Aplikace vrstevnatých čedičových ultrajemných přízí a jejich tkanin při průzkumu Měsíce

2025-11-03

Výzkumný článek s názvem „Hierarchická čedičová metapříze pro ergonomické ochranné prostorové textilie“ byl publikován v časopise Matter týmem profesora Xia Zhiganga a akademika Xu Weilina z Národní klíčové laboratoře nových textilních materiálů a pokročilého zpracování na Wuhanské textilní univerzitě ve spolupráci s profesorem Tao Guangmingem. Tato výzkumná skupina pro nové textilní materiály a pokročilé zpracování jako první navrhla technologii jádrového předení „koaxiální spirální obalování“, která řeší výzvy nedestruktivního, nízkotočivého, vysoce kvalitního a velkoobjemového předení, tkaní a aplikace čedičových vláken v ultrajemném měřítku. To otevírá novou cestu pro velkoobjemové, k pokožce šetrné a flexibilní textilní zpracování vysoce tuhých a vysoce křehkých anorganických vláknitých materiálů, což umožňuje hromadnou výrobu uspokojit naléhavou potřebu vysoce výkonných ochranných materiálů, které odolávají složitým a extrémním prostředím v... Letectví a kosmonautika obor. Prvním autorem článku je profesor Xia Zhigang a korespondujícími autory jsou akademik Xu Weilin a profesor Tao Guangming. Článek byl vybrán jako titulní článek časopisu.

Aplikace hierarchických čedičová ultrajemná příze a jeho tkaniny při průzkumu Měsíce jsou kritickým scénářem pro budoucí migraci lidí do vesmíru. Tato hierarchická čedičová ultrajemná příze se vyznačuje flexibilitou, vysokou pevností a vynikající stabilitou a lze ji tkát do měkkých tkanin, které účinně odolávají silnému slunečnímu záření a extrémním teplotním výkyvům ve vesmíru. Tento výzkum je průkopníkem nové metody pro transformaci křehkých anorganických čedičových vláken do praktických, ergonomicky ochranných vesmírných textilií.

V posledních letech, s rychlým rozvojem globálního průzkumu hlubokého vesmíru a komerčního letectví, poptávka po tomto odvětví... Lehká, materiály odolné vůči extrémním vlivům prostředí prudce vzrostly.Čedičové vlákno, odvozená z vulkanické horniny, má významné výhody, jako je nízká cena, odolnost vůči vysokým teplotám, vysoká tepelná izolace, odolnost proti záření, odolnost proti korozi a nehořlavost bez kouře, což přitahuje konkurenční využití v mnoha oblastech, včetně železniční dopravy, speciální ochrany a stavebnictví. Jeho inherentní vysoká tuhost a vysoký modul pružnosti ho však činí vysoce náchylným ke křehkému lomu v ultrajemném měřítku; tradiční spřádání s vysokým točivým momentem také způsobuje poškození vláken a prudký pokles pevnosti, což vede k dosažení „nedestruktivní, nízkotočivé, plně pokryté, šetrné k pokožce a flexibilní“ vysoce kvalitní příze, která se stává dlouhodobým „úzkým hrdlem“, které omezuje vstup čedičových vláken do textilního aplikačního systému.

Časová osa vývoje technologií

Aby se tento technický problém vyřešil a splnily se požadavky extrémních ochranných aplikací, spolupracovala jedna domácí společnost s týmem profesora Xia Zhiganga z Wuhanské textilní univerzity. Společně se postarali o celý průmyslový proces, od předení, výroby příze a tkaní až po barvení:

2019: První návrh nedestruktivního balicího spřádání.
2020: Úspěšně vyvinut první produkt šetrný k pokožce Tepelně ochranná tkanina z čedičových vláken.
2021: Dosažena technologie přesně řízeného tažení ultrajemných čedičových vláken používaných v oděvních tkaninách.
2022: Laboratoř úspěšně navrhla a zvlákla vysoce kvalitní, nízkotočivý, nedestruktivní, plně krytý, vysoce proporcionální... jemná příze z čedičových vláken.
2023: Stabilní provoz kompletního průmyslového souboru procesů a zařízení vhodných pro nedestruktivní, plně pokrytou spřádání čedičových vláken.
2023 až současnost: Neustálá optimalizace a vylepšování procesů a zařízení, přijímání objednávek na výrobu a vývoj vysoce kvalitních ochranných tkanin z čedičových vláken pro extrémní ochranné scénáře.
2024: Čínská národní vlajka vyrobená z čedičového vlákna, vyvinutá Wuhanskou textilní univerzitou, byla úspěšně rozvinuta na odvrácené straně Měsíce misí Chang'e-6, což dále podpořilo pozornost a rozšíření použití čedičových extrémních ochranných tkanin.
2025: Společnost Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. a přádelní tým akademika Xu Weilina na Wuhanské textilní univerzitě společně založily inovační tým „Éry čedičových vláken“. Tým se věnuje hloubkovému výzkumu a podpoře rozšíření komplexního leteckého a kosmického využití čedičových vláken, od surovin až po textilní výrobky, a řeší tak mezinárodní hranice vesmírné vědy a hlavní národní strategické potřeby.

Inovace a výkon

Tým, vedený profesory Xu Weilinem, Xia Zhigangem a Tao Guangmingem, spolu s postgraduálními studenty, jako jsou Shang Lulu, Xu Ao a Zhang Shiliang, neustále inovoval a vylepšoval stávající technologie. Byli průkopníky v technologii „koaxiálního spirálového ovíjení“, přičemž překonali klíčové technické a technologické inovace, jako je nedestruktivní tvorba příze s nízkým krouticím momentem a víceúrovňové stabilní pokrytí.

Dosáhli průmyslové, kontinuální výroby vícevrstvé, organicko-anorganické kompozitní, šetrné k pokožce, flexibilní čedičové metastrukturální příze (Metayarn).

Pevnost vyrobené Metyarn se zvýšila o 27,76 % ve srovnání s původním čedičovým filamentem.
Zbytkový točivý moment příze byl ve srovnání s jinými komerčními přízemi výrazně snížen, což umožnilo přímé pletení nebo tkaní do pružných a šetrných produktů Metyarn.

Produkty Metayarn, které čelí složitému a extrémnímu leteckému prostředí, vykazují vynikající přizpůsobivost vůči vlivům prostředí a strukturální stabilitu:

Pevnost flexibilního produktu se nesnížila, ale spíše se zvýšila, po nepřetržitém proplachování tekutým dusíkem při 200 °C, horkým vzduchem při 300 °C a dlouhodobém vystavení silnému slunečnímu záření.
Zachovala si strukturální integritu i po opálení plamenem o teplotě 1300 °C.
Pletené výrobky z metapříze mají prodloužení při přetržení až $421\%$ .
Zachovávají si vynikající nehořlavost a požární odolnost i při teplotě 30 °C. $30\%$ , čímž se dosáhne integrované funkce „pohodlí a ochrany“.