کاربرد نخ‌های بسیار ظریف بازالت لایه‌ای و پارچه‌های آنها در اکتشافات قمری

مقاله تحقیقاتی با عنوان "متا نخ بازالت سلسله مراتبی برای منسوجات فضایی محافظ ارگونومیک" توسط تیم پروفسور شیا ژیگانگ و آکادمیسین شو ویلین از آزمایشگاه ملی کلیدی مواد نساجی جدید و پردازش پیشرفته در دانشگاه نساجی ووهان، با همکاری پروفسور تائو گوانگمینگ، در مجله Matter منتشر شد. این گروه تحقیقاتی برای مواد نساجی جدید و پردازش پیشرفته، ابتدا فناوری ریسندگی ریسیده شده با هسته "ریسندگی مارپیچی هم محور" را پیشنهاد داد که به چالش‌های ریسندگی، بافندگی و کاربرد الیاف بازالت در مقیاس فوق ریز به صورت غیر مخرب، با گشتاور کم، با کیفیت بالا و در مقیاس بزرگ می‌پردازد. این امر مسیر جدیدی را برای پردازش منسوجات در مقیاس بزرگ، سازگار با پوست و انعطاف‌پذیر از مواد الیاف معدنی با سفتی و شکنندگی بالا باز می‌کند و امکان تولید انبوه را برای رفع نیاز فوری به مواد محافظ با کارایی بالا برای مقاومت در برابر محیط‌های پیچیده و شدید در ... فراهم می‌کند. هوافضا نویسنده اول این مقاله پروفسور شیا ژیگانگ و نویسندگان مسئول آن استاد دانشگاه شو ویلین و پروفسور تائو گوانگمینگ هستند. این مقاله به عنوان مقاله جلد مجله انتخاب شد.

کاربرد سلسله مراتبی نخ فوق ظریف بازالت و پارچه‌های آن در اکتشافات قمری، سناریویی حیاتی برای مهاجرت فضایی آینده انسان است. این نخ فوق‌العاده ظریف بازالت سلسله مراتبی دارای انعطاف‌پذیری، استحکام بالا و پایداری عالی است و می‌تواند به پارچه‌های نرمی بافته شود که به طور مؤثر در برابر تابش شدید خورشید و نوسانات شدید دما در فضا مقاومت می‌کنند. این تحقیق، روشی جدید برای تبدیل الیاف بازالت معدنی شکننده به منسوجات فضایی کاربردی و ارگونومیک محافظ ارائه می‌دهد.

در سال‌های اخیر، با توسعه سریع اکتشافات فضایی عمیق جهانی و هوافضای تجاری، تقاضای صنعت برای سبک وزن، مواد مقاوم در برابر محیط زیست به شدت افزایش یافته است.الیاف بازالتاین ماده که از سنگ آتشفشانی مشتق شده است، دارای مزایای برجسته‌ای مانند هزینه کم، مقاومت در برابر دمای بالا، عایق حرارتی بالا، مقاومت در برابر تابش، مقاومت در برابر خوردگی و عدم اشتعال و بدون دود است و در زمینه‌های مختلفی از جمله حمل و نقل ریلی، حفاظت ویژه و مهندسی عمران، به عنوان یک ماده رقابتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، سفتی ذاتی بالا و مدول بالای آن، آن را در برابر شکستگی شکننده در مقیاس بسیار ریز بسیار حساس می‌کند. ریسندگی سنتی با گشتاور بالا همچنین باعث آسیب به الیاف و کاهش شدید استحکام می‌شود و در نتیجه دستیابی به نخ با کیفیت بالا و "غیر مخرب، گشتاور کم، کاملاً پوشیده، سازگار با پوست و انعطاف‌پذیر" به یک مشکل "گلوگاه" طولانی مدت تبدیل می‌شود که ورود الیاف بازالت به سیستم کاربرد نساجی را محدود می‌کند.

جدول زمانی توسعه فناوری

برای حل این مشکل فنی و رفع نیازهای کاربردهای حفاظتی شدید، یک شرکت داخلی با تیم پروفسور شیا ژیگانگ در دانشگاه نساجی ووهان همکاری کرد. آنها کل فرآیند صنعتی، از ریسندگی، تولید نخ، بافندگی تا رنگرزی را به عهده گرفتند:

• ۲۰۱۹: اولین بار ریسندگی غیرمخرب برای پیچیدن پیشنهاد شد.

• ۲۰۲۰: با موفقیت اولین محصول سازگار با پوست را توسعه داد پارچه محافظ حرارتی الیاف بازالت.

• ۲۰۲۱: به فناوری کشش کنترل‌شده‌ی دقیق برای الیاف بازالت فوق‌العاده ظریف مورد استفاده در پارچه‌های پوشاک دست یافت.

• ۲۰۲۲: آزمایشگاه با موفقیت چرخ خیاطی با کیفیت بالا، گشتاور پایین، غیر مخرب، کاملاً پوشیده و با نسبت ابعادی بالا را طراحی و ریسید. نخ نازک الیاف بازالت.

• ۲۰۲۳: بهره‌برداری پایدار از مجموعه کامل فرآیندها و تجهیزات صنعتی مناسب برای ریسندگی غیرمخرب و با پوشش کامل الیاف بازالت.

• ۲۰۲۳ تا کنون: بهینه‌سازی و بهبود مستمر فرآیندها و تجهیزات، پذیرش سفارش برای تولید و توسعه پارچه‌های محافظ الیاف بازالت مرغوب برای سناریوهای حفاظتی شدید.

• ۲۰۲۴: پرچم ملی چین که از الیاف بازالت ساخته شده و توسط دانشگاه نساجی ووهان توسعه داده شده بود، با موفقیت در ماموریت چانگ‌ای-۶ در سمت پنهان ماه برافراشته شد و توجه و کاربرد پارچه‌های محافظ قوی بازالت را بیش از پیش افزایش داد.

• ۲۰۲۵: یک تیم نوآوری «عصر الیاف بازالت» به طور مشترک توسط شرکت Aero-Engine از شرکت تجهیزات پشتیبانی حیات Hangyu چین و تیم ریسندگی Xu Weilin در دانشگاه نساجی ووهان تأسیس شد. این تیم به تحقیقات عمیق و ترویج گسترش زنجیره کامل کاربردهای هوافضایی الیاف بازالت، از مواد اولیه گرفته تا محصولات نساجی، اختصاص داده شده است و به مرزهای بین‌المللی علوم فضایی و نیازهای اصلی استراتژیک ملی می‌پردازد.

نوآوری و عملکرد

این تیم به رهبری اساتید شو ویلین، شیا ژیگانگ و تائو گوانگمینگ، به همراه دانشجویان تحصیلات تکمیلی مانند شانگ لولو، شو آئو و ژانگ شیلیانگ، به طور مداوم در حال نوآوری و بهبود فناوری فعلی بودند. آنها پیشگام فناوری "ریسندگی مارپیچی هم محور" بودند و بر نوآوری‌های کلیدی فنی و تجهیزاتی مانند تشکیل نخ غیر مخرب و با گشتاور کم و پوشش پایدار چند سطحی غلبه کردند.

آنها به تولید مداوم و چند سطحی نخ متاساختاری بازالت (Metayarn) انعطاف‌پذیر، سازگار با پوست و از جنس کامپوزیت آلی-معدنی در مقیاس صنعتی دست یافتند.

• استحکام متایارن تولید شده در مقایسه با فیلامنت بازالت اولیه، 27.76 درصد افزایش یافت.

• گشتاور باقیمانده نخ در مقایسه با سایر نخ‌های تجاری به طور قابل توجهی کاهش یافته است، که امکان بافت مستقیم یا بافت محصولات Metayarn انعطاف‌پذیر و سازگار با پوست را فراهم می‌کند.

محصولات Metayarn در مواجهه با محیط‌های پیچیده و دشوار هوافضا، سازگاری محیطی و پایداری ساختاری فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهند:

• استحکام محصول انعطاف‌پذیر کاهش نیافت، بلکه افزایش یافت، پس از شستشوی مداوم با نیتروژن مایع در دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد، هوای گرم در دمای ۳۰۰ درجه سانتیگراد، و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تابش شدید خورشید.

• پس از سوختن توسط شعله ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد، تمامیت ساختاری خود را حفظ کرد.

• محصولات بافتنی متایارن دارای ازدیاد طول تا نقطه پارگی هستند. ۴۲۱٪.

• آنها حتی زیر 30 درجه سانتیگراد، خاصیت بازدارندگی شعله و مقاومت در برابر آتش عالی را حفظ می‌کنند.%، دستیابی به عملکرد یکپارچه "راحتی و حفاظت".