是什么让五星红旗在月球上“闪耀”

发布时间：2022-03-31  浏览次数：

北京时间3日晚23时10分，嫦娥五号月球探测器在圆满完成48小时工作任务后，不负众望实现高难度的首次“地外天体起飞”，顺利飞离月球表面，起飞回家。不仅如此，中国首次在月球上成功展示“织物版”五星红旗。

该面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为主、采用武汉纺织大学荣获国家科技进步一等奖的“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”，攻克了高模量差异纤维高品质纱线制备的技术难题，制备出高品质月面展示国旗面料；利用小分子调控技术实现了芳纶纤维的结构调控及颜色构建，并在此基础上实现了极端紫外条件下优良的耐日晒牢度。该面国旗同时利用学习荣获国家科技发明二等奖的“优质天然高分子材料的超细粉体化及其高附加值的再利用技术”制备了微纳米蚕丝粉体，利用其与颜料粒子的协同作用，从本质上解决了极端条件下颜料热升华及热迁移牢度问题。通过以上技术攻关，实现了国旗在太空环境中耐受极端高真空、高低温循环，以及强计量紫外辐照等条件的高色牢度颜色构建的目的。

芳纶：芳香族聚酰胺纤维，是一种高强、高模、耐高温型高性能有机纤维，具有耐酸耐碱、重量轻等优良性能，在增强复合材料方面有重要作用。但是芳纶分子链刚性大、表面活性低、表面浸润性也较差，导致芳纶与基体之间形成界面缺陷，限制了复合材料性能的发挥。

芳纶的结构特点

芳纶中最具实用价值的品种有两个:一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维（聚间苯二甲酰间苯二胺），我国称之为芳纶1313（PMIA）;一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维（聚对苯二甲酰对苯二胺），我国称之为芳纶1414（PPTA）。

芳纶本身的结构特点：
1. 酰胺基团位于两个苯环之间，与苯环形成大π键共轭结构,内旋位阻高使得芳纶纤维高的结晶呈现出较大的刚性；
2. 芳纶纤维表面缺少化学活性基团，以及其苯环结构产生较大的空间位阻效应，从而呈现较大的化学惰性，不利于芳纶与基体材料的结合；
3. 高分子链间形成氢键，纤维表面光滑，表面浸润性也较差，导致芳纶与基体之间形成界面缺陷，限制了复合材料性能的发挥。

芳纶表面改性方法
芳纶纤维表面改性的方法一般集中在利用化学反应改善纤维表面组成及结构或利用物理方法提高芳纶与基体树脂之间的浸润性这2个方面。芳纶表面改性的方法主要有高能物理法、涂覆法、氟化法和化学法。
1.高能物理法：包括等离子处理、超声波处理、γ射线处理等方法，主要利用一些物理反应所释放的能量来提高芳纶表面的活性，改善纤维的湿润性，进而改善复合材料的界面状况。
2.表面涂覆法：在纤维的表面涂上一层化学物质，这层化学物质和基体的黏结性都很好，从而提高纤维与树脂的黏结性能。
3.化学改性法：主要是利用化学反应在纤维表面引入极性或可反应基团，从而增加与树脂的界面作用力或与树脂反应形成共价键，主要包括：偶联、接枝、刻蚀等方式。
4.氟化处理法：氟化处理后在纤维表面引入大量的含氧和含氟极性官能团，提高了纤维表面的浸润性，有利于提高纤维表面与树脂基体的粘结性；氟化改性的刻蚀效应使纤维表面产生很多微孔结构，增加了与基体的接触面积，有利于物理嵌合结构的形成，从而提高纤维与环氧树脂基体间粘结性。

几种具体处理方法
1.LiCl乙醇溶液处理：
LiCl能与芳纶纤维发生络合反应，破坏分子链中的氢键，而Li⁺与O发生络合作用形成配位键，如下图所示。

处理后芳纶表面的含氮官能团含量增加，纤维表面刻蚀出沟槽，使原本光滑的纤维表面变得粗糙.

2. 低温氨气等离子体改性：

将处理后的芳纶放入常压射频低温等离子体处理腔体内，以氨气为放电气体对芳纶表面进行等离子改性。

处理后芳纶表面N元素含量得到明显提高（可能是氨气等离子体处理后使氮元素暴露在纤维表面），有明显的隆起和刻蚀产生的碎片，比表面积增大，纤维表面粗糙程度明显增加，能更好地和环氧树脂基体进行黏附结合，并且处理后的芳纶纤维的拉伸强度在一定处理时间内下降幅度很小。


3.磷酸酯偶联剂改性：

在酸性条件下，磷酸酯偶联剂中的异丙基很容易水解，生成-POOH具有很高的活性，在加热条件下可以与芳纶纤维表面的-NH2发生反应，从而将磷酸酯偶联剂接枝到芳纶纤维表面。

改性后的纤维表面有很多突出物，说明偶联剂成功地接枝到纤维表面；磷酸偶联剂中的长链烷烃基与PP分子链有很好的物理缠结作用，以及其含有的苯环与芳纶纤维有很好的相容性。同时，处理后粗糙的纤维表面也增加了纤维与PP直接的物理契合点，进一步提高了芳纶纤维与PP基体之间的界面黏结性。