Εφαρμογή στρωματοποιημένων εξαιρετικά λεπτών νημάτων βασάλτη και των υφασμάτων τους στην εξερεύνηση της Σελήνης

Η ερευνητική εργασία με τίτλο «Ιεραρχικό μετανήμα βασάλτη για εργονομικά προστατευτικά υφάσματα χώρου» δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Matter από την ομάδα του Καθηγητή Xia Zhigang και του Ακαδημαϊκού Xu Weilin από το Εθνικό Κλειδί Εργαστήριο Νέων Υφασμάτων και Προηγμένης Επεξεργασίας στο Πανεπιστήμιο Υφασμάτων Wuhan, σε συνεργασία με τον Καθηγητή Tao Guangming. Αυτή η ερευνητική ομάδα για νέα υφάσματα και προηγμένη επεξεργασία πρότεινε για πρώτη φορά την τεχνολογία κλώσης με πυρήνα «coaxial spiral wrap spinning», η οποία αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της μη καταστροφικής, χαμηλής ροπής, υψηλής ποιότητας και μεγάλης κλίμακας κλώσης, ύφανσης και εφαρμογής ινών βασάλτη σε εξαιρετικά λεπτή κλίμακα. Αυτό ανοίγει έναν νέο δρόμο για την επεξεργασία υφασμάτων μεγάλης κλίμακας, φιλική προς το δέρμα και ευέλικτη από ανόργανες ίνες υψηλής ακαμψίας και ευθραυστότητας, επιτρέποντας στη μαζική παραγωγή να καλύψει την επείγουσα ανάγκη για προστατευτικά υλικά υψηλής απόδοσης που να αντέχουν σε πολύπλοκα και ακραία περιβάλλοντα στο... Αεροδιαστημική πεδίο. Ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας είναι ο καθηγητής Xia Zhigang, και οι αντίστοιχοι συγγραφείς είναι ο ακαδημαϊκός Xu Weilin και ο καθηγητής Tao Guangming. Η εργασία επιλέχθηκε ως άρθρο εξωφύλλου περιοδικού.

Η εφαρμογή της ιεραρχικής εξαιρετικά λεπτό νήμα βασάλτη και τα υφάσματά του στην εξερεύνηση της σελήνης αποτελούν ένα κρίσιμο σενάριο για τη μελλοντική ανθρώπινη διαστημική μετανάστευση. Αυτό το ιεραρχικό εξαιρετικά λεπτό νήμα βασάλτη διαθέτει ευελιξία, υψηλή αντοχή και εξαιρετική σταθερότητα και μπορεί να υφανθεί σε μαλακά υφάσματα που αντιστέκονται αποτελεσματικά στην ισχυρή ηλιακή ακτινοβολία και στις ακραίες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στο διάστημα. Αυτή η έρευνα πρωτοπορεί σε μια νέα μέθοδο για τη μετατροπή εύθραυστων ανόργανων ινών βασάλτη σε πρακτικά, εργονομικά προστατευτικά διαστημικά υφάσματα.

Τα τελευταία χρόνια, με την ταχεία ανάπτυξη της παγκόσμιας εξερεύνησης του διαστήματος και της εμπορικής αεροδιαστημικής, η ζήτηση της βιομηχανίας για Πυγμάχος ελαφρού βάρους, η χρήση υλικών που είναι ανθεκτικά στις ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες έχει αυξηθεί απότομα.Ίνες βασάλτη, που προέρχεται από ηφαιστειακό πέτρωμα, διαθέτει σημαντικά πλεονεκτήματα όπως χαμηλό κόστος, αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, υψηλή θερμομόνωση, αντοχή στην ακτινοβολία, αντοχή στη διάβρωση και μη αναφλεξιμότητα χωρίς καπνό, προσελκύοντας ανταγωνιστική ανάπτυξη σε πολλαπλούς τομείς, όπως οι σιδηροδρομικές μεταφορές, η ειδική προστασία και τα έργα πολιτικού μηχανικού. Ωστόσο, η εγγενής υψηλή ακαμψία και το υψηλό μέτρο ελαστικότητάς του το καθιστούν ιδιαίτερα ευαίσθητο σε ψαθυρή θραύση σε εξαιρετικά λεπτή κλίμακα. Η παραδοσιακή κλώση υψηλής ροπής προκαλεί επίσης ζημιά στις ίνες και απότομη πτώση της αντοχής, με αποτέλεσμα η επίτευξη νήματος υψηλής ποιότητας "μη καταστροφικού, χαμηλής ροπής, πλήρως καλυμμένου, φιλικού προς το δέρμα και εύκαμπτου" να αποτελεί μακροπρόθεσμο πρόβλημα "συμφόρησης" που περιορίζει την είσοδο των ινών βασάλτη στο σύστημα εφαρμογής υφασμάτων.

Χρονολόγιο ανάπτυξης τεχνολογίας

Για να λύσει αυτό το τεχνικό πρόβλημα και να καλύψει τις ανάγκες των ακραίων εφαρμογών προστασίας, μια εγχώρια εταιρεία συνεργάστηκε με την ομάδα του καθηγητή Xia Zhigang στο Πανεπιστήμιο Υφάσματος της Γουχάν. Αντιμετώπισαν ολόκληρη τη βιομηχανική διαδικασία, από την κλώση, την κατασκευή νημάτων, την ύφανση έως τη βαφή:

• 2019: Πρώτη προτεινόμενη μη καταστροφική περιτύλιξη με νηματοποίηση.

• 2020: Αναπτύχθηκε με επιτυχία το πρώτο φιλικό προς το δέρμα θερμικό προστατευτικό ύφασμα από ίνες βασάλτη.

• 2021: Επίτευξη τεχνολογίας ακριβούς έλξης για εξαιρετικά λεπτές ίνες βασάλτη που χρησιμοποιούνται σε υφάσματα ένδυσης.

• 2022: Το εργαστήριο σχεδίασε και περιέστρεψε με επιτυχία υψηλής ποιότητας, χαμηλής ροπής, μη καταστροφικά, πλήρως καλυμμένα, υψηλής αναλογίας λεπτό νήμα από ίνες βασάλτη.

• 2023: Σταθερή λειτουργία του πλήρους βιομηχανικού συνόλου διεργασιών και εξοπλισμού κατάλληλου για μη καταστροφική, πλήρους κάλυψης κλώση ινών βασάλτη.

• 2023 έως σήμερα: Συνεχής βελτιστοποίηση και βελτίωση των διαδικασιών και του εξοπλισμού, λήψη παραγγελιών για παραγωγή και ανάπτυξη προστατευτικών υφασμάτων από ίνες βασάλτη υψηλής ποιότητας για ακραία σενάρια προστασίας.

• 2024: Η κινεζική εθνική σημαία από ίνες βασάλτη, που αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο Υφάσματος της Γουχάν, ξεδιπλώθηκε με επιτυχία στην απέναντι πλευρά της Σελήνης από την αποστολή Chang'e-6, προωθώντας περαιτέρω την προσοχή και την επέκταση της εφαρμογής των ακραίων προστατευτικών υφασμάτων από βασάλτη.

• 2025: Μια ομάδα καινοτομίας της «Εποχής των Βασαλτικών Ινών» ιδρύθηκε από κοινού από την Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. και την ομάδα κλώσης του Ακαδημαϊκού Xu Weilin στο Πανεπιστήμιο Wuhan Textile. Η ομάδα είναι αφιερωμένη στην εις βάθος έρευνα και προώθηση της επέκτασης των εφαρμογών βασάλτη στην αεροδιαστημική, από τις πρώτες ύλες έως τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, αντιμετωπίζοντας τα διεθνή όρια της διαστημικής επιστήμης και τις σημαντικές εθνικές στρατηγικές ανάγκες.

Καινοτομία και Απόδοση

Με επικεφαλής τους καθηγητές Xu Weilin, Xia Zhigang και Tao Guangming, μαζί με μεταπτυχιακούς φοιτητές όπως οι Shang Lulu, Xu Ao και Zhang Shiliang, η ομάδα καινοτόμησε και βελτίωσε συνεχώς την τρέχουσα τεχνολογία. Πρωτοπόροι στην τεχνολογία «ομοαξονικής σπειροειδούς περιτύλιξης», ξεπερνώντας βασικές τεχνικές και καινοτομίες εξοπλισμού, όπως ο μη καταστροφικός σχηματισμός νημάτων χαμηλής ροπής και η πολυεπίπεδη σταθερή κάλυψη.

Πέτυχαν βιομηχανικής κλίμακας, συνεχή παραγωγή πολυεπίπεδου, οργανικού-ανόργανου σύνθετου, φιλικού προς το δέρμα, εύκαμπτου μεταδομικού νήματος βασάλτη (Metayarn).

• Η αντοχή του παραγόμενου Metayarn αυξήθηκε κατά 27,76% σε σύγκριση με το αρχικό νήμα βασάλτη.

• Η υπολειπόμενη ροπή στρέψης του νήματος μειώθηκε σημαντικά σε σύγκριση με άλλα εμπορικά νήματα, επιτρέποντας το άμεσο πλέξιμο ή ύφανση σε φιλικά προς το δέρμα, εύκαμπτα προϊόντα Metayarn.

Αντιμετωπίζοντας πολύπλοκα και ακραία αεροδιαστημικά περιβάλλοντα, τα προϊόντα Metayarn επιδεικνύουν εξαιρετική περιβαλλοντική προσαρμοστικότητα και δομική σταθερότητα:

• Η αντοχή του εύκαμπτου προϊόντος δεν μειώθηκε, αλλά μάλλον αυξήθηκε., μετά από συνεχή έκπλυση με υγρό άζωτο στους 200°C, θερμό αέρα στους 300°C και παρατεταμένη έκθεση σε ισχυρή ηλιακή ακτινοβολία.

• Διατήρησε τη δομική του ακεραιότητα αφού κάηκε από φλόγα 1300°C.

• Τα πλεκτά προϊόντα Metayarn έχουν επιμήκυνση στο σπάσιμο έως και 421%.

• Διατηρούν εξαιρετική επιβράδυνση φλόγας και αντοχή στη φωτιά ακόμη και κάτω από 30°C.%, επιτυγχάνοντας την ολοκληρωμένη λειτουργία της «άνεσης και της προστασίας».