一種梯度分布的多孔隔熱高強(qiáng)薄膜功能化探月取壤用取芯軟袋的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)及一種探月取壤用取忍軟袋的制備方法。
【背景技術(shù)】
[000^ 中國(guó)探月工程已全面進(jìn)入"繞、落、臥'S步走發(fā)展規(guī)劃的第立期，計(jì)劃于2017年前 后執(zhí)行雜娥五號(hào)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)月壤無人自動(dòng)采樣返回，將實(shí)現(xiàn)具有劃時(shí)代意義的月球鉆探-取 忍-返回實(shí)驗(yàn)。在運(yùn)個(gè)實(shí)驗(yàn)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(duì)柔性袋末端進(jìn)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(gè)探月取壤任務(wù)的核屯、，也 將面臨很多的工作風(fēng)險(xiǎn)。在其跟隨鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)下鉆取±、包覆月壤并同步內(nèi)翻提拉收卷的過 程中，因與鉆頭的距離較近，會(huì)受到鉆頭高溫度的影響，如鉆頭在鉆進(jìn)過程中發(fā)生意外持續(xù) 鉆進(jìn)產(chǎn)生大量熱量，溫度持續(xù)升高，可能會(huì)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(wù)失敗。因此考慮對(duì)取忍軟袋進(jìn)行外部熱保護(hù)是非常必要的。
[0003] Kevlar纖維是美國(guó)杜邦公司研制的高性能對(duì)位芳絕纖維，化學(xué)名稱為聚對(duì)苯二甲 酸對(duì)苯二胺(PPTA)nKevlar纖維是高性能連接的苯酷胺，酷胺鍵與苯環(huán)基團(tuán)形成共輛結(jié)構(gòu)， 分子排列規(guī)整，取向度和纖維潔凈度高，鏈段排列規(guī)則，存在很強(qiáng)的分子間氨鍵，綜合W上 因素賦予纖維高強(qiáng)度、高模量、耐高溫特性等優(yōu)良特性。
[0004] 芳絕納米纖維是一種新的納米構(gòu)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(duì)凱夫拉纖維的去質(zhì)子化過程，通過對(duì)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(zhǎng)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(fù)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(jí)，不能進(jìn)一步溶解為分子。芳絕納米纖維具 有很強(qiáng)的隔熱和抗氧化效果，可抵御外層攝氏300度高溫。對(duì)芳絕納米纖維溶液進(jìn)行抽濾成 膜，可制備得到一種多孔的隔熱高強(qiáng)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(shí)滴加去離子水W使其再次質(zhì)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(qiáng)的芳絕納米纖維薄膜。將其與取忍軟袋進(jìn)行復(fù)合，即有望制得一種梯度分 布多孔隔熱高強(qiáng)薄膜功能化探月取壤用取忍軟袋。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)取忍軟袋進(jìn)行有效的熱保 護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有取忍軟袋在探月取壤過程中，容易受鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)高溫影 響而引發(fā)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(qiáng)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(qiáng)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(jīng)紗進(jìn)行整經(jīng)處理，然后采用織機(jī)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(zhǎng)度為200mm~2500mm的取忍軟袋；
[000引步驟一中所述的纖維經(jīng)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(jī)為有梭織機(jī)、無梭織機(jī)或圓織機(jī)；
[0010] 二、制備不同濃度的Kevlar納米纖維溶液：
[0011] ①、制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0012] 使用氮?dú)鈱?duì)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(yīng)3天~10天，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.3 %的暗紅色的Kevlar納米纖維 溶液；
[0013] ②、制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6 %的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0014] 使用氮?dú)鈱?duì)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(yīng)3天~10天，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.6%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0015] ③、制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0016] 使用氮?dú)鈱?duì)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(yīng)3天~10天，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.9 %的暗紅色的Kevlar納米纖維 溶液；
[0017] ④、制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[001引使用氮?dú)鈱?duì)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(yīng)3天~10天，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.2%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0019] ⑤、制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的暗紅色的Kevlar納米纖維溶液；
[0020] 使用氮?dú)鈱?duì)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(yīng)3天~10天，得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(jié)束后，再進(jìn)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(qiáng)薄膜；
[0022] 步驟S中所述的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(qiáng)薄膜的厚度為2WI1~20WI1;
[0025] 四、復(fù)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(qiáng)薄膜縫合在直徑為16.5mm~27mm，長(zhǎng)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(qiáng)薄膜粘貼到直徑為16.5mm~ 27mm，長(zhǎng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)中的經(jīng)締交叉處。
[0027] 本發(fā)明的原理及優(yōu)點(diǎn)：
[0028] -、本發(fā)明通過高性能纖維經(jīng)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(fù)合等步驟，完成由梯度分布 多孔隔熱高強(qiáng)薄膜功能化的取忍軟袋的制造，進(jìn)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(qiáng)薄膜的引入，避免取忍軟袋在探月取壤過程中，受鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)高溫 影響而引發(fā)纖維性能下降從而帶來的軟袋意外斷裂風(fēng)險(xiǎn)而導(dǎo)致任務(wù)失敗，抵御取忍軟袋在 實(shí)際工況中可能面臨的極端環(huán)境，為我國(guó)探月取壤任務(wù)順利完成提供一種保障措施；
[0029] 二、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過軟袋編織原材料的本體納米纖維膜的引入，在鉆進(jìn)機(jī)構(gòu) 與取忍軟袋之間提供梯度分布的多孔隔熱高強(qiáng)薄膜的阻隔，提供對(duì)取忍軟袋的有效