Способ управления дефорл\ациейматериаловполимерных
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
324080
Союз Советскиа
Социалистическими
Республик
Зависимое от авт. свидетельства М
Заявлено 27.XI.1969 (Ме 1382302 23-5) ;!1. Кл. В 06Ь 1 02 с прнсоеди leIIIIeil заявки Хо
Приоритет
Комитет по делам изобретений и открытий
Опубликовано 23.Х11.1971. Бюллетень М 2 за 1972
Дата опубликоваш!я описания 22.II.1972
УД1i 534.143(088.8) при Совете Министров
СССР
Авторы изобретения P. В. Беляков, И. А. Воронин, P. И. Утямыиев, А. И. Меделяновский, В. А. Михайлов, А. Б. Давыдов, А. Я. Акимова, Г. Л. Хромов и В. П. Хренов
Всесоюзный научно-исследоватсл ьский институт хирургической аппаратуры и инструментов
СПОСОБ УП РАВЛ ЕН ИЯ ДЕФОРМАЦИ Ей ПОЛ ИМЕРНЬ1Х
МАТЕРИАЛОВ
Изооретение относится к области техн!1 !еских приложений механо-химического эффекта.
Известен способ управления деформацией механо-химически реактивных полимерных материалов (волокон, пленок и т. п.), чувствительных к изменени!о концентрации ионов водорода, ионов металлов или переменным окислительио-восстановительным средам, который заключается в осуществлении пооче- 10 редного контакта полимерных материалов с двумя жидкостями, одна из которых вызывает деформацию сокращения, а другая — деформацию удлинения полимерного материала.
Способ применяют в двух вариантах: 1) !!о- 15 токи различных по действию на полимерны» структуры жидкостей поочередно транспортируют из раздельных резервуаров к этим структурам и поочередно омыва!от их; 2) полимерные структуры в виде кольцевых воло- 20 кои транспортируют относительно двух различных по действию жидкостей, запасенных в двух открытых резервуарах, 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
oKp) æ2IÎùI1É жидкОЙ среде, т. е. на степень рН среды.
Такис полимерные ьолокна (пленки) называются еще рН-искусственными мышцами.
Недостатками известного способа управления деформацией механо-химически реактивных полимерных материалов являются: необ«одпмость транспортирования жидких сред или полимерных материалов, сложность арматуры для реализации транспортирования жид1 ОстеЙ От poзсрв, 3poB K полимеpHbl»l структурам или полимерных структур к резервуарам с жидкостями, а также необходимость применения ис менес днуx резервуаров с запасом различающихся жидкостей.
Целью настоящего изобретения является управление величиной деформации полимер1 ых материалов, например волокон, пленок и т. п. путем изменения концентрации ионов — инициаторов деформации за счет электрического воздействия. Эта цель достигается тем, что механо-химически реактивные полимерные материалы, например волокна, пленки и т. II., pазмеща!от В пp113;,IeктрОднОм дифф !ЗИОНПO)! С;lос ЭЛСКТРОХИЗ!!! IЕСКОИ ЯЧЕИКИ И подают управляющее электр;1ческос напряжение на электроды этой ячейки.
При изменешш величины электрического напряжения на электродах электрохимическои ячейки в жидкоЙ среде ячейки — элеkTpo.tlèTO
324080 происходит изменение концентрации ионов 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 ячейки, если к электродам приложено электрическое напряжение. Он мо?кет иметь To;Iщину от долей миллиметра до нескольких сантиметров. В пределах диффузионного слоя концентрация 1;еиндифферентных, т. е. приниi!aioHIHx участие в реакции электроокисления и электровосстанавливания, ионов изменяется в направлении от электрода к средней зоне ячейки. При изменении приложенного к электродам напряжения концентрации пеп дифферентных ионов в диффузионном слое изменяется не только в пространстве (в указанном выше направлении), но и во времени.
Следует подчеркнуть, что концентрация даже неипдифферентных ионов в средней зоне ячейки мо?кет оставаться неизменной, хотя приложенное папря?кение изменяется.
У анода и у катода концентрация неиндиффереHTHblx ионов изменяется в ту или иную сторону, а в средней зоне ячейки концентрация этих ионов мо?кет сохраниться равной той средней концентрации, которая была в электролите до подачи напря?кения. Именно поэтому полимерные волокна (плепки) следует располагать в диффузионном слое, а пе в произвольной зоне ячейки.
Существенно и то, что волокна (пленки) механически нагружены, Это ну?кно 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 ме?кду волокнами, чтобы был открыт доступ ионам и молекулам электролита к Iioверхностям электродов.
На поверхности электродов ионы, а в общем случае ионы при участии молекул электролита могут вступать в реакцию электроокисления 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, содер?кащиеся в электролите, являются вместе с тем инициаторами деформации полимерных волокон, изменение их концентрации в диффузионном слое повлечет за собой изменение размеров полимерных волокон.
Для обеспечения обратимой электрической сзимуляции сокращений и удлинений нагруженных механически реактивных волокон (плсвок) в качестве рабочей среды в ячейке с размещенными в пей полимерными волокнами может быть применен электролит, образующий с электродами обратиму!о окислителшю-госстановительную электрохимическу1о систс му, I I 6 i i p t t. !с р x it П р и ii е р 1. Волокна (пленки) из поливинилового спирта, молекулярно сшитые нагреванием, имеющие толщ1шу 0,001 — 0,03 с.tl, отмочепные предварительно в воде и нагру?кенпые механически, размещают на расстоянии 0,1 — 0,2 с.!! от поверхности электрода, который будет служить анодом электрической ячейки, с зазорами между волокнами (пленками), пс меньшими Нх шир1шы. 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. (пр!! рН=5 — б), добавляя ацетат меди до концентрации его в этом растворе 0,001 ii. Подавая, например, ступепчато нарастающее напряжение, но не превышающее 0,5 8, с минутной — двухминутной выдер?ккой 111?H каждом значении напряжения, получаем необратимое, т. е. как-бы с «запоминанием» нарастающее с каждой ступенькой сокращение полимерных волокон (пленок) . Здесь оговорена выдержка 1 — 2 !!ин при ка?кдом значении напряжения потому, что в сечении диффузионного слоя, отстоящем от поверхности электрода на 0,1 — 0,2 с.!1, концентрация ионов меди изменится не сразу, а лишь по прошестш!и указанного времени. П р и и е р 2. Пленки пз полиакриловой кислоты и поливинилового спирта, молекулярно сшитые нагреванием, нейтрализованные на 20 — 400/О едким натром, тех же размеров и 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 у анода увеличивается, поскольку увеличивается концентрацияя 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 ii е р 3. Коллагеновые волокна, обработанные хромом и формальдегидом, толщиной 0,01 с.и, механически нагруженные, размещают па расстоянии 0,1 — 0,2 с.и от поверхности электродов с зазорами между волокнаии, не меньшими их толщины. Расстояние между электродами, изготовленными из 324080 Предмет изобретения Составитель В. Титов 1 сдактор Л. Новожилова Корректоры: О. Зайцева и Н. Шевченко Тсхрсд Т. Ускова Заказ 833« 9 Изд. Ко 6 Тираж 448 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам пзобретений и открытий ири Совете i1пнистров СССР Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5 Типография, пр. Сапунова, 2 инертных металлов, устанавливают равным 1 — 2 сл. Электролит приготавливают в виде 0,5 — 1 и. концентрации водного раствора тетрайодртутн (2) — кислого калия и 0,05— 0,1 н. концентрации трийодртути (2) — кислого калия. Эти вещества диссоциируют на одновалентпые катионы калия, одновалентные анионы трийодртути (2) и двухвалептные анпоны тетрайодртути (2). На электроды подают 3««акопLðåìå«l«loå напряжение, по м«««.ч««туде не превышающее 0,6 в. При таком напряжении попы калия (как и воды) индифферентны к элсктрохимическим реакциям. Электрически непндифферентными ионами, участвующими г, реакциях электроокисления и электровосстапавливания 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 прианодном 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 трийодртутп мала, то существенно изменится именно концентрация ионов трийодртути (2) . Вместе с тем ионы трпйодртути (2) являются инициаторами обратимой деформации коллагеновых волокон. Прп увеличении концентрации этих ионов волокна сокращаются, а прп уменьшен;и удлиняются. Этот пример обратимого управления дсформацпеп .«ехано-. пмпческп реактивных воло10 коп. Причем, волокна (пле«кп) можно разместить как у анода, так и у катода. В связи с медле«гностыо диффузионных процессов период управляющего напряжения должен быть свыше минуты. Способ управления деформацией полимер20 ых материалов, например волокон, пленок и т. п., чувствительных к пзмененшо концентрации ионов водорода, ионов металла плп «;еременным окпслптельно-восстановительным средам, от,«ипа«оп(шся тем, что, с целью 25 управления величиной деформации полимерных материалов путем изменения концентрации ионов — шпщпаторов деформации, за счет электрического воздействия, полимерные материалы размещают в прпэлектродном 30 диффузионном слое эчектрох«в«««ческой ячейки и подают «а ее электроды управляющее электрическое напряжение.
