HD-HPA水凝胶、水凝胶制备方法及月壤模拟固化方法

本发明属于月球土壤加固，具体涉及一种hd-hpa水凝胶、水凝胶制备方法及月壤模拟固化方法。

背景技术：

1、随着全球对于外太空的进一步探索，各国都在建立月球基地上投入了大量资源，我国探月工程正从探索考察逐步转向建造利用。由于月壤的主要成分与地球土壤不同，其工程力学特性也与地球土壤有较大差异，同时月球基地需要面临各种极端环境、建造及维护困难等问题。传统的建筑方法由于运输和缺少制备条件等问题因而不适于月球基地大面积应用。因此，需要一种适合月球环境并且可大规模应用的新型月壤加固技术。

2、月球防护结构需要具备阻绝月面恶劣环境，如阳光直射、月尘侵袭等能力，对于防护结构的结构特性和力学强度提出新的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种hd-hpa水凝胶、水凝胶制备方法及月壤模拟固化方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种hd-hpa水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤(1)：在培养模具中部注射hd溶液，采用紫外光原位固化，形成hd水凝胶；

4、步骤(2)：在培养模具中水凝胶hd两侧的空余位置注射hpa溶液，采用与步骤(1)光强不同的紫外光原位固化，形成各向异性hd-hpa复合水凝胶；

5、进一步的，步骤(1)具体如下：

6、称取丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵水溶液及丙烯酸羟乙酯加入到去离子水中、并加入光引发剂，超声混合，得到hea/dac混合溶液，将hea/dac混合溶液注射到固定尺寸模具由隔板形成的中部区域中，置于45mw/cm2的365nm紫外光下原位固化，得hd水凝胶。

7、进一步的，步骤(2)具体为：

8、步骤(21)：称取丙烯酸羟丙酯加入到去离子水中，并加入光引发剂、peg(600)da，超声混合，得到hpa水溶液；

9、步骤(22)：去除模具中的隔板，在固定尺寸模具的其他区域注射步骤(21)得到的hpa溶液，置于60mw/cm2的365nm紫外光下原位固化，得到各向异性hd-hpa复合水凝胶。

10、一种hd-hpa水凝胶，采用上述的方法制备。

11、一种上述的hd-hpa水凝胶的用途，用于月壤固化。

12、一种采用上述的hd-hpa水凝胶进行月壤模拟固化的方法，

13、步骤(一)：配置模拟月壤；

14、步骤(二)：将权利要求4的水凝胶以20-40％的质量比添加到水中；磁力搅拌器上在50-80℃和大气压下混合2-3小时形成hd-hpa水凝胶溶胶；

15、步骤(三)：将步骤(二)的hd-hpa水凝胶溶胶与步骤(1)的模拟月壤以8-12％的质量比混合，置于模拟月球环境中一周，得到水凝胶-月壤模拟固化试件。

16、进一步的，步骤(一)配置的模拟月壤具体为：选用直径为1-2mm，密度与月壤密度相同的硅酸盐矿物。

17、进一步的，步骤(三)“置于模拟月球环境中一周”具体为：在-18℃下冷冻24-48小时固化，然后转移到真空环境，温度控制在-30℃至-50℃之间中再持续5-6天完全升华。

18、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

19、(1)采用梯度各向异性水凝胶：充分利用月球紫外光线强烈的特点，制备梯度各向异性水凝胶，同时根据梯度孔隙率控制，水凝胶可以显示出快速响应，高弹性和各向异性运动，具有较高的承载能力。

20、(2)采用极端冷冻干燥固化工艺：为了满足月球的低温干燥的极端环境条件，制备水凝胶-月壤模拟固化试件与月球环境相近，满足在低重力(1/3g)和风(30公里/小时)的月球环境下月壤加固性能，强度可达到5mpa，相当于地球路面沥青强度，能保持可靠的服役性能。

21、(3)月壤原位建造：最大限度地利用原位资源，降低运输和维护需求。同时月球建造的材料必须是低成本和高性能的。

技术特征：

1.一种hd-hpa水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的冷冻干燥hd-hpa水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)具体如下：

3.根据权利要求2所述的冷冻干燥hd-hpa水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(2)具体为：

4.一种hd-hpa水凝胶，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的方法制备。

5.一种权利要求4所述的hd-hpa水凝胶的用途，其特征在于，用于月壤固化。

6.一种采用权利要求4的hd-hpa水凝胶进行月壤模拟固化的方法，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(一)配置的模拟月壤具体为：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(三)“置于模拟月球环境中一周”具体为：在-18℃下冷冻24-48小时固化，然后转移到真空环境，温度控制在-30℃至-50℃之间中再持续5-6天完全升华。

技术总结本发明属于月球土壤加固技术领域，具体涉及一种HD‑HPA水凝胶、水凝胶制备方法及月壤模拟固化方法。包括如下步骤：步骤(1)：在培养模具中部注射HD溶液，采用紫外光原位固化，形成HD水凝胶；步骤(2)：在培养模具中水凝胶HD两侧的空余位置注射HPA溶液，采用与步骤(1)光强不同的紫外光原位固化，形成各向异性HD‑HPA复合水凝胶。将HD‑HPA复合水凝胶添加到水中；搅拌形成HD‑HPA水凝胶溶胶；将HD‑HPA水凝胶溶胶与模拟月壤以8‑12％的质量比混合，置于模拟月球环境中一周，得到水凝胶‑月壤模拟固化试件。本发明制备的梯度各向异性水凝胶与月壤模拟骨料进行融合，保证了在月球低重力、大温差、强辐射条件下的固化试件依然具备较好的力学性能。技术研发人员：冯君,王淳汉,黄竞楠,孙巍巍,孙溪晨,姚星驰,杨昊,朱恒,史骥受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2