Способ получения упругого оптически чувствительного материала Советский патент 1979 года по МПК C08H1/02 

Изобретение относится к исследова нию напряженно-деформированного состояния различных объектов (массива горных пород, инженерных сооружений и конструкций) поляриэационно-оптических методов. Исследования проводятся на моделях из оптически чуззствительных низкомодульных упругих материалов, которые должны отвечать следующим требованиям: прозрачность, однородность, изотропность, стабильные во времени и при небольших (10) перепадах температур оптико-механические свойства, линейная зависимост относительной деформации Е и оптичес кого эффекта d от напряжения (У, отсутствие значительной ползучести и т.д. Значения модулей упругости низкомодульных материалов не должны превышать 25 кгс/см, так как при моделировании напряженного состояния объектов, в которых основными действующими силами являются гравитационные силы (например, напряженного состояния Массива, ослабленного горными выработками), .либо при изучении, тектонических полей напряжений необходимы материалы, в которых под действием собственного веса или не.больших пригрузок возникает двулучепреломление, достаточное для его измерения осуществляющими приборами. Для моделирования хрупкого разрушения пород необходи1 и материалы, сочетающие низкий модуль упругости и высокую хрупкость. Для обеспечения малых значений модулей в качестве низкомодульиых оптически чувствительных материалов применяются полимерные гели (студни), т.е. высокомолекулярные вещества, образующие устойчивую пространственную сетку в Среде большого количества растворителя. Стабильность свойств во времени и при небольших перепадах температур, а также отсутствие значительной ползучести достигается путем создания в таких системах достаточно прочной сетки химических связей. Наибольшее распространение среди ннзкомодульных упругих материалов, применяемых в поляризационно-оптическом методе, получили студни на основе желатина - игдантин (И. Технология получения игдантина состоит в следующем. К необходимому количеству желатина (10-35%) добавляют воду, тщательно перемешивают и

дают набухнуть в течение 1-3 ч, после чего добавляют глицерин (30%) . йблучённая смесь выдерживается в течёййёсуток, после чего растворяется при б (в зависимости от количества желатина) и заливается в плоские стеклянные формы, в которых происходит процесс гелеобразования в течение суток.Применяемые при изгоТбеЗ Шйй йгдантиНа компоненты не являются токсичными, процесс его изготовления нетрудоемок, несложен и не требует специального оборудования.

Однако игдантин обладает недостатками, связанными с лабильностью пространственной сетки в этой системе, образованной за счет межмолекулярных связей, а именно:

1.Существенным изменением свойств вЬ в1Уёмейй, т. е. от в озраста материала, и при небольших перепадах температур окружающей среды (15-20с),

2.Значительной ползучестью, заключающейся в изменении оптико-механических свойств во времени под действием постоянной нагрузки.

Кроме того, игдантин подвержен загниванию.

В связи с указанными недостатками точность получаемых результатов при

1№ШЙ11ШГГЖгДЖнтйна:в Kasie&fffe У toro материала при моделировании недостаточна. Для ликвидации указанных недостатков следует создать в игданТййе прочную сетку химических связей. Целью изобретения является получение оптически чувствительного материала, обладающего стабильностью свойств во времени и при небольших перейадах температур, незначительной ползучестью, а также свойствами хрупкота разрушения и не подверженного загниванию.

Поставленная цель достигается задУ блйвайием лрёдварительно получённых студней желатина растворами формальдегида. Варьирование свойств материалов достигается изменением концентрации желатина.

Предложенный способ отличается от известных способов тем, что включает Обязательную стадию задубливания игдантина погружением его в 7-15%-ный водныЙ раствор фЬгГмалБДеТйт Т1рй - 2б-25С на 40-50 ч с целью образования химических связей в пространственной сетке студня, что приводит к повышению стабильности оптико-механических свойств, значительному уменьШёййю ползучести, отсутствию загнивания и появлению свойств хрупкого разрушения.

. Технологическая схема предложенного способа состоит в следующем: 1) смешение желатина с водой или смесью воды и глицерина, 2) растворение при 65-80°С и заливка в форму, 3) студнёобразо:ванйе в течение суток,

4) изготовление модели (горного массива с выработками любого назначения откосов и т.д.) из сформированного студня, 5) задубливание модели в 715%-ном водном растворе формальдеги да в течение 2 суток. I Пример 1. 10% желатина совмещают с водой и добавляют 30% глицерина. Смесь набухает в течение суток, после чего растворяется при 6570°С и заливается в формы, в которых процесс студнеобразования продолжается сутки. Полученнью образцы извлекают из формы и погружают на 2 суток в 15%-ный водный раствор формальдегида. Модуль упругости Е равен

4.1кгс/см, оптический коэффициент напряжения 1950 lO .

Пример 2. 30% желатина совмещают с водой и добавляют 30% глицерина. Смесь набухает в течение суток, после чего растворяется при 7580°С и заливается в формы, в которых процесс студнеобразования продолжается сутки. Полученные образцы извлекают из формы и погружают на 2 суток в 7%-ный водный раствор формальдегида. Модуль упругости Е равен

9.2кгс/см оптический козффициент напряжения С 750-10 .

Полученный предлагаемым способом .материал отвечает всем требованиям, предъявляемым к оптически чувствительным материалам, а именно: однороден, изотропен, обладает стабильными во времени и при небольших перепадах температур оптико-механическими свойствами, характеризуетсяотсутствием значительной ползучести (более чем в 3 раза меньше по сравнению с игдантином), линейной зависимостью относительной деформации и оптического эффекта сУ от напряжения ff , обладает свойствами хрупкого разрушения, прост в изготовлении и нетоксичен . Кроме того, материал долго не загнивает, так как формальдегид является антисептиком.

Формула изобретения

Способ получения упругого оптического чувствительного материала, включающий нагрев ДО полного растворения фотожелатина в воде или в смеси воды с глицерином, заливку в форму, охлаждение до образования студня, извлечение из формы и изготовление модели, отличающийся тем, что, с целью обеспечения стабильности оптико-механических свойств во времени и при перепадах температуры, уменьшенияползучести, появления свойств itрупкого разрушения и предотвращения загнивания, производят задубливание материала модели путем ее погружения в 7-15%-ный водный ра56900336

створ формальдегида при температуре i. Осокина Д. Н. Пластические и

20-25с и вьщержки в течение 40-50 ч.упругие низкомодульные оптически ак

Источники информации, принятые вотинные материалы. Иэд-во АН СССР,

внимание при экспертизе1963, с. 37-75 (прототип).