一种梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明设及一种探月取壤用取忍软袋的制备方法。
【背景技术】
[000^ 中国探月工程已全面进入"绕、落、卧'S步走发展规划的第立期，计划于2017年前 后执行雜娥五号任务，实现月壤无人自动采样返回，将实现具有划时代意义的月球钻探-取 忍-返回实验。在运个实验过程中，钻取采样取忍软袋需要有效地完成月壤样品的获取及层 理保持工作，将月壤样品包裹于取忍柔性袋中并对柔性袋末端进行可靠地封口，保证高取 忍率、不漏样、不掉样、层理保持度高。取忍软袋的正常工作是整个探月取壤任务的核屯、，也 将面临很多的工作风险。在其跟随钻进机构下钻取±、包覆月壤并同步内翻提拉收卷的过 程中，因与钻头的距离较近，会受到钻头高溫度的影响，如钻头在钻进过程中发生意外持续 钻进产生大量热量，溫度持续升高，可能会使软袋编织原料纤维性能下降甚至超过纤维热 性能承受极限而烧毁，造成任务失败。因此考虑对取忍软袋进行外部热保护是非常必要的。
[0003] Kevlar纤维是美国杜邦公司研制的高性能对位芳绝纤维，化学名称为聚对苯二甲 酸对苯二胺(PPTA)nKevlar纤维是高性能连接的苯酷胺，酷胺键与苯环基团形成共辆结构， 分子排列规整，取向度和纤维洁净度高，链段排列规则，存在很强的分子间氨键，综合W上 因素赋予纤维高强度、高模量、耐高溫特性等优良特性。
[0004] 芳绝纳米纤维是一种新的纳米构筑模块，而在芳绝纳米线的制备中，主要采用了 top-down的方法，利用宏观的Kevlar纤维来制备芳绝纳米纤维。用氨氧化钟在二甲基亚讽 中对凯夫拉纤维的去质子化过程，通过对酷胺键上的氨吸附，使凯夫拉纳米纤维在静电斥 力和切向力的共同作用下彼此分散，制备出尺寸长度在5-lOwn，管径在5-15nm的一维管状 大分子。该方法中生成的氮负离子之间的静电斥力与分子间的氨键作用力和n-n共辆作用 力形成平衡，从而使芳绝纳米纤维维持在纳米级，不能进一步溶解为分子。芳绝纳米纤维具 有很强的隔热和抗氧化效果，可抵御外层摄氏300度高溫。对芳绝纳米纤维溶液进行抽滤成 膜，可制备得到一种多孔的隔热高强薄膜。通过制备不同浓度的芳绝纳米纤维溶液，可W控 制该纳米纤维溶液的含量及成膜的孔隙率。在抽滤过程中通过按次序滴加不同浓度的纳米 纤维溶液，并同时滴加去离子水W使其再次质子化而形成凝胶，从而可W制备出梯度分布 的多孔隔热高强的芳绝纳米纤维薄膜。将其与取忍软袋进行复合，即有望制得一种梯度分 布多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取忍软袋。从而实现对取忍软袋进行有效的热保 护。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要解决现有取忍软袋在探月取壤过程中，容易受钻进机构高溫影 响而引发纤维性能下降，而带来软袋意外断裂的问题，而提供一种梯度分布的多孔隔热高 强薄膜功能化探月取壤用取忍软袋的制备方法。
[0006] -种梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取忍软袋的制备方法，是按 W下步骤完成的：
[0007] -、将80根~300根纤维经纱进行整经处理，然后采用织机平纹织出筒状柔性织 物，再整齐切断并码边，得到直径为16.5mm~27mm，长度为200mm~2500mm的取忍软袋；
[000引步骤一中所述的纤维经纱为50旦~1600旦的Kevlar纤维中的一种或其中几种的 混合纤维；
[0009]步骤一中所述的织机为有梭织机、无梭织机或圆织机；
[0010] 二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
[0011] ①、制备质量分数为0.3%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0012] 使用氮气对干燥的SO瓶吹扫20min~30min，再将SOOmL二甲基亚讽、1 .5g Kevlar纤维和1.5g氨氧化钟加入到干燥的S口瓶中，再在揽拌速度为10化/min~ieOOr/ min的条件下揽拌反应3天~10天，得到质量分数分别为0.3 %的暗红色的Kevlar纳米纤维 溶液；
[0013] ②、制备质量分数为0.6 %的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0014] 使用氮气对干燥的S口瓶吹扫20min~30min，再将SOOmL二甲基亚讽、3g Kevlar 纤维和1.5g氨氧化钟加入到干燥的S口瓶中，再在揽拌速度为l(K)r/min~1600r/min的条 件下揽拌反应3天~10天，得到质量分数分别为0.6%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0015] ③、制备质量分数为0.9%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0016] 使用氮气对干燥的SO瓶吹扫20min~30min，再将SOOmL二甲基亚讽、4.5g Kevlar纤维和1.5g氨氧化钟加入到干燥的S口瓶中，再在揽拌速度为10化/min~ieOOr/ min的条件下揽拌反应3天~10天，得到质量分数分别为0.9 %的暗红色的Kevlar纳米纤维 溶液；
[0017] ④、制备质量分数为1.2%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[001引使用氮气对干燥的S口瓶吹扫20min~30min，再将SOOmL二甲基亚讽、6g Kevlar 纤维和1.5g氨氧化钟加入到干燥的S口瓶中，再在揽拌速度为l(K)r/min~1600r/min的条 件下揽拌反应3天~10天，得到质量分数分别为1.2%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0019] ⑤、制备质量分数为1.5%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
[0020] 使用氮气对干燥的S 口瓶吹扫20min~30min，再将SOOmL二甲基亚讽、7.5g Kevlar纤维和1.5g氨氧化钟加入到干燥的S口瓶中，再在揽拌速度为10化/min~ieOOr/ min的条件下揽拌反应3天~10天，得到质量分数分别为1.5%的暗红色的Kevlar纳米纤维 溶液；
[0021] =、搭建真空抽滤装置：将步骤二中得到的质量分数分别为0.3%的暗红色的 Kevlar纳米纤维溶液、0.6%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液、0.9%的暗红色的Kevlar纳 米纤维溶液、1.2%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液和1.5%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶 液按照浓度从高到低或浓度从低到高的顺序WlOmL/min~50mL/min的流速滴加到在布氏 漏斗的滤膜上，同时WlmL/min~5mL/min的流速向布氏漏斗的滤膜上滴加去离子水，步骤 二中得到的质量分数分别为0.3 %的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液、0.6 %的暗红色的 Kevlar纳米纤维溶液、0.9%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液、1.2%的暗红色的Kevlar纳 米纤维溶液和1.5%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液滴加结束后，再进行真空抽滤20min~ 6〇min，再在溫度为100°C下真空干燥12h~24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
[0022] 步骤S中所述的质量分数为0.3 %的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液、0.6 %的暗红 色的K e V1 a r纳米纤维溶液、0.9 %的暗红色的K e V1 a r纳米纤维溶液、1.2 %的暗红色的 Kevlar纳米纤维溶液和1.5%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1;
[0023] 步骤S中所述的质量分数为0.3%的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液与去离子水的 体积比为10:1;
[0024] 步骤=中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为2WI1~20WI1;
[0025] 四、复合:使用28旦~130旦的Kevlar纤维将步骤S中得到的浓度梯度分布的多孔 隔热高强薄膜缝合在直径为16.5mm~27mm，长度为200mm~2500mm的取忍软袋的外部或使 用502胶将步骤=中得到的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜粘贴到直径为16.5mm~ 27mm，长度为200mm~2500mm的取忍软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化 探月取壤用取忍软袋；
[0026] 步骤四中所述的缝合是在取忍软袋编织结构中的经缔交叉处。
[0027] 本发明的原理及优点：
[0028] -、本发明通过高性能纤维经过高精度编织出探月工程用取忍软袋、通过不同浓 度的纳米纤维溶液的制备并成膜，及其与取忍软袋的功能化复合等步骤，完成由梯度分布 多孔隔热高强薄膜功能化的取忍软袋的制造，进而替换原单纯编织工艺后所制备的取忍软 袋，旨在通过多孔隔热高强薄膜的引入，避免取忍软袋在探月取壤过程中，受钻进机构高溫 影响而引发纤维性能下降从而带来的软袋意外断裂风险而导致任务失败，抵御取忍软袋在 实际工况中可能面临的极端环境，为我国探月取壤任务顺利完成提供一种保障措施；
[0029] 二、本发明的优点是通过软袋编织原材料的本体纳米纤维膜的引入，在钻进机构 与取忍软袋之间提供梯度分布的多孔隔热高强薄膜的阻隔，提供对取忍软袋的有效