимерных

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ324080 Союз Советскиа Социалистнчесниу РеспубликЗависимое от авт, свидетельства Ха 82302 23-5 М, Кл, В 06 Ь 102 аявлецо 27.Х.1969 ( с присоединением заявПриоритет Комитет по ае обретений ри Совете ткрыти истров ликовацо 23.Х 11,1 УДК 534.143(088.8) 1. Бюллетень М 2за 1972 сания 22.11,1972 Дата опубликовацця оп Авторыизобретеннин, Р. И. У Давыдов, А и В, П. Хр ледоватсль атуры и гп й научно-иаппа кий институт хиструмснтов аявитель сесоюз ческо ПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЕИ ПОЛИМЕМАТЕРИАЛОВ Изооретение относится к области тени еских приложений механо-химического эффекта.Известен способ управления деформацией мехацо-химически реактивных поли мерны 5 материалов (волокон, пленок и т. п.), чувствительных к изменению концентрации ионов водорода, ионов металлов или переменным окислительцо-восстановительным средам, который заключается в осуществлении пооче редного контакта полимерных материалов с двумя жидкостями, одна из которых вызывает деформацию сокращения, а другая - деформацию удлинения полимерного материала.Способ применяют в двух варианта: 1) по токи различных по действию иа полимерные структуры жидкостей поочередно транспортируют из раздельных резервуаров к этим структурам и поочередно омываот их; 2) полимерные структуры в виде кольцевых воло коц транспортируют относительно двух различных по действию жидкостей, запасенцы в двух открытых резервуара, и участки кольцевых волокон, входя в тот и другой резервуар, поочередно контактируют с указанными 25 жидкостями.В известном способе используют механохимически реактивные полимерные материалы и структуры, обратимо реагирующие на изменение концентрации водородных ионов в 30 тямыщев, А, И. Меделяновский,, Я. Акимова, Г. Л. Хромовенов Окружающей жцдкОЙ среде, т. е. на степеньрН среды,Такие полиперцье волокна пленки) называются еще рН-искусственными мышцами.Недостатками известного способа управления деформацией меано-химически реактивныполимерныматериалов являются: неободпмость транспортирования жидких средилц полимерцыматериалов, сложность арматуры для реализации транспортированияжидкостеЙ От резервуа 1)ОВ к поли 1 е 1)нымструктурам или полимерных структур к резервуарам с жидкостями, а также еобтодимость применения це менее двух резервуаровс запасом различающцся жидкостей,Целью настоящего изобретения являетсяуправление величиной деформации полимер 1 тЫМатЕРцаЛОВ, НаПРИМЕР ВОЛОКОН, ПЛЕНОКи т. п. путем изменения концентрации ионов - инициаторов деформации за счет электрического воздействия. Эта цель достигаетсятем, что зеацо-изически реактивные полимерные материалы, например волокна, пленки и т, и., 1)азещаот В приэлектродном диффУЗИОЦЦОЗ С;1 Ое ЭЛЕКТРОИЗИ 1 ЕСКОИ ЯЧЕИКИ Иподают управляющее электр;ческос папряжецие на электроды этой ячейки.При измецешш величины электрическогонапряжения на электродах электроимцческоиячейки в ж 1 дкОЙ среде ячейки - элект 1)олитепроисходит изменение концентрации ионов инициаторов, вызывающих изменение размеров полимерных структур, таким образом в виде окончательного эффекта получаем электрическое управление деформацией полимерных материалов,Как известно, дпффузион слой возникает вблизи электродов электрохлическо ячейки, если к электродам приложено электрическое напряжение. Он мокет иметь толщину от долей миллиметра до нескольких сантиметров. В пределах диффузионного слоя концентрация пеиндифферецтных, т. е, принимающих участие в реакции электроокисления и электровосстанавливания, ионов изменяется в направлении от электрода к средней зоне ячейки. Г 1 ри изменении приложенного к электродам напряжения концентрации цецпдифферентцых ионов в диффузионном слое изменяется не только в пространстве (в указанном выше направлении), но и во времени.Следует подчеркнуть, что концентрация даже цен пдифферентных ионов в средней зоне ячейки может оставаться неизменной, хотя приложенное напряжение изменяется. У анода и у катода концентрация неиндифферентцых ионов изменяется в ту или иную сторону, а в средней зоне ячейки концентрация этих ионов может сохраниться равной той средней концентрации, которая была в электролите до подачи напряжения. Именно поэтому полимерные волокна (пленки) следует располагать в диффузионном слое, а пе в произвольной зоне ячейки. Существенно и то, что волокна (пленки) механически нагружены, Это нукно не только для отведения механического усилия, развиваемого волокнами при сокращении, но и для того, чтобы волокна находились в натянутом состоянии, не провисали и не выходили из диффузионного слоя, в котором они размещены, Кроме того, предусматриваются зазоры между волокнами, чтобы был открыт доступ ионам и молекулам электролита к поверхностям электродов.На поверхности электродов ионы, а в общем случае ионы при участии молекул электролита могут вступать в реакцию электро- окисления или реакцию электровосстановления в количестве, определяемом величиной напряжения. Когда подано электрическое напряжение, то у поверхности электродов резко изменится концентрация неиндифферентных ионов. Вследствии диффузии концентрация неиндифферентных ионов начнет изменяться в пределах диффузионного слоя, в частности и в том сечении, где размещены полимерные волокна (пленки), Поскольку электрически неиндифферентные ионы, содержащиеся в электролите, являются вместе с тем инициаторами деформации полимерных волокон, изменение их концентрации в диффузионном слое повлечет за собой изменение размеров полимерных волокон,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Для обеспечения обратимой электрической сзимуляции сокращений и удлпцеций нагруженных механически реактивных волокон 1 плсцок) в качестве рабочей среды в ячейке с размсщен в пей полимерными волокнами может быть применен электролит, образующий с электродами обратимую окислительцо-госстановительцую электр охи мическуо систему париер хпыотроппоГО типа,П р и м е р 1, Волокна (п;епки) из поливцнилового спирта, молекулярно сшитые нагреванием, имеющие толщину 0,001 - 0,03 с.я, отмочеццые предварительно в воде и нагруженные механически, размещают ца расстоянии 0,1 - 0,2 с, от поверхности электрода, который будет слукить анодом электрической ячейки, с зазорами между волокнами (пленками), пс меньшими их ширшы. Расстояние между электродами устанавливают в 2 - 3 сль Материал электродов - инертные металлы. Электролит приготавливают в виде буферного раствора в уксусной кислоте ацетата натрия с концентрацией 0,05 - 0,1 н. 1 пр рН =5 - б), добавляя ацетат меди до концентрации его в этом растворе 0,001 ц.Подавая, например, ступепчато нарастаю. щее напряжение, цо не превышающее 0,5 в, с минутной - двухминутной выдержкой при каждом значении напряжения, получаем необратимое, т. е. как-бы с запоминанием нарастающее с каждой ступенькой сокращение полимерных волокон (п.енок), Здесь оговорена выдержка 1 - 2 мин при каждом значении напряжения потому, что в сечении диффузионного слоя, отстоящем от поверхности электрода на 0,1 - 0,2 с., концентрация ионов меди изменится це сразу, а лишь по прошестши указанного времени.П р и м е р 2. Пленки пз полиакриловой кислоты и поливицилового спирта, молекулярно сшитые нагреванием, нейтрализованные на 20 - 40 едким цатром, тех же размеров ц при тех же расстояниях, как и в примере 1, размещают у электрода, который будет служить анодом. Материал анода и катода - чистая медь. Электролит - водный раствор хлорной меди с 0,005 и, концентрацией, При подаче напряжения не превышающего 0,7 - 0,8 в, концентрация соли уанода увеличивается, поскольку увеличивается концентрация ионов меди, вследствие выхода их из анода в раствор, и увеличивается концентрация ионов хлора из-за приноса анионов к аноду, Пленки, реагирующие на повышение концентрации ионов двухвалентной меди, сокращаются. Это также пример одностороннего управления деформацией - деформацией сокращения.П р и м е р 3. Коллагецовые волокна, обра ботанные хромом и формальдегидом, толщиной 0,01 с.ц, механически нагруженные, размещают ца расстоянии 0,1 - 0,2 с,и от поверхности электродов с зазорами между волокнами, це меньшими их толщины, Расстояние между электродами, изготовленными из324080 Предмет изобретения Составитель В. Титов 1 сдактор Л. Новожилова Корректоры: О. Зайцева и Н. ШевченкоТсхрсд Т. Ускова Заказ ЗЗЗг 9 Изд. М 6 Тираж 448 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий ири Совете Министров СССРМосква, Ж-З 5, Раушская наб., д. 4,5 Типография, пр. Сапунова, 2 инертных металлов, устанавливают равцым 1 - 2 сл. Электролит приготавливают в виде 0,5 - 1 и, концентрации водного раствора тетрайодртутц (2) - кислого калия и 0,05 - 0,1 н, концентрации трийодртути (2) - кислого калия. Эти вещества диссоциируют ца одцовалецтцые катионы калия, одцовалецтцые аниоцы трийодртути (2) и двухвалецтцые аццоцы тетрайодртути (2). На электроды подают зцакоцеремеццое напряжение, по мшлитуде це превышающее 0,6 в. При таком напряжении цоцы калия (как и воды) индифферентны к элсктрохимическим реакциям, Электрически цеццдифферентнымц ионами, участвующими г, реакциях электроокисления и электровосстацавливания на поверхностях электродов, являются ионы три- и тетрайодртути (2). На катоде ионы трийодртути (2) приобретают электроны и восстанавливаются в ионы тетрайодртути (2), а на воде происходит обратная реакция: ионы тетрайодртути (2) отдают электроны и, следовательно, окисляются до ионов трийодртути (2). В целом состав электролита не изменяется, но концентрация ионов трийодртути (2) возрастает в прианодцом диффузионном слое и уменьшается в прикатодном диффузионном слое, а концентрация ионов тетрайодртути (2) изменяется в этих слоях в обратную сторону. Поскольку ионы тетрайодртути взяты с относительным избытком (их концентрация, как указано выше, в 10 раз больше), а концентрация ионов трцйодртутц мала, то существенно пз меццтся именно концентрация ионов трийодртути (2). Вместе с тем ионы трцйодртутц (2) являются инициаторами обратимой де формации коллагеновых волокон. Прц увеличении концентрации этих попов волокна сокращаются, а прц уменьшен;и удлиняются.Этот пример обратимого управления деформ аццец .гехано-хггмцческц реактивных воло коц. Причем, волокна (цлег кц) можно разместить как у анода, так и у катода. В связи с медлеггностыо диффузионных процессов период управляющего напряжения должен быть свыше минуты.15 Способ управления деформацией полимер цых материалов, например волокон, пленокц т. п., чувствительных к изменению концентрации ионов водорода, ионов металла плц переменным окисл цтельно-восстановительнымм средам, отлипагогг(гшся тем, что, с целью 25 управления величиной деформации полимерных материалов путем изменения концентрации ионов - шпщцаторов деформации, за счет электрического воздействия, полимерные материалы размещают в прпэлектродном 30 диффузионном слое электрохгвгической ячейки ц подают ца ее электроды управляющее электрическое напряжение.