Kihiliste basaltülipeente lõngade ja nende kangaste kasutamine Kuu uurimisel

Uurimistöö pealkirjaga "Hierarhiline basaltmetalõng ergonoomiliste kaitsvate kosmosetekstiilide jaoks" avaldati ajakirjas Matter professor Xia Zhigangi ja akadeemik Xu Weilini meeskonna poolt Wuhani tekstiiliülikooli uute tekstiilmaterjalide ja täiustatud töötlemise riiklikust võtmelaborist koostöös professor Tao Guangmingiga. See uute tekstiilmaterjalide ja täiustatud töötlemise uurimisrühm pakkus esmakordselt välja südamikuga kedratud ketramise tehnoloogia "koaksiaalne spiraalne mähisketramine", mis lahendab basaltkiudude mittepurustava, väikese pöördemomendiga, kvaliteetse ja suuremahulise ketramise, kudumise ja ülipeenel skaalal pealekandmise väljakutsed. See avab uue tee suure jäikuse ja suure haprusega anorgaaniliste kiudmaterjalide suuremahuliseks, nahasõbralikuks ja paindlikuks tekstiilitöötluseks, võimaldades masstootmist, et rahuldada pakilise vajaduse kõrgjõudlusega kaitsematerjalide järele, mis taluksid keerulisi ja äärmuslikke keskkondi. Lennundus ja kosmosetööstus valdkonnas. Artikli esimene autor on professor Xia Zhigang ja vastavad autorid on akadeemik Xu Weilin ja professor Tao Guangming. Artikkel valiti ajakirja kaaneartikliks.

Hierarhilise rakendamine basalt ülipeen lõng ja selle kangaste kasutamine Kuu-uuringutes on tulevase inimkosmose rände jaoks kriitilise tähtsusega stsenaarium. See hierarhiline basaltist ülipeen lõng on paindlik, suure tugevusega ja suurepärase stabiilsusega ning sellest saab kootud pehmeid kangaid, mis peavad tõhusalt vastu tugevale päikesekiirgusele ja äärmuslikele temperatuurikõikumistele kosmoses. See uuring on teerajajaks uue meetodi väljatöötamisel, kuidas muuta habras anorgaaniline basaltkiud praktilisteks ja ergonoomiliselt kaitsvateks kosmosetekstiilideks.

Viimastel aastatel, ülemaailmse süvakosmoseuuringute ja kommertslennunduse kiire arenguga, on tööstuse nõudlus Kergeäärmuslikele keskkonnatingimustele vastupidavate materjalide kasutamine on järsult suurenenud.Basaltkiud, mis on saadud vulkaanilisest kivimist, omab silmapaistvaid eeliseid, nagu madal hind, kõrge temperatuuritaluvus, kõrge soojusisolatsioon, kiirguskindlus, korrosioonikindlus ja mittesüttivus ilma suitsuta, mis meelitab ligi konkurentsivõimelist kasutamist mitmes valdkonnas, sealhulgas raudteetransport, erikaitse ja tsiviilehitus. Selle loomupärane suur jäikus ja kõrge moodul muudavad selle aga ülipeenel skaalal väga hapraks purunemiseks; traditsiooniline suure pöördemomendiga ketramine põhjustab ka kiudude kahjustusi ja tugevuse järsku langust, mille tulemuseks on "mittepurustava, väikese pöördemomendiga, täielikult kaetud, nahasõbraliku ja painduva" kvaliteetse lõnga saavutamine, millest saab pikaajaline "pudelikael", mis piirab basaltkiudude sisenemist tekstiilirakendussüsteemi.

Tehnoloogia arengu ajajoon

Selle tehnilise kitsaskoha lahendamiseks ja äärmuslike kaitserakenduste vajaduste rahuldamiseks tegi üks kodumaine ettevõte koostööd professor Xia Zhigangi meeskonnaga Wuhani tekstiiliülikoolis. Nad tegelesid kogu tööstusprotsessiga alates ketramisest, lõnga valmistamisest, kudumisest kuni värvimiseni:

• 2019: Esimene ettepanek mittepurustava mähkimise ketramiseks.

• 2020: Edukalt arendatud esimene nahasõbralik basaltkiust termokaitsekangas.

• 2021: Saavutati täppiskontrollitud venitustehnoloogia ülipeente basaltkiudude jaoks, mida kasutatakse rõivakangastes.

• 2022: Laboratoorium kavandas ja tsentrifuugi edukalt kvaliteetseid, väikese pöördemomendiga, mittepurustavaid, täielikult kaetud ja suure proportsiooniga basaltkiust peen lõng.

• 2023: Basaltkiu mittepurustavaks ja täiskattega ketramiseks sobivate tööstusprotsesside ja seadmete täieliku komplekti stabiilne töö.

• 2023 kuni tänapäevani: Protsesside ja seadmete pidev optimeerimine ja täiustamine, tootmistellimuste vastuvõtmine ning tipptasemel basaltkiust kaitseriiete väljatöötamine äärmuslikeks kaitsestsenaariumideks.

• 2024: Wuhani Tekstiiliülikooli väljatöötatud basaltkiust Hiina riigilipp heisati Kuu teisel küljel edukalt Chang'e-6 missiooni abil, mis pälvis veelgi tähelepanu basaltkiust kaitseriiete kasutamisele ja laiendas nende kasutamist.

• 2025: Hiina ettevõtte Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. ja akadeemik Xu Weilini ketrusmeeskond Wuhani tekstiiliülikoolis asutasid ühiselt innovatsioonimeeskonna „Basaltkiudude ajastu“. Meeskond on pühendunud basaltkiudude täieliku ahelaga kosmoserakenduste laiendamise põhjalikule uurimisele ja edendamisele, alates toorainest kuni tekstiiltoodeteni, käsitledes rahvusvahelisi kosmoseteaduse piire ja olulisi riiklikke strateegilisi vajadusi.

Innovatsioon ja tulemuslikkus

Professorite Xu Weilini, Xia Zhigangi ja Tao Guangmingi juhtimisel ning koos magistrantidega nagu Shang Lulu, Xu Ao ja Zhang Shiliang, uuendas ja täiustas meeskond pidevalt olemasolevat tehnoloogiat. Nad olid teerajajad "koaksiaalse spiraalkeermega ketramise" tehnoloogia väljatöötamisel, ületades olulisi tehnilisi ja seadmetealaseid uuendusi, nagu mittepurustav, väikese pöördemomendiga lõnga moodustamine ja mitmetasandiline stabiilne katmine.

Nad saavutasid mitmetasandilise, orgaanilis-anorgaanilise komposiitmaterjalist, nahasõbraliku ja painduva basaltmetastruktuurilise lõnga (Metayarn) pideva tööstusliku tootmise.

• Toodetud Metayarni tugevus suurenes võrreldes algse basaltniidiga 27,76%.

• Lõnga jääkpinget vähendati oluliselt võrreldes teiste kaubanduslike lõngadega, mis võimaldas otsekudumist või -kudumist nahasõbralikeks ja paindlikeks Metayarni toodeteks.

Keerulistes ja äärmuslikes lennunduskeskkondades on Metayarni toodetel suurepärane keskkonnakohanemisvõime ja struktuuriline stabiilsus:

• Paindliku toote tugevus ei vähenenud, vaid pigem suurenes, pärast pidevat loputamist vedela lämmastikuga temperatuuril 200 °C, kuuma õhuga temperatuuril 300 °C ja pikaajalist tugeva päikesekiirguse käes viibimist.

• See säilitas struktuurilise terviklikkuse ka pärast 1300 °C leegi käes kõrvetamist.

• Metalõngast kootud toodetel on katkevenivus kuni 421%.

• Need säilitavad suurepärase leegiaeglustuse ja tulekindluse isegi alla 30 kraadi.%, saavutades integreeritud funktsiooni "mugavus ja kaitse".