一種梯度分布的多孔隔熱高強薄膜功能化探月取壤用取芯軟袋的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明設及一種探月取壤用取忍軟袋的制備方法。
【背景技術】
[000^ 中國探月工程已全面進入"繞、落、臥'S步走發展規劃的第立期，計劃于2017年前 后執行雜娥五號任務，實現月壤無人自動采樣返回，將實現具有劃時代意義的月球鉆探-取 忍-返回實驗。在運個實驗過程中，鉆取采樣取忍軟袋需要有效地完成月壤樣品的獲取及層 理保持工作，將月壤樣品包裹于取忍柔性袋中并對柔性袋末端進行可靠地封口，保證高取 忍率、不漏樣、不掉樣、層理保持度高。取忍軟袋的正常工作是整個探月取壤任務的核屯、，也 將面臨很多的工作風險。在其跟隨鉆進機構下鉆取±、包覆月壤并同步內翻提拉收卷的過 程中，因與鉆頭的距離較近，會受到鉆頭高溫度的影響，如鉆頭在鉆進過程中發生意外持續 鉆進產生大量熱量，溫度持續升高，可能會使軟袋編織原料纖維性能下降甚至超過纖維熱 性能承受極限而燒毀，造成任務失敗。因此考慮對取忍軟袋進行外部熱保護是非常必要的。
[0003] Kevlar纖維是美國杜邦公司研制的高性能對位芳絕纖維，化學名稱為聚對苯二甲 酸對苯二胺(PPTA)nKevlar纖維是高性能連接的苯酷胺，酷胺鍵與苯環基團形成共輛結構， 分子排列規整，取向度和纖維潔凈度高，鏈段排列規則，存在很強的分子間氨鍵，綜合W上 因素賦予纖維高強度、高模量、耐高溫特性等優良特性。
[0004] 芳絕納米纖維是一種新的納米構筑模塊，而在芳絕納米線的制備中，主要采用了 top-down的方法，利用宏觀的Kevlar纖維來制備芳絕納米纖維。用氨氧化鐘在二甲基亞諷 中對凱夫拉纖維的去質子化過程，通過對酷胺鍵上的氨吸附，使凱夫拉納米纖維在靜電斥 力和切向力的共同作用下彼此分散，制備出尺寸長度在5-lOwn，管徑在5-15nm的一維管狀 大分子。該方法中生成的氮負離子之間的靜電斥力與分子間的氨鍵作用力和n-n共輛作用 力形成平衡，從而使芳絕納米纖維維持在納米級，不能進一步溶解為分子。芳絕納米纖維具 有很強的隔熱和抗氧化效果，可抵御外層攝氏300度高溫。對芳絕納米纖維溶液進行抽濾成 膜，可制備得到一種多孔的隔熱高強薄膜。通過制備不同濃度的芳絕納米纖維溶液，可W控 制該納米纖維溶液的含量及成膜的孔隙率。在抽濾過程中通過按次序滴加不同濃度的納米 纖維溶液，并同時滴加去離子水W使其再次質子化而形成凝膠，從而可W制備出梯度分布 的多孔隔熱高強的芳絕納米纖維薄膜。將其與取忍軟袋進行復合，即有望制得一種梯度分 布多孔隔熱高強薄膜功能化探月取壤用取忍軟袋。從而實現對取忍軟袋進行有效的熱保 護。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是要解決現有取忍軟袋在探月取壤過程中，容易受鉆進機構高溫影 響而引發纖維性能下降，而帶來軟袋意外斷裂的問題，而提供一種梯度分布的多孔隔熱高 強薄膜功能化探月取壤用取忍軟袋的制備方法。
[0006] -種梯度分布的多孔隔熱高強薄膜功能化探月取壤用取忍軟袋的制備方法，是按 W下步驟完成的：
[0007] -、將80根~300根纖維經紗進行整經處理，然后采用織機平紋織出筒狀柔性織 物，再整齊切斷并碼邊，得到直徑為16.5mm~27mm，長度為200mm~2500mm的取忍軟袋；
[000引步驟一中所述的纖維經紗為50旦~1600旦的Kevlar纖維中的一種或其中幾種的 混合纖維；
[0009]步驟一中所述的織機為有梭織機、無梭織機或圓織機；
[0010] 二、制備不同濃度的Kevlar納米纖維溶液：
[0011] ①、制備質量分數為0.3%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0012] 使用氮氣對干燥的SO瓶吹掃20min~30min，再將SOOmL二甲基亞諷、1 .5g Kevlar纖維和1.5g氨氧化鐘加入到干燥的S口瓶中，再在攬拌速度為10化/min~ieOOr/ min的條件下攬拌反應3天~10天，得到質量分數分別為0.3 %的暗紅色的Kevlar納米纖維 溶液；
[0013] ②、制備質量分數為0.6 %的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0014] 使用氮氣對干燥的S口瓶吹掃20min~30min，再將SOOmL二甲基亞諷、3g Kevlar 纖維和1.5g氨氧化鐘加入到干燥的S口瓶中，再在攬拌速度為l(K)r/min~1600r/min的條 件下攬拌反應3天~10天，得到質量分數分別為0.6%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0015] ③、制備質量分數為0.9%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0016] 使用氮氣對干燥的SO瓶吹掃20min~30min，再將SOOmL二甲基亞諷、4.5g Kevlar纖維和1.5g氨氧化鐘加入到干燥的S口瓶中，再在攬拌速度為10化/min~ieOOr/ min的條件下攬拌反應3天~10天，得到質量分數分別為0.9 %的暗紅色的Kevlar納米纖維 溶液；
[0017] ④、制備質量分數為1.2%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[001引使用氮氣對干燥的S口瓶吹掃20min~30min，再將SOOmL二甲基亞諷、6g Kevlar 纖維和1.5g氨氧化鐘加入到干燥的S口瓶中，再在攬拌速度為l(K)r/min~1600r/min的條 件下攬拌反應3天~10天，得到質量分數分別為1.2%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0019] ⑤、制備質量分數為1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0020] 使用氮氣對干燥的S 口瓶吹掃20min~30min，再將SOOmL二甲基亞諷、7.5g Kevlar纖維和1.5g氨氧化鐘加入到干燥的S口瓶中，再在攬拌速度為10化/min~ieOOr/ min的條件下攬拌反應3天~10天，得到質量分數分別為1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維 溶液；
[0021] =、搭建真空抽濾裝置：將步驟二中得到的質量分數分別為0.3%的暗紅色的 Kevlar納米纖維溶液、0.6%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液、0.9%的暗紅色的Kevlar納 米纖維溶液、1.2%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液和1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶 液按照濃度從高到低或濃度從低到高的順序WlOmL/min~50mL/min的流速滴加到在布氏 漏斗的濾膜上，同時WlmL/min~5mL/min的流速向布氏漏斗的濾膜上滴加去離子水，步驟 二中得到的質量分數分別為0.3 %的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液、0.6 %的暗紅色的 Kevlar納米纖維溶液、0.9%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液、1.2%的暗紅色的Kevlar納 米纖維溶液和1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液滴加結束后，再進行真空抽濾20min~ 6〇min，再在溫度為100°C下真空干燥12h~24h，得到濃度梯度分布的多孔隔熱高強薄膜；
[0022] 步驟S中所述的質量分數為0.3 %的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液、0.6 %的暗紅 色的K e V1 a r納米纖維溶液、0.9 %的暗紅色的K e V1 a r納米纖維溶液、1.2 %的暗紅色的 Kevlar納米纖維溶液和1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液的體積比為1:1:1:1:1;
[0023] 步驟S中所述的質量分數為0.3%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液與去離子水的 體積比為10:1;
[0024] 步驟=中所述的濃度梯度分布的多孔隔熱高強薄膜的厚度為2WI1~20WI1;
[0025] 四、復合:使用28旦~130旦的Kevlar纖維將步驟S中得到的濃度梯度分布的多孔 隔熱高強薄膜縫合在直徑為16.5mm~27mm，長度為200mm~2500mm的取忍軟袋的外部或使 用502膠將步驟=中得到的濃度梯度分布的多孔隔熱高強薄膜粘貼到直徑為16.5mm~ 27mm，長度為200mm~2500mm的取忍軟袋的外部，得到梯度分布的多孔隔熱高強薄膜功能化 探月取壤用取忍軟袋；
[0026] 步驟四中所述的縫合是在取忍軟袋編織結構中的經締交叉處。
[0027] 本發明的原理及優點：
[0028] -、本發明通過高性能纖維經過高精度編織出探月工程用取忍軟袋、通過不同濃 度的納米纖維溶液的制備并成膜，及其與取忍軟袋的功能化復合等步驟，完成由梯度分布 多孔隔熱高強薄膜功能化的取忍軟袋的制造，進而替換原單純編織工藝后所制備的取忍軟 袋，旨在通過多孔隔熱高強薄膜的引入，避免取忍軟袋在探月取壤過程中，受鉆進機構高溫 影響而引發纖維性能下降從而帶來的軟袋意外斷裂風險而導致任務失敗，抵御取忍軟袋在 實際工況中可能面臨的極端環境，為我國探月取壤任務順利完成提供一種保障措施；
[0029] 二、本發明的優點是通過軟袋編織原材料的本體納米纖維膜的引入，在鉆進機構 與取忍軟袋之間提供梯度分布的多孔隔熱高強薄膜的阻隔，提供對取忍軟袋的有效