Anvendelse af lagdelte basalt ultrafine garner og deres stoffer i måneudforskning

Forskningsartiklen med titlen "Hierarchical basalt metayarn for ergonomic protective space textiles" blev offentliggjort i tidsskriftet Matter af teamet bestående af professor Xia Zhigang og akademiker Xu Weilin fra National Key Laboratory of New Textile Materials and Advanced Processing ved Wuhan Textile University i samarbejde med professor Tao Guangming. Denne forskningsgruppe for nye tekstilmaterialer og avanceret forarbejdning foreslog først kernespundspindeteknologien "coaxial spiral wrap spinning", som adresserer udfordringerne ved ikke-destruktiv, lavmoment, høj kvalitet og storskala spinding, vævning og anvendelse af basaltfibre i ultrafin skala. Dette åbner en ny vej for storskala, hudvenlig og fleksibel tekstilforarbejdning af uorganiske fibermaterialer med høj stivhed og høj sprødhed, hvilket muliggør masseproduktion for at imødekomme det presserende behov for højtydende beskyttelsesmaterialer til at modstå komplekse og ekstreme miljøer i... Luftfart felt. Artiklens førsteforfatter er professor Xia Zhigang, og de korresponderende forfattere er akademiker Xu Weilin og professor Tao Guangming. Artiklen blev udvalgt som en forsideartikel til et tidsskrift.

Anvendelsen af ​​hierarkisk ultrafint basaltgarn og dets stoffer i måneudforskning er et kritisk scenarie for fremtidig menneskelig migration i rummet. Dette hierarkiske basalt-ultrafine garn har fleksibilitet, høj styrke og fremragende stabilitet og kan væves til bløde stoffer, der effektivt modstår stærk solstråling og ekstreme temperaturudsving i rummet. Denne forskning er banebrydende inden for en ny metode til at omdanne sprøde uorganiske basaltfibre til praktiske, ergonomisk beskyttende rumtekstiler.

I de senere år, med den hurtige udvikling af global rumforskning og kommerciel luftfart, har industriens efterspørgsel efter Letvægts, ekstremt miljøbestandige materialer er steget kraftigt.Basaltfiber, udvundet af vulkansk sten, har fremtrædende fordele såsom lav pris, høj temperaturbestandighed, høj varmeisolering, strålingsbestandighed, korrosionsbestandighed og ikke-brandbarhed uden røg, hvilket tiltrækker konkurrencedygtig anvendelse inden for flere områder, herunder jernbanetransport, specialbeskyttelse og anlægsarbejder. Dens iboende høje stivhed og høje modul gør den imidlertid meget modtagelig for sprødbrud i ultrafin skala; traditionel spinding med højt drejningsmoment forårsager også fiberskader og et kraftigt fald i styrke, hvilket resulterer i, at opnåelsen af ​​"ikke-destruktivt, lavt drejningsmoment, fuldt dækket, hudvenligt og fleksibelt" garn af høj kvalitet bliver et langsigtet "flaskehals"-problem, der begrænser basaltfibre fra at komme ind i tekstilapplikationssystemet.

Tidslinje for teknologisk udvikling

For at løse denne tekniske flaskehals og imødekomme behovene for ekstreme beskyttelsesapplikationer, samarbejdede en indenlandsk virksomhed med professor Xia Zhigangs team på Wuhan Textile University. De håndterede hele den industrielle proces, fra spinding, garnfremstilling, vævning til farvning:

• 2019: Første foreslåede ikke-destruktiv indpakningsspinding.

• 2020: Udviklede med succes den første hudvenlige basaltfiber termisk beskyttende stof.

• 2021: Opnåede præcisionsstyret trækningsteknologi til ultrafine basaltfibre, der anvendes i beklædningsstoffer.

• 2022: Laboratoriet designede og spundede med succes højkvalitets, lavmoment, ikke-destruktiv, fuldt dækket, højproportionalt materiale fint garn af basaltfibre.

• 2023: Stabil drift af det komplette industrielle sæt af processer og udstyr, der er egnet til ikke-destruktiv, fulddækkende spinding af basaltfibre.

• 2023 til i dag: Kontinuerlig optimering og forbedring af processer og udstyr, modtagelse af produktionsordrer og udvikling af avancerede basaltfiberbeskyttelsesstoffer til ekstreme beskyttelsesscenarier.

• 2024: Det kinesiske nationalflag lavet af basaltfiber, udviklet af Wuhan Textile University, blev med succes foldet ud på den anden side af Månen af ​​Chang'e-6-missionen, hvilket yderligere fremmer opmærksomheden på og anvendelsen af ​​basalt ekstreme beskyttende stoffer.

• 2025: Et innovationsteam for "Basalt Fiber Era" blev i fællesskab etableret af Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. og akademiker Xu Weilins spindeteam på Wuhan Textile University. Teamet er dedikeret til dybdegående forskning og promovering af hele kæden af ​​udvidelse af basaltfibre inden for luftfart, fra råmaterialer til tekstilprodukter, med fokus på internationale rumvidenskabelige frontlinjer og vigtige nationale strategiske behov.

Innovation og ydeevne

Under ledelse af professorerne Xu Weilin, Xia Zhigang og Tao Guangming, sammen med kandidatstuderende som Shang Lulu, Xu Ao og Zhang Shiliang, fornyede og forbedrede teamet løbende den nuværende teknologi. De var pionerer inden for "koaksial spiral wrap spinning"-teknologien og overvandt vigtige tekniske og udstyrsinnovationer såsom ikke-destruktiv garndannelse med lavt drejningsmoment og stabil dækning på flere niveauer.

De opnåede kontinuerlig produktion i industriel skala af flerniveau, organisk-uorganisk komposit, hudvenligt, fleksibelt basalt metastrukturgarn (Metayarn).

• Styrken af ​​det producerede Metayarn steg med 27,76% sammenlignet med det originale basaltfilament.

• Garnets restmoment blev betydeligt reduceret sammenlignet med andre kommercielle garner, hvilket muliggør direkte strikning eller vævning til hudvenlige, fleksible Metayarn-produkter.

Metayarn-produkter udviser enestående miljøtilpasningsevne og strukturel stabilitet, når de står over for komplekse og ekstreme luftfartsmiljøer:

• Det fleksible produkts styrke forsvandt ikke, men steg snarere, efter kontinuerlig skylning med flydende nitrogen ved 200°C, varmluft ved 300°C og langvarig udsættelse for stærk solstråling.

• Den bevarede sin strukturelle integritet efter at være blevet brændt af en flamme på 1300 °C.

• Metajarn-strikkede produkter har en brudforlængelse på op til 421%.

• De opretholder fremragende flammehæmning og brandmodstand selv under 30%, der opnår den integrerede funktion af "komfort og beskyttelse".