一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法技术领域
本发明涉及一种高保土率的取芯软袋的制造方法。
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难点，其中钻取采样取芯软袋的结构设
计、产品织造与功能完善化是其中关键环节。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。因此取芯软袋的任务成功完成的核心有
二：一是超强力学性能使其能够承载提芯过程中机构对其收卷的提芯力，并防止钻取机构
在月壤钻进过程中意钻到石头而无法继续下探深度，而提芯机构仍然正常收卷从而造成对
取芯软袋的原位持续提拉所造成的软袋断裂风险；二是取芯软袋要对月壤样品实现最大量
的包裹，减少月壤的漏出。即提高保土率。
发明内容
本发明的目的是要解决现有方法制备的取芯软袋存在力学性能低，孔隙率高和保土率
低的问题，而提供一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法。
一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法，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Kevlar纳米纤维溶液：使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将
二甲基亚砜、Kevlar纤维和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，得到暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二中所述的Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:(300mL～500mL)；
步骤二中所述的氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:(300mL～500mL)；
三、采用两种方法对取芯软袋进行增强；
方法一：将步骤一中得到的取芯软袋浸泡在暗红色的Kevlar纳米纤维溶液中，再在
超声功率为50W～100W下超声处理20min～60min，取出取芯软袋，再使用蒸馏水清洗3
次～5次，再在温度为100℃下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋；
步骤三方法一中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
(2g～5g):100mL；
方法二：将取芯软袋置于布氏漏斗的滤膜上，再将暗红色的Kevlar纳米纤维溶液以
10mL/min～50mL/min的流速倒入到布氏漏斗中进行真空抽滤，抽滤完成后再使用去离子
水对取芯软袋冲洗3次～5次，再在温度为100℃下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的
高保土率的取芯软袋；
步骤三方法二中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
(2g～5g):100mL。
本发明的优点：
一、本发明制备的本体纳米纤维自增强的高保土率的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；
二、本发明制备的本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的断裂强度提高了
16％～24％，保土率提高了12.85％～14％；
三、本发明制造工艺简单、使用方便，可调节性能强，因此，本发明提供的本体纳米
纤维自增强的高保土率的取芯软袋具有很高的实用价值。
本发明可获得一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的
制造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Kevlar纳米纤维溶液：使用氮气对干燥的三口瓶吹扫20min～30min，再将
二甲基亚砜、Kevlar纤维和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，得到暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二中所述的Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:(300mL～500mL)；
步骤二中所述的氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:(300mL～500mL)；
三、采用两种方法对取芯软袋进行增强；
方法一：将步骤一中得到的取芯软袋浸泡在暗红色的Kevlar纳米纤维溶液中，再在
超声功率为50W～100W下超声处理20min～60min，取出取芯软袋，再使用蒸馏水清洗3
次～5次，再在温度为100℃下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋；
步骤三方法一中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
(2g～5g):100mL；
方法二：将取芯软袋置于布氏漏斗的滤膜上，再将暗红色的Kevlar纳米纤维溶液以
10mL/min～50mL/min的流速倒入到布氏漏斗中进行真空抽滤，抽滤完成后再使用去离子
水对取芯软袋冲洗3次～5次，再在温度为100℃下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的
高保土率的取芯软袋；
步骤三方法二中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
(2g～5g):100mL。
本实施方式的优点：
一、本实施方式制备的本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋可以很好
的满足钻探取芯的功能要求，并且可以提高可靠性；
二、本实施方式制备的本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的断裂强度提高了
16％～24％，保土率提高了12.85％～14％；
三、本实施方式制造工艺简单、使用方便，可调节性能强，因此，本实施方式提供的
本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋具有很高的实用价值。
本实施方式可获得一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法。
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：步骤二中使用氮
气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将二甲基亚砜、Kevlar纤维和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，得到暗红色的Kevlar纳米纤
维溶液。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：步骤二中所述的
Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:300mL。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：步骤二中所述的
Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:500mL。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：步骤二中所述的
氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:300mL。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：步骤二中所述的
氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:500mL。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：步骤三方法一中
所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为2g:100mL。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：步骤三方法一中
所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为3g:100mL。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：步骤三方法二中
所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为3g:100mL。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：
实施例一：一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法是按以下步
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；
步骤一中所述的织机为有梭织机；
步骤一中所述的纤维经纱为130旦的Kevlar-49芳纶纤维；
二、制备Kevlar纳米纤维溶液：使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将二甲基
亚砜、Kevlar纤维和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，得到暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二中所述的Kevlar纤维为130旦的Kevlar-49芳纶纤维；
步骤二中所述的Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:500mL；
步骤二中所述的氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:500mL；
三、将步骤一中得到的取芯软袋浸泡在暗红色的Kevlar纳米纤维溶液中，再在超声
功率为60W下超声处理60min，取出取芯软袋，再使用蒸馏水清洗5次，再在温度为100℃
下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋；
步骤三中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
2g:100mL。
对利用本体纳米纤维溶液处理前后的取芯软袋分别进行断裂拉伸强度及保土率测定。
结果如下：
断裂拉伸强度测试对比：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1所示。
表1
从表1可知，实施例一步骤三中得到的处理后的取芯软袋的平均断裂强度与实施例一
步骤一中未处理前取芯软袋的平均断裂强度提高了23.63％。
保土率测定：按照取芯率80％计算，我们将取芯软袋进行模拟月壤填充，选择粒度
最小的模拟月壤，即粒度<0.01mm的作为填充月壤以考察极限情况，测量软袋的致密性。
测试过程中，将取芯软袋两端固定在电机支架上，进行振荡，频率为80Hz，时间为10min，
测量振荡前后取芯软袋的质量，计算其保土率，如表2所示；
表2
从表2可知，实施例一步骤三中得到的处理后的取芯软袋的保土率与实施例一步骤一
中未处理前取芯软袋的保土率提高了13.46％。
实施例二：一种由本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋的制造方法是按以下步
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；
步骤一中所述的织机为无梭织机；
步骤一中所述的纤维经纱为200旦的Kevlar-49芳纶纤维；
二、制备Kevlar纳米纤维溶液：使用氮气对干燥的三口瓶吹扫30min，再将二甲基
亚砜、Kevlar纤维和氢氧化钾加入到干燥的三口瓶中，再在搅拌速度为1200r/min的条件
下搅拌反应7天，得到暗红色的Kevlar纳米纤维溶液；
步骤二中所述的Kevlar纤维为200旦的Kevlar-49芳纶纤维；
步骤二中所述的Kevlar纤维的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:300mL；
步骤二中所述的氢氧化钾的质量与二甲基亚砜的体积比为1.5g:300mL；
三、将步骤一中得到的取芯软袋浸泡在暗红色的Kevlar纳米纤维溶液中，再在超声
功率为100W下超声处理60min，取出取芯软袋，再使用蒸馏水清洗5次，再在温度为100℃
下干燥24h，得到本体纳米纤维自增强的高保土率的取芯软袋；
步骤三中所述的取芯软袋的质量与暗红色的Kevlar纳米纤维溶液的体积比为
3g:100mL。
对利用本体纳米纤维溶液处理前后的取芯软袋分别进行断裂拉伸强度及保土率测定。
结果如下：
断裂拉伸强度测试对比：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3。
表3
从表3可知，实施例二步骤三中得到的处理后的取芯软袋的平均断裂强度与实施例二
步骤一中未处理前取芯软袋的平均断裂强度提高了16.24％。
保土率测定：按照取芯率80％计算，我们将取芯软袋进行模拟月壤填充，选择粒度
最小的模拟月壤，即粒度<0.01mm的作为填充月壤以考察极限情况，测量软袋的致密性。
测试过程中，将取芯软袋两端固定在电机支架上，进行振荡，频率为80Hz，时间为10min，
测量振荡前后取芯软袋的质量，计算其保土率，如表4所示。
表4
从表4可知，实施例二步骤三中得到的处理后的取芯软袋的保土率与实施例二步骤一
中未处理前取芯软袋的保土率提高了12.85％。