【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于月壤采集盛装用取芯复合材料制备，具体涉及一种高气密芳杂环有机纤维复合月壤盛装取芯材料的制备方法。
技术介绍
1、月球极区资源，特别是水资源含量和分布的勘探是月球探测的重要科学目标之一，其对后续深空探测和月球科研站建立具有重要意义。目前，世界多国已开展合作对月球月壤成份进行探索。根据我国探月规划，“探月四期”将对月球南极附近含水月壤进行采样作业，最终目标将以冻土水冰形式返回地球。取芯月壤盛装材料作为探月采样核心技术之一，负责收集月壤并保证其成份和层理结构的作用，其性能对探月采样任务的成功起到决定性作用。目前，在探月三期“嫦娥五号”月壤盛装取芯材料的基础上，“探月四期”取芯材料还需要高气密的特性。然而，月球表面严苛环境，尤其是在高真空、高低温耦合的环境下（-110℃以下，最高也在-60℃），大部分气密材料存在结晶、变硬、破碎以及脱落问题，很难满足软袋高柔韧、高气密且钻采高稳定、高柔韧且高强度的性能要求。与此同时，“嫦娥五号”月壤取芯材料的惰性表面增加了其与气密材料的复合难度。因此，研发新型高气密柔韧复合体系对构建高性能“探月四期”复合月壤盛装取芯材料具有重要的科学和实际意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决目前极端服役环境下，月壤盛装取芯材料由于孔隙率过大，对细土以及水分难以保存的缺陷，提供一种高气密复合芳杂环有机纤维月壤盛装取芯材料的制备方法，为我国“探月四期”冻土采样所需月壤盛装高气密取芯材料的设计与研发提供重要的基础理论依据和技术支撑。
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3、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
4、一种兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，具体步骤为：
5、步骤一、芳杂环有机纤维取芯材料表面活化与官能团匹配处理
6、采用60co为辐照源，辐照源的活度为3×104ci。将清洗处理后的芳杂环有机纤维取芯材料放置于特制的辐照瓶中，对其进行充氮气处理，以去除瓶中氧气。将充氮密封处理后的试样瓶放置于辐照场中，通过计算其与辐照源的距离和辐照时间，制备辐照剂量为600kgy辐照剂量率为6kgy.h-1的芳杂环有机纤维取芯材料。
7、将辐照接枝后的芳杂环有机纤维取芯材料（0.5m）缠绕在玻璃框上，将其放置于1l烧杯中。向其中注入800ml质量分数为2%的硅烷偶联剂（包括：硅烷偶联剂的链长度、官能团种类等）/乙醇溶液。在磁力搅拌作用下，70℃反应4h。反应后取出纤维，采用无水乙醇反复冲洗，最后在110℃下干燥1h，即得到不同硅烷偶联剂接枝的芳杂环有机月壤盛装材料。
8、步骤二、不同尺度纳米芳杂环有机纤维的制备方法
9、在氮气保护下及搅拌下，向n-甲基吡咯烷酮中加入聚合助剂氯化钙和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，加热使其完全溶解，然后用冰水浴将体系温度降至5℃，加入对苯二胺，待其完全溶解后加入对苯二甲酰氯，并保持高速搅拌，搅拌速率为1500 r/min进行聚合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过50℃，聚合反应完成后，向反应液中加入n-甲基吡咯烷酮溶剂，并用高速均质机使聚合物分散均匀，高速均质机转速为8000 r/min，均质时间为5 min，分散均匀后，加入正己烷分离剂，继续使用高速均质机进行均质，高速均质机转速为6000 r/min，均质时间为5 min，最后将均质后体系进行过滤，洗涤，真空干燥，即得纳米芳杂环有机纤维；
10、步骤三、取芯材料/纳米芳杂环纤维复合取芯材料的制备
11、将步骤二制备的纳米芳杂环有机纤维分散于乙醇中，使用分散机充分混合均匀，得到纳米芳杂环纤维溶液，将步骤一制备的月壤盛装取芯材料平铺在四氟乙烯平板上，将纳米芳杂环纤维溶液均匀涂覆于月壤盛装取芯材料上，刮除月壤盛装取芯材料表面的多余纳米芳杂环纤维溶液，将纳米芳杂环纤维溶液添附在月壤盛装取芯材料的纤维空隙处，制备完成之后，将所得复合月壤盛装取芯材料浸泡在去离子水当中，去除纳米芳杂环纤维中的乙醇溶剂，溶剂替换之后，将复合月壤盛装取芯材料在80℃的烘箱当中烘干，即得到致密的复合取芯材料。
12、步骤四：高气密耐高低温盛装月壤复合取芯材料的结构调控与制备
13、将步骤三制备的复合取芯材料浸润到有机硅橡胶的乙醇溶液中，10min后，取出并平铺到聚四氟乙烯板表面，均匀的刮除多余有机硅橡胶，室温固化。与此同时，将浸润的复合取芯套取在聚四氟乙烯软管上面，保证月壤盛装材料内部的均匀性。
14、进一步地，步骤一中，辐射场采用的辐照源为60co，辐照源的活度为3×104ci。
15、进一步地，步骤一中，辐照处理后得到辐照剂量为600kgy辐照剂量率为6kgy.h-1的芳杂环有机纤维取芯材料。
16、进一步地，步骤一中，硅烷偶联剂为kh550；硅烷偶联剂的质量分数为2%。
17、进一步地，步骤二中，n-甲基吡咯烷酮溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.05~3%。
18、进一步地，步骤二中，制备得到的纳米芳杂环纤维的直径为50~150nm。
19、进一步地，步骤三中，月壤盛装取芯材料上涂覆的为同质纳米芳杂环有机纤维。
20、进一步地，步骤三中，纳米芳杂环有机纤维涂覆直径的范围为50~150nm。
21、进一步地，步骤四中，有机硅橡胶的乙醇溶液中有机硅橡胶的含量为2%；有机硅橡胶为耐高低温有机硅橡胶。
22、进一步地，耐高低温有机硅橡胶为甲基有机硅橡胶、乙烯基有机硅橡胶、苯基有机硅橡胶中的任意一种或几种。
23、本专利技术相对于现有技术的有益效果为：
24、1、月球表面严苛环境，尤其是在高真空、高低温耦合的环境下（-110℃以下，最高也在-60℃），大部分气密材料存在结晶、变硬、破碎以及脱落问题，很难满足软袋高柔韧、高气密且钻采高稳定的性能要求。有机硅橡胶作为一种兼具有机-无机双重特性高分子聚合物材料，展现出极为优异的耐高低温特性，是目前橡胶树脂中使用温度最宽的材料，其在相当宽的温度范围（-120℃-300℃）内，保持一定的物理机械柔韧特性。因此，利用有机硅橡胶（包括：乙烯基有机硅橡胶；甲基有机硅橡胶；苯基有机硅橡胶）涂覆盛装月壤材料表面，在提升其气密性，防止细土与冻冰在外太空严苛的环境很难逃逸的同时，保证复合月壤盛装材料在月表极低温工况下保持高柔韧特性，从而确保月壤盛装材料在月球阴影区严苛环境下的正常使用。
【技术保护点】
1.一种兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，辐射场采用的辐照源为60Co，辐照源的活度为3×104Ci。
3.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，辐照处理后得到辐照剂量为600kGy辐照剂量率为6kGy.h-1的芳杂环有机纤维取芯材料。
4.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，硅烷偶联剂为KH550；硅烷偶联剂的质量分数为2%。
5.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤二中，N-甲基吡咯烷酮溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.05~3%。
6.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤二中，制备得到的纳米芳杂环纤维的直径为50~15
7.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤三中，月壤盛装取芯材料上涂覆的为同质纳米芳杂环有机纤维。
8.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤三中，纳米芳杂环有机纤维涂覆直径的范围为50~150nm。
9.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤四中，有机硅橡胶的乙醇溶液中有机硅橡胶的含量为2%；有机硅橡胶为耐高低温有机硅橡胶。
10.根据权利要求9所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：耐高低温有机硅橡胶为甲基有机硅橡胶、乙烯基有机硅橡胶、苯基有机硅橡胶中的任意一种或几种。
...【技术特征摘要】
1.一种兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，辐射场采用的辐照源为60co，辐照源的活度为3×104ci。
3.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，辐照处理后得到辐照剂量为600kgy辐照剂量率为6kgy.h-1的芳杂环有机纤维取芯材料。
4.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤一中，硅烷偶联剂为kh550；硅烷偶联剂的质量分数为2%。
5.根据权利要求1所述的兼具水冰月壤钻取承载与柔性密封功能的取芯复合材料制备方法，其特征在于：步骤二中，n-甲基吡咯烷酮溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量为0.05~3%。
6.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉东，王明强，黎俊，刘丽，赵蕾，宋元军，张晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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