Aplicació de fils ultrafins de basalt en capes i els seus teixits en l'exploració lunar

L'article de recerca titulat "Metafil de basalt jeràrquic per a tèxtils espacials de protecció ergonòmica" va ser publicat a la revista Matter per l'equip del professor Xia Zhigang i l'acadèmic Xu Weilin del Laboratori Nacional Clau de Nous Materials Tèxtils i Processament Avançat de la Universitat Tèxtil de Wuhan, en col·laboració amb el professor Tao Guangming. Aquest grup de recerca sobre nous materials tèxtils i processament avançat va proposar per primera vegada la tecnologia de filatura amb nucli filat "filatura en espiral coaxial", que aborda els reptes de la filatura, el teixit i l'aplicació no destructius, de baix parell, d'alta qualitat i a gran escala de la fibra de basalt a escala ultrafina. Això obre una nova via per al processament tèxtil a gran escala, respectuós amb la pell i flexible de materials de fibra inorgànica d'alta rigidesa i alta fragilitat, permetent que la producció en massa satisfaci la necessitat urgent de materials de protecció d'alt rendiment per suportar entorns complexos i extrems en el Aeroespacial camp. El primer autor de l'article és el professor Xia Zhigang, i els autors corresponents són l'acadèmic Xu Weilin i el professor Tao Guangming. L'article va ser seleccionat com a article de portada de revista.

L'aplicació de la jerarquia fil ultrafí de basalt i els seus teixits en l'exploració lunar és un escenari crític per a la futura migració espacial humana. Aquest fil ultrafí de basalt jeràrquic presenta flexibilitat, alta resistència i excel·lent estabilitat, i es pot teixir en teixits suaus que resisteixen eficaçment la forta radiació solar i les fluctuacions extremes de temperatura a l'espai. Aquesta investigació és pionera en un nou mètode per transformar la fibra de basalt inorgànica fràgil en tèxtils espacials pràctics i ergonòmicament protectors.

En els darrers anys, amb el ràpid desenvolupament de l'exploració espacial profunda global i l'aeroespacial comercial, la demanda de la indústria Lleuger, els materials resistents a ambients extrems han augmentat considerablement.fibra de basalt, derivat de la roca volcànica, posseeix avantatges destacats com ara baix cost, alta resistència a la temperatura, alt aïllament tèrmic, resistència a la radiació, resistència a la corrosió i no inflamabilitat sense fum, cosa que atrau un desplegament competitiu en múltiples camps, com ara el transport ferroviari, la protecció especial i l'enginyeria civil. Tanmateix, la seva alta rigidesa inherent i el seu alt mòdul el fan altament susceptible a la fractura fràgil a escala ultrafina; la filatura tradicional d'alt parell també causa danys a la fibra i una forta caiguda de la resistència, cosa que resulta en l'assoliment d'un fil d'alta qualitat "no destructiu, de baix parell, totalment recobert, respectuós amb la pell i flexible" que es converteix en un problema de "coll d'ampolla" a llarg termini que restringeix l'entrada de fibra de basalt al sistema d'aplicació tèxtil.

Cronologia del desenvolupament tecnològic

Per resoldre aquest coll d'ampolla tècnic i satisfer les necessitats de les aplicacions de protecció extrema, una empresa nacional va col·laborar amb l'equip del professor Xia Zhigang a la Universitat Tèxtil de Wuhan. Van abordar tot el procés industrial, des de la filatura, la fabricació de fils, el teixit i el tint:

• 2019: Primera proposta de filatura d'embolcall no destructiva.

• 2020: Desenvolupament amb èxit del primer producte respectuós amb la pell Teixit de protecció tèrmica de fibra de basalt.

• 2021: Tecnologia d'estirament controlada amb precisió per a la fibra de basalt ultrafina utilitzada en teixits de confecció.

• 2022: El laboratori va dissenyar i filar amb èxit materials d'alta qualitat, baix parell motor, no destructius, totalment recoberts i d'alta proporció. fil fi de fibra de basalt.

• 2023: Funcionament estable del conjunt industrial complet de processos i equips adequats per a la filatura no destructiva i de cobertura total de fibra de basalt.

• 2023 fins a l'actualitat: Optimització i millora contínues de processos i equips, acceptació de comandes per a la producció i desenvolupament de teixits protectors de fibra de basalt d'alta gamma per a escenaris de protecció extrems.

• 2024: La missió Chang'e-6 va desplegar amb èxit la bandera nacional xinesa feta de fibra de basalt, desenvolupada per la Universitat Tèxtil de Wuhan, a la cara oculta de la Lluna, cosa que va promoure encara més l'atenció i l'expansió de l'aplicació de teixits de protecció extrema de basalt.

• 2025: Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. i l'equip de filatura de l'acadèmic Xu Weilin a la Universitat Tèxtil de Wuhan van establir conjuntament un equip d'innovació de l'"Era de la Fibra de Basalt". L'equip es dedica a la investigació en profunditat i a la promoció de l'expansió de l'aplicació aeroespacial de la fibra de basalt a tota la cadena, des de les matèries primeres fins als productes tèxtils, abordant les fronteres internacionals de la ciència espacial i les principals necessitats estratègiques nacionals.

Innovació i rendiment

Liderats pels professors Xu Weilin, Xia Zhigang i Tao Guangming, juntament amb estudiants de postgrau com Shang Lulu, Xu Ao i Zhang Shiliang, l'equip va innovar i millorar contínuament la tecnologia actual. Van ser pioners en la tecnologia de "filatura en espiral coaxial", superant innovacions tècniques i d'equipament clau com la formació de fils no destructiva i de baix parell i la cobertura estable multinivell.

Van aconseguir una producció contínua a escala industrial d'un fil metaestructural de basalt (Metayarn), compost orgànic-inorgànic de diversos nivells, respectuós amb la pell i flexible.

• La resistència del Metayarn produït va augmentar un 27,76% en comparació amb el filament de basalt original.

• El parell de torsió residual del fil es va reduir significativament en comparació amb altres fils comercials, cosa que va permetre el teixit directe en productes de Metayarn flexibles i respectuosos amb la pell.

Davant d'entorns aeroespacials complexos i extrems, els productes Metayarn presenten una excel·lent adaptabilitat ambiental i estabilitat estructural:

• La resistència del producte flexible no va disminuir, sinó que va augmentar, després d'un rentat continu amb nitrogen líquid a 200 °C, aire calent a 300 °C i una exposició prolongada a una forta radiació solar.

• Va mantenir la integritat estructural després de ser cremat per una flama de 1300 °C.

• Els productes de punt de metafil tenen un allargament a la ruptura de fins a 421%.

• Mantenen una excel·lent resistència a la flama i al foc fins i tot per sota dels 30%, aconseguint la funció integrada de "comoditat i protecció".