CN104748886A - 一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法 - Google Patents

一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法 Download PDF

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一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，本发明涉及实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法。本发明是要解决钻头在钻进过程中实际工作温度无法测算，钻头钻进月面下不同深度时的温度更无从测量的问题。将纤维长丝浸泡到四氢呋喃溶液中，超声处理，干燥；将示温涂料搅匀，静置；采用示温涂料进行刷涂得到涂层化处理的纤维长丝；将涂层化处理的纤维长丝干燥；将未经处理的纤维长丝及涂层化处理的纤维长丝采用编织设备完成筒状织物编织；将筒状织物编入取芯软袋，将取芯软袋装配进取芯机构，观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝最高温度，监测钻头工作阶段性最高温度。本发明应用于探月工程领域。

Description

一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法
技术领域
本发明涉及实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法。
背景技术
中国探月工程已全面进入“绕、落、回”三步走发展规划的第三期，计划于2017年前后执行嫦娥五号任务，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-取芯-返回实验。在这个实验过程中将存在非常多的技术风险，其中钻进取芯机构工作过程中钻头工作温度过高即是其中之一。此次探月三期的核心任务即是对月表土壤及月面地下土壤进行取样、返回。深层月壤钻探采样取芯机构为滑动式取芯机构，其结构如图1所示，空心钻杆内置硬质取芯管，取芯管外壁包裹软质取芯袋。钻入过程中，当空心钻杆旋转向下钻入时，硬质取芯管不随钻杆作旋转运动，仅随钻杆做轴向进给运动。钻头将所要包裹的月壤切削、破碎和排出，取芯软袋同步内翻至取芯管内部并将切下的月壤样品及时地包裹住并直接装入返回舱，即在空间上存在钻头-月壤-取芯软袋的“三明治”式顺序连接。
基于月球上真空环境、高低温交替温差大的热环境、空间辐照等复杂条件，以及对月壤成分的未知性，钻头在钻进过程中实际工作温度无法测算，钻头钻进月面下不同深度时的温度更无从测量，而这项数据对中国探月工程后续任务的提出、完成都具有重要指导作用。
由于月球上的真空环境，没有可以进行热量传输的气体氛围，因此钻探时所产生的热量不能顺利地通过月壤排散，由此造成的高温将会由钻头传导至月壤，再由月壤传导给取芯软袋。
发明内容
本发明是要解决钻头在钻进过程中实际工作温度无法测算，钻头钻进月面下不同深度时的温度更无从测量的问题，而提供了一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法。
一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，它按以下步骤实现：
步骤一：将5～30根纤维长丝浸泡到四氢呋喃溶液中，通过功率为200～400W超声处理0.5～2.5h，然后将纤维长丝取出，于30～45℃条件下干燥24～72h；
步骤二：在25℃条件下，将示温涂料以转速为500～1500r/min搅匀0.5～2h，然后静置15～30min；
步骤三：将步骤一中的纤维长丝平铺在玻璃板上，然后采用示温涂料进行刷涂得到涂层化处理的纤维长丝；
步骤四：将涂层化处理的纤维长丝于25～80℃条件下干燥1～48h；
步骤五：将50～250根具有20m～100m的未经处理的纤维长丝及步骤四中的5～30根涂层化处理的纤维长丝共同做为经纱采用编织设备完成筒状织物编织；
步骤六：将步骤五中的筒状织物作为经纱编入取芯软袋，然后将取芯软袋整体装配进取芯机构，通过直接观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度。
发明效果：
本发明存在取芯软袋温度及钻头温度间的同步关系。即可以通过取芯软袋的温度变化来监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值。
本发明旨在维持钻取采样包裹月壤用取芯软袋的基础要求满足的前提下，提出一种方法对取芯软袋编织用纤维进行表面改性，再将其作为经纱编入取芯软袋。本发明的优点是在纤维表面构筑可控超薄示温涂层的方法，制备出一种具有能够监测高温的功能化取芯软袋，该软袋在取芯钻进机构工作过程中，随着钻头向月面下轴向钻进而同步内翻至取芯管内，钻头温度传递至月壤，取芯软袋表面示温涂层接触不同深度及温度的月壤后颜色发生不可逆变化，从而通过直接观察返回舱内取芯软袋不同位置的颜色就可以了解纤维在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度。
附图说明
图1是本发明深层月壤钻探采样取芯机构；其中，1为软袋拉绳，2为保持芯管，3为排屑钻管，4为封口组件，5为复合钻头，6为软袋接头，7为取芯软袋，8为取芯结构。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，它按以下步骤实现：
步骤一：将5～30根纤维长丝浸泡到四氢呋喃溶液中，通过功率为200～400W超声处理0.5～2.5h，然后将纤维长丝取出，于30～45℃条件下干燥24～72h；
步骤二：在25℃条件下，将示温涂料以转速为500～1500r/min搅匀0.5～2h，然后静置15～30min；
步骤三：将步骤一中的纤维长丝平铺在玻璃板上，然后采用示温涂料进行刷涂得到涂层化处理的纤维长丝；
步骤四：将涂层化处理的纤维长丝于25～80℃条件下干燥1～48h；
步骤五：将50～250根具有20m～100m的未经处理的纤维长丝及步骤四中的5～30根涂层化处理的纤维长丝共同做为经纱采用编织设备完成筒状织物编织；
步骤六：将步骤五中的筒状织物作为经纱编入取芯软袋，然后将取芯软袋整体装配进取芯机构，通过直接观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度。
所述步骤三中刷涂时，刷涂一道，涂膜厚度约在20～55um之间，如无漏底，刷涂一道即可；如有漏底，待第一道涂膜室温表干30min后，刷涂第二道。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中的纤维长丝是芳纶纤维长丝、聚对苯撑苯并双恶唑纤维长丝、聚(PBO)、聚苯撑吡啶并咪唑纤维(PIPD)长丝、聚酰亚胺纤维长丝、超高分子量聚乙烯纤维长丝、玻璃纤维长丝或聚芳酯纤维长丝。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述步骤五中编织设备选用有梭织机、无梭织机或圆织机。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤六中通过直接观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度具体为：取芯软袋长3米，随钻头钻进月壤过程中，取芯软袋同步内翻进入取芯管，钻头在工作过程中产生大量热量，实时通过月壤传递至取芯软袋表面，进而使取芯软袋颜色发生变化并记录。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式使用的示温涂料是购买自中昊北方涂料工业研究设计院有限公司；牌号为：SW-M-1。取芯机构是中昊北方涂料工业研究设计院有限公司；牌号为：SW-M-1。
实施例1芳纶纤维表面的示温涂层构筑
将15根芳纶纤维长丝浸泡到四氢呋喃溶液中，通过功率为400W超声处理1h。然后将纤维取出，于40℃条件下干燥24h。将示温涂料在室温条件，转速为1000r/min搅匀1.5h，然后静置20min。将15根芳纶纤维规整地平铺在玻璃板上，然后进行刷涂。刷涂一道，将刷涂后的纤维长丝于60℃条件下干燥2h。
将150根具有一定长度的未经处理的芳纶纤维长丝及15根涂层化处理芳纶纤维长丝共同做为经纱完成筒状织物编织，编织设备可以选用有梭织机。得到直径为26.88mm的取芯软袋。取下取芯软袋，截取3段10cm长样品，同时置于150℃、200℃、250℃条件下恒温5min，观察颜色变化。芳纶纤维织物在150℃下恒温5min由室温下的墨绿色变化为草绿色；在200℃下恒温5min后颜色由室温下的墨绿色变化为浅黄色；在250℃下恒温5min后颜色由室温下的墨绿色变化为深黄色。
钻头在钻进过程中，取芯软袋同步内翻至取芯管内部，在钻头不同温度作用下，软袋温度也同步进行变化，从而引起取芯软袋表面颜色变化。

Claims (4)

1.一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，其特征在于它按以下步骤实现：
步骤一：将5～30根纤维长丝浸泡到四氢呋喃溶液中，通过功率为200～400W超声处理0.5～2.5h，然后将纤维长丝取出，于30～45℃条件下干燥24～72h；
步骤二：在25℃条件下，将示温涂料以转速为500～1500r/min搅匀0.5～2h，然后静置15～30min；
步骤三：将步骤一中的纤维长丝平铺在玻璃板上，然后采用示温涂料进行刷涂得到涂层化处理的纤维长丝；
步骤四：将涂层化处理的纤维长丝于25～80℃条件下干燥1～48h；
步骤五：将50～250根具有20m～100m的未经处理的纤维长丝及步骤四中的5～30根涂层化处理的纤维长丝共同做为经纱采用编织设备完成筒状织物编织；
步骤六：将步骤五中的筒状织物作为经纱编入取芯软袋，然后将取芯软袋整体装配进取芯机构，通过直接观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，其特征在于所述步骤一中的纤维长丝是芳纶纤维长丝、聚对苯撑苯并双恶唑纤维长丝、聚(PBO)、聚苯撑吡啶并咪唑纤维(PIPD)长丝、聚酰亚胺纤维长丝、超高分子量聚乙烯纤维长丝、玻璃纤维长丝或聚芳酯纤维长丝。
3.根据权利要求1或2所述的一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，其特征在于所述步骤五中编织设备选用有梭织机、无梭织机或圆织机。
4.根据权利要求3所述的一种实时监测月壤钻取采样过程中钻头阶段性工作温度峰值的方法，其特征在于所述步骤六中通过直接观察取芯软袋不同位置的颜色监测纤维长丝在使用过程中所经历的最高温度，从而监测钻头工作阶段性最高温度具体为：取芯软袋长3米，随钻头钻进月壤过程中，取芯软袋同步内翻进入取芯管，钻头在工作过程中产生大量热量，实时通过月壤传递至取芯软袋表面，进而使取芯软袋颜色发生变化并记录。
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