SU324080A1 - Способ управления дефорл\ациейматериаловполимерных - Google Patents

Description

Изобретение отиоситс  к области технических приложений механо-хиыического эффекта .

Известен способ унравлени  деформацией механо-химически реактивиых полимерных материалов (волокон, пленок и т. п.), чувствительных к изменению концентрации иоиов водорода, ионов металлов или переменным окислительно-восстановительным средам, который заключаетс  в осуществлении поочередного контакта нолимерных материалов с двум  жидкост ми, одна из которых вызывает деформацию сокращени , а друга  - деформацию удлинени  полимерного материала. Способ примен ют в двух вариантах: 1) нотоки различных по де/ютвию на полимерные структуры жидкостей поочередно транспортируют из раздельных резервуаров к этим структурам и поочередно омывают их; 2) полимерные структуры в виде кольцевых волокон транспортируют относительно двух различных по действию жидкостей, запасенных в двух открытых резервуарах, и участки кольцевых волокон, вход  в тот и другой резервуар , поочередно контактируют с указанными жидкост ми.

В известном способе используют механохимически реактивные полимерные материалы и структуры, обратимо реагирующие на изменение концентрации водородных ионов в

окружающей жидкой среде, т. е. на степень рН среды.

Такие полимерные волокна (иленкн) называютс  еще рН-искусственными мышцами.

Недостатками известного снособа унравлени  деформацией механо-химически реактивных полп.мерных материалов  вл ютс : необходимость транспортировани  жидких сред НЛП полимерпых материалов, сложность арматуры дл  реализации транснортировани  жидкостей от резервуаров к иолимерным cipyKTyjiaM или полимерных структур к резервуарам с жидкост ми, а также необходимость применени  не менее двух резервуаров с запасом различающихс  жидкостей.

Целью насто щего изобретеии   вл етс  управление величиной деформации полимерных материалов, ианример волокон, пленок и т. п. путем изменени  концентращш ионов - инициаторов деформации за счет электрического воздействи . Эта цель достигаетс  тем, что механо-химически реактивные ноли ерные матерналы, нанример волокна, иленки и т. п., размещают в приэлектродном диффузионном слое электрохнмической  чейк и подают управл ющее электрическое напр жение на электроды этой  чейки.

происходит изменение концентрации нонов инициаторов, вызывающих изменение размеров полимерных структур, таким образом в виде окончательного эффекта получаем электрическое управление деформацией полимерных материалов.

Как известно, диффузионный слой возникает вблизи электродов электрохимической  чейки, если к электродам нриложеио электрическое наир жение. Он может иметь толщину от долей миллиметра до нескольких сантиметров. В пределах диффузионного сло  концентраци  неиндиффереитиых, т. е. нринимающих участие в реакции электроокисленн  и электровосстанавливаин , ионов измен етс  в нанравлении от электрода к средней зоне  чейки. При изменении приложенного к электродам иаир жени  концентрации неиидифферентных ионов в диффузионном слое измен етс  не только в нространстве (в указанном выще направлении), но и во времени.

Следует нодчеркнуть, что концентраци  даже неиндифферентиых ионов в средней зоне  чейки может оставатьс  неизменной, хот  приложенное напр жение измеи етс . У анода и у катода концентраци  иенндиффереитных ионов измеи етс  в ту или иную сторону, а в средней зоне  чейки концентраци  этих ионов может сохранитьс  равной той средней концентрации, котора  была в электролите до подачи нанр жени . Именно поэтому полимерные волокна (пленки) следует располагать в диффузиоппом слое, а пе в произвольной зоне  чейки.

Существенно и то, что волокна (пленкн) механически иагружеиы. Это нужно не только дл  отведени  мехаиического усили , развиваемого волокнами нри сокращении, но и дл  того, чтобы волокна находились в нат нутом состо нии, не провисали и ие выходили из диффузионного сло , в котором они размещены . Кроме того, предусматриваютс  зазоры между волокнами, чтобы был открыт доступ ионам и молекулам электролита к новерхност м электродов.

На поверхности электродов ионы, а в общем случае ионы при участии молекул электролита могут вступать в реакцию электроокислени  или реакцию электровосстановлени  в количестве, определ емом величиной нанр жени . Когда подано электрическое нанр жение , то у поверхности электродов резко изменитс  концентраци  неиндиффереитиых ионов. Вследствии диффузии концентраци  неиндифферентных ионов начнет измен тьс  в пределах диффузионного сло , в частности и в том сечении, где размещены полимерные волокна (нленки). Поскольку электрически неиндиффереитные ионы, содержащиес  в электролите,  вл ютс  вместе с тем инициаторами деформации иолимерных волокон, изменение их концентрации в диффузионном слое повлечет за собой изменение размеров иолимерных волокон.

Дл  обеспечени  обратимой электрической стимул ции сокращений и удлинений нагруженных механически реактивных волокон (нлсиок) в качестве рабочей среды в  чейке с размещенпЕлми в ней нолимерными волокнами может быть применен электролит, образующий с электродами обратимую окислительно-восстановительную электрохимическую систему, например хнмотронного тина.

Пример I. Волокна (нлепкн) нз ноливинилового снирта, молекул рно сшнтые нагреванием , имеющие толщину 0,001-0,03 см, отмоченные иредварительно в воде и нагруженные механически, размещают па рассто НИН 0,1 - 0,2 см от поверхности электрода, который будет служить анодом электрической  чейки, с зазорами между волокнами (пленками ), ие меньшими их щирнны. Рассто ние между электродами устанавливают в 2-3 см.

Материал электродов - инертные металлы. Электролит нриготавливают в виде буферного раствора в уксусной кислоте ацетата натри  с концентрацией 0,05-0,1 н. (при рН 5-6), добавл   ацетат меди до концентрации его в этом растворе 0,001 и.

Подава , например, ступенчато нарастающее напр жение, но не превыщающее 0,5 в, с минутиой - двухминутпой выдержкой нри каждом значении напр жени , иолучаем необратимое , т. е. как-бы с «запомипанием царастающее с каждой ступенькой сокращение полимерных волокон (пленок). Здесь оговорена выдержка 1-2 мин нри каждом значении иапр жени  нотому, что в сечении диффузионного сло , отсто щем от новерхности

электрода на 0,1-0,2 см, концентраци  ионов

меди изменитс  не сразу, а лищь но нроществии указанного времени.

Пример 2. Пленки из полиакриловой

кислоты и поливинилового спирта, молекул рио сшитые нагреванием, нейтрализованные на 20-40% едким натром, тех же размеров н нри тех же рассто ни х, как и в примере 1, размещают у электрода, который будет служить анодом. Материал анода и катода - чиста  медь. Электролит - водный раствор хлорной меди с 0,005 н. концентрацией. При подаче напр жени  не превышающего 0,7- 0,8 в, концентраци  соли у анода увеличиваетс , носкольку увеличиваетс  концентраци  ионов меди, вследствие выхода их из анода в раствор, и увеличиваетс  концентраци  ионов хлора из-за прнноса анионов к аноду. Пленки, реагирующие на новыщение

концентрации ионов двухвалентной меди, сокращаютс . Это также пример одностороннего управлени  деформацией - деформацией сокращени . Пример 3. Коллагеновые волокна, обработанные хромом и формальдегидом, толщиной 0,01 см, механически иагруженные, размещают на рассто нии 0,1-0,2 см от поверхности электродов с зазорами между волокнами , не меньщими их толщины. Рассто ние инертных металлов, устанавливают равным 1-2 см. Электролит нрнготавливают в виде 0,5-I н. концентрации водного раствора тетрайодртути (2) - кислого кали  и 0,05- 0,1 н. концентрации трийодртути (2) - кислого кали . Эти вещества диссоциируют на одновалентные катионы кали , одновалер1тные анионы трийодртути (2) и двухвалентные анноны тетрайодртути (2). На электроды нодают знакопеременное нанр жение, но амнлнтуде не ирсвышающее 0,6 в. При таком нанр жении ионы кали  (как и воды) инднфферентны к электрохимическим реакци м. Электрически неиндифферентнымн ионами, участвующими в реакци х электроокислени  и электровосстанавливани  на поверхност х электродов,  вл ютс  ионы три- и тетрайодртути (2). На катоде ионы трнйодртути (2) нриобретают электроны и восстанавливаютс  в ионы тетрайодртути (2), а на воде нроисходит обратна  реакци : ионы тетрайодртути (2) отдают электроны и, следовательно, окисл ютс  до ионов трийодртути (2). В целом состав электролита не измен етс , но концен траци  ионов трийодртути (2) возрастает в нрианодном диффузионном слое и уменьшаетс  в нрикатодном диффузионном слое, а концентраци  ионов тетрайодртути (2) измен етс  в этих сло х в обратную сторону. Поскольку ионы тетрайодртути вз ты с относительным избытком (их концентраци , как указано выще, в 10 раз больще), а концентраци  ионов трииодртути мала, то существенно изменитс  именно концентраци  ионов трнйодртути (2). Вместе с тем ионы трнйодртути (2)  вл ютс  инициаторами обратимой деформации коллагеновых волокон. При увеличеини концентрацнц этих ионов волокна сокращаютс , а нри уменьщен;1и удлин ютс . Этот пример обратц.мого управлени  деформацией мехацо-химпческн реактнвных волокон . , волокна (нленкн) можно разместить как у аиода, так и у катода. В св зи с медленностью диффузионных нроцессов нериод управл ющего нанр жени  должен быть свыше мннуты. Предмет изобретени  Способ управлени  деформацией полимерных материалов, нанрнмер волокон, нленок и т. п., чувствительных к нзменению концентрации ионов водорода, ионов металла или переменнымокислительно-восстановительным средам, отличающийс  тем, что, с целью управлени  величиной деформации иолимериых материалов иутем изменени  концентрации ионов - ин1щиаторов деформацнн, за счет электрического воздействи , полимерные матерналы размещают в ириэлектродном диффуз юнном слое электрохнмнческой  чейки и нодают на ее электроды управл ющее электрическое нанр жение.