CN105648614B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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，它涉及一种探月取壤用取芯软袋的制备方法。本发明的目的是要解决现有取芯软袋在探月取壤过程中，容易受钻进机构高温影响而引发纤维性能下降，而带来软袋意外断裂的问题。方法：一、制备取芯软袋；二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液；三、搭建真空抽滤装置；四、复合，得到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。本发明制备的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内侧温度与未处理取芯软袋降低了27％～30％，断裂强度提高了17.2％～25％。本发明可获得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。

Description

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
本发明涉及一种探月取壤用取芯软袋的制备方法。
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，钻取采样取芯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芯柔性袋中并对柔性袋末端进行可靠地封口，保证高取芯率、不漏样、不掉样、层理保持度高。取芯软袋的正常工作是整个探月取壤任务的核心，也将面临很多的工作风险。在其跟随钻进机构下钻取土、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，会受到钻头高温度的影响，如钻头在钻进过程中发生意外持续钻进产生大量热量，温度持续升高，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。因此考虑对取芯软袋进行外部热保护是非常必要的。
Kevlar纤维是美国杜邦公司研制的高性能对位芳纶纤维，化学名称为聚对苯二甲酸对苯二胺(PPTA)。Kevlar纤维是高性能连接的苯酰胺，酰胺键与苯环基团形成共轭结构，分子排列规整，取向度和纤维洁净度高，链段排列规则，存在很强的分子间氢键，综合以上因素赋予纤维高强度、高模量、耐高温特性等优良特性。
芳纶纳米纤维是一种新的纳米构筑模块，而在芳纶纳米线的制备中，主要采用了top-down的方法，利用宏观的Kevlar纤维来制备芳纶纳米纤维。用氢氧化钾在二甲基亚砜中对凯夫拉纤维的去质子化过程，通过对酰胺键上的氢吸附，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5-10μm，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氢键作用力和π-π共轭作用力形成平衡，从而使芳纶纳米纤维维持在纳米级，不能进一步溶解为分子。芳纶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度高温。对芳纶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纶纳米纤维溶液，可以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以使其再次质子化而形成凝胶，从而可以制备出梯度分布的多孔隔热高强的芳纶纳米纤维薄膜。将其与取芯软袋进行复合，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芯软袋。从而实现对取芯软袋进行有效的热保护。
发明内容
本发明的目的是要解决现有取芯软袋在探月取壤过程中，容易受钻进机构高温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芯软袋的制备方法。
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，是按以下步骤完成的：
一、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的取芯软袋；
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；
步骤一中所述的织机为有梭织机、无梭织机或圆织机；
二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
①、制备质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
②、制备质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
③、制备质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
④、制备质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
⑤、制备质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
三、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以10mL/min～50mL/min的流速滴加到在布氏漏斗的滤膜上，同时以1mL/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～60min，再在温度为100℃下真空干燥12h～24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
步骤三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纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1；
步骤三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；
步骤三中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为2μm～20μm；
四、复合：使用28旦～130旦的Kevlar纤维将步骤三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的取芯软袋的外部或使用502胶将步骤三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的取芯软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋；
步骤四中所述的缝合是在取芯软袋编织结构中的经纬交叉处。
本发明的原理及优点：
一、本发明通过高性能纤维经过高精度编织出探月工程用取芯软袋、通过不同浓度的纳米纤维溶液的制备并成膜，及其与取芯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芯软袋的制造，进而替换原单纯编织工艺后所制备的取芯软袋，旨在通过多孔隔热高强薄膜的引入，避免取芯软袋在探月取壤过程中，受钻进机构高温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，抵御取芯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；
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，在钻进机构与取芯软袋之间提供梯度分布的多孔隔热高强薄膜的阻隔，提供对取芯软袋的有效热保护；另外因为没有引入其他组分及组件，可以避免其他物质对月壤包覆过程中可能造成的污染，从而保证返回地面月壤与月球状态的一致性，避免分析误差；
三、本发明所提供的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可以很好的满足钻探取芯的功能要求，并且可以提高可靠性，能够在取芯软袋与钻进机构间引入一种多孔的隔热高强薄膜，对软袋起到良好的热保护作用，降低钻头在工作过程中因大量热量积聚产生的高温对取芯软袋原料纤维可能造成的影响；
四、本发明制备的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工艺简单、使用方便，可调节性能强，因此，本发明提供的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具有很高的实用价值；
五、将未处理取芯软袋及本发明制备的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，工作结束后立即测量软袋内侧温度，本发明制备的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内侧温度与未处理取芯软袋降低了27％～30％；
六、将未处理取芯软袋及本发明制备的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，并待其自然冷却至室温后进行断裂强度测试，结果表明，本发明制备的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与未处理取芯软袋相比，断裂强度提高了17.2％～25％。
本发明可获得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。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是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是按以下步骤完成的：
一、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的取芯软袋；
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；
步骤一中所述的织机为有梭织机、无梭织机或圆织机；
二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
①、制备质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
②、制备质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
③、制备质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
④、制备质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
⑤、制备质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5gKevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应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；
三、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以10mL/min～50mL/min的流速滴加到在布氏漏斗的滤膜上，同时以1mL/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～60min，再在温度为100℃下真空干燥12h～24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
步骤三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纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1；
步骤三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；
步骤三中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为2μm～20μm；
四、复合：使用28旦～130旦的Kevlar纤维将步骤三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的取芯软袋的外部或使用502胶将步骤三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的取芯软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋；
步骤四中所述的缝合是在取芯软袋编织结构中的经纬交叉处。
本实施方式步骤二①中所述的Kevlar纤维、步骤二②中所述的Kevlar纤维、步骤二③中所述的Kevlar纤维、步骤二④中所述的Kevlar纤维和步骤二⑤中所述的Kevlar纤维为相同的纤维。
本实施方式的原理及优点：
一、本实施方式通过高性能纤维经过高精度编织出探月工程用取芯软袋、通过不同浓度的纳米纤维溶液的制备并成膜，及其与取芯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芯软袋的制造，进而替换原单纯编织工艺后所制备的取芯软袋，旨在通过多孔隔热高强薄膜的引入，避免取芯软袋在探月取壤过程中，受钻进机构高温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，抵御取芯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；
二、本实施方式的优点是通过软袋编织原材料的本体纳米纤维膜的引入，在钻进机构与取芯软袋之间提供梯度分布的多孔隔热高强薄膜的阻隔，提供对取芯软袋的有效热保护；另外因为没有引入其他组分及组件，可以避免其他物质对月壤包覆过程中可能造成的污染，从而保证返回地面月壤与月球状态的一致性，避免分析误差；
三、本实施方式所提供的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可以很好的满足钻探取芯的功能要求，并且可以提高可靠性，能够在取芯软袋与钻进机构间引入一种多孔的隔热高强薄膜，对软袋起到良好的热保护作用，降低钻头在工作过程中因大量热量积聚产生的高温对取芯软袋原料纤维可能造成的影响；
四、本实施方式制备的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工艺简单、使用方便，可调节性能强，因此，本实施方式提供的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具有很高的实用价值。
五、将未处理取芯软袋及本实施方式制备的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，工作结束后立即测量软袋内侧温度，本实施方式制备的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内侧温度与未处理取芯软袋降低了27％～30％；
六、将未处理取芯软袋及本实施方式制备的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，并待其自然冷却至室温后进行断裂强度测试，结果表明，本实施方式制备的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与未处理取芯软袋相比，断裂强度提高了17.2％～25％。
本实施方式可获得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。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中将168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20.5mm，长度为200mm的取芯软袋。其他步骤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之一不同点是：步骤一中所述的纤维经纱为130旦的Kevlar-29芳纶纤维。其他步骤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点是：步骤二①中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二②中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二③中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二④中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二⑤中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中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以15mL/min的流速滴加到在布氏漏斗的滤膜上，同时以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30min，再在温度为100℃下真空干燥12h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中使用130旦的Kevlar纤维将步骤三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的取芯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芯软袋。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一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是按以下步骤完成的：
一、将168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20.5mm，长度为200mm的取芯软袋；
步骤一中所述的纤维经纱为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
步骤一中所述的织机为无梭织机；
二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
①、制备质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二①中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
②、制备质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二②中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
③、制备质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二③中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
④、制备质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二④中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
⑤、制备质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二⑤中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-29芳纶纤维；
三、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的顺序以30mL/min的流速滴加到在布氏漏斗的滤膜上，同时以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60min，再在温度为100℃下真空干燥24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
步骤三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纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1；
步骤三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；
步骤三中所述的质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积为50mL；
步骤三中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为6μm；
四、复合：使用130旦的Kevlar纤维将步骤三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20.5mm，长度为200mm的取芯软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋；
步骤四中所述的缝合是在取芯软袋编织结构中的经纬交叉处。
将未处理取芯软袋及实施例一步骤四得到的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，工作结束后立即测量软袋内侧温度，并待其自然冷却至室温后进行断裂强度测试。如表1和表2所示；
表1
断裂强度测试对比：常温下，用万能拉力试验机对软袋断裂强度进行测试，测试条件为：样件长度100mm，加载预张力10N，加载速度20mm/min，如表2所示。
表2
实施例二：一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是按以下步骤完成的：
一、将148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18.5mm，长度为200mm的取芯软袋；
步骤一中所述的纤维经纱为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
步骤一中所述的织机为无梭织机；
二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
①、制备质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二①中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
②、制备质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二②中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
③、制备质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二③中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
④、制备质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二④中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
⑤、制备质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数分别为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二⑤中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-29芳纶纤维；
三、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低到高的顺序以50mL/min的流速滴加到在布氏漏斗的滤膜上，同时以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50min，再在温度为100℃下真空干燥24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
步骤三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纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1；
步骤三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；
步骤三中所述的质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积为50mL；
步骤三中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为8μm；
四、复合：使用502胶将步骤三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18.5mm，长度为200mm的取芯软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋。
将未处理取芯软袋及实施例二步骤四得到的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分别在钻取月壤地面模拟工况设备进行钻取测试，设定钻头在模拟月壤中岩石成分的部分进行钻取工作持续20分钟，工作结束后立即测量软袋内侧温度，并待其自然冷却至室温后进行断裂强度测试，如表3和表4所示。
表3
断裂强度测试对比：常温下，用万能拉力试验机对软袋断裂强度进行测试，测试条件为：样件长度100mm，加载预张力10N，加载速度20mm/min，如表4所示。
表4

Claims (10)

1.一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，其特征在于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是按以下步骤完成的：
一、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的取芯软袋；
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；
步骤一中所述的织机为有梭织机、无梭织机或圆织机；
二、制备不同浓度的Kevlar纳米纤维溶液：
①、制备质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应3天～10天，得到质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
②、制备质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应3天～10天，得到质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
③、制备质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应3天～10天，得到质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
④、制备质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应3天～10天，得到质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
⑤、制备质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为100r/min～1600r/min的条件下搅拌反应3天～10天，得到质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
三、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以10mL/min～50mL/min的流速滴加到布氏漏斗的滤膜上，同时以1mL/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～60min，再在温度为100℃下真空干燥12h～24h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜；
步骤三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纳米纤维溶液的体积比为1:1:1:1:1；
步骤三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；
步骤三中所述的浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜的厚度为2μm～20μm；
四、复合：使用28旦～130旦的Kevlar纤维将步骤三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的取芯软袋的外部或使用502胶将步骤三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的取芯软袋的外部，得到梯度分布的多孔隔热高强薄膜功能化探月取壤用取芯软袋；
步骤四中所述的缝合是在取芯软袋编织结构中的经纬交叉处。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤一中将168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20.5mm，长度为200mm的取芯软袋。
3.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤一中所述的纤维经纱为130旦的Kevlar-29芳纶纤维。
4.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二①中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、1.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数为0.3％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。
5.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二②中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、3g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数为0.6％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。
6.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二③中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、4.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数为0.9％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。
7.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二④中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、6g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数为1.2％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。
8.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤二⑤中使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将500mL二甲基亚砜、7.5g Kevlar纤维和1.5g氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为800r/min的条件下搅拌反应7天，得到质量分数为1.5％的暗红色的Kevlar纳米纤维溶液。
9.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤三中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以15mL/min的流速滴加到布氏漏斗的滤膜上，同时以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30min，再在温度为100℃下真空干燥12h，得到浓度梯度分布的多孔隔热高强薄膜。
10.根据权利要求1所述的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，其特征在于步骤四中使用130旦的Kevlar纤维将步骤三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的取芯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芯软袋。
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