Application des fils ultrafins de basalte stratifié et de leurs tissus à l'exploration lunaire

L'article de recherche intitulé « Métamil de basalte hiérarchique pour textiles de protection ergonomiques spatiaux » a été publié dans la revue Matter par l'équipe du professeur Xia Zhigang et de l'académicien Xu Weilin, du Laboratoire national clé des nouveaux matériaux textiles et des procédés avancés de l'Université textile de Wuhan, en collaboration avec le professeur Tao Guangming. Ce groupe de recherche, spécialisé dans les nouveaux matériaux textiles et les procédés avancés, a été le premier à proposer la technologie de filage à âme « filage en spirale coaxiale », qui relève les défis du filage, du tissage et de l'application à grande échelle, non destructifs, à faible couple, de haute qualité et à l'échelle ultrafine, de la fibre de basalte. Cette technologie ouvre la voie à une transformation textile à grande échelle, douce pour la peau et flexible, des matériaux en fibres inorganiques à haute rigidité et haute fragilité, permettant une production de masse pour répondre au besoin urgent de matériaux de protection haute performance capables de résister à des environnements complexes et extrêmes. Aérospatial Le premier auteur de l'article est le professeur Xia Zhigang, et les auteurs correspondants sont l'académicien Xu Weilin et le professeur Tao Guangming. L'article a été sélectionné pour faire la couverture d'une revue.

L'application de la hiérarchie fil ultrafin de basalte L'utilisation de ces textiles pour l'exploration lunaire est cruciale pour les futures missions spatiales humaines. Ce fil ultrafin de basalte hiérarchisé se caractérise par sa flexibilité, sa haute résistance et son excellente stabilité. Il peut être tissé en tissus doux qui résistent efficacement au fort rayonnement solaire et aux variations de température extrêmes de l'espace. Cette recherche ouvre la voie à une nouvelle méthode de transformation de la fibre de basalte inorganique, fragile, en textiles spatiaux pratiques, ergonomiques et protecteurs.

Ces dernières années, avec le développement rapide de l'exploration spatiale lointaine et de l'aérospatiale commerciale à l'échelle mondiale, la demande de l'industrie pour LégerLa demande de matériaux résistants aux environnements extrêmes a fortement augmenté.Fibre de basalteLa fibre de basalte, issue de roches volcaniques, présente des avantages considérables tels qu'un faible coût, une résistance aux hautes températures, une isolation thermique élevée, une résistance aux radiations et à la corrosion, ainsi qu'une ininflammabilité sans fumée. Ces atouts lui confèrent un potentiel de déploiement important dans de nombreux domaines, notamment le transport ferroviaire, la protection spéciale et le génie civil. Cependant, sa rigidité et son module d'élasticité élevés la rendent particulièrement sensible à la rupture fragile à l'échelle nanométrique. De plus, le filage traditionnel à couple élevé endommage les fibres et entraîne une chute brutale de leur résistance. Par conséquent, l'obtention d'un fil de haute qualité « non destructif, à faible couple, entièrement gainé, doux pour la peau et flexible » constitue un obstacle majeur à long terme, freinant l'intégration de la fibre de basalte dans le secteur textile.

Chronologie du développement technologique

Pour surmonter cet obstacle technique et répondre aux exigences des applications de protection extrême, une entreprise chinoise a collaboré avec l'équipe du professeur Xia Zhigang de l'Université du textile de Wuhan. Ensemble, ils ont abordé l'ensemble du processus industriel, du filage à la teinture, en passant par la fabrication du fil et le tissage.

• 2019 : Première proposition de filage d’emballage non destructif.

• 2020 : Développement réussi du premier produit doux pour la peau tissu de protection thermique en fibre de basalte.

• 2021 : Mise au point d’une technologie d’étirage à contrôle de précision pour la fibre de basalte ultrafine utilisée dans les tissus d’habillement.

• 2022 : Le laboratoire a conçu et réalisé avec succès un revêtement de haute qualité, à faible couple, non destructif, entièrement recouvert et à proportions élevées. fil fin en fibre de basalte.

• 2023 : Fonctionnement stable de l'ensemble des procédés et équipements industriels adaptés au filage non destructif et à couverture complète de la fibre de basalte.

• 2023 à aujourd'hui : optimisation et amélioration continues des processus et des équipements, prise de commandes pour la production et développement de tissus de protection haut de gamme en fibres de basalte pour des scénarios de protection extrêmes.

• 2024 : Le drapeau national chinois en fibre de basalte, développé par l’université textile de Wuhan, a été déployé avec succès sur la face cachée de la Lune par la mission Chang’e-6, contribuant ainsi à accroître l’intérêt et l’utilisation des tissus de protection extrême en basalte.

• 2025 : Une équipe d’innovation « Ère de la fibre de basalte » a été créée conjointement par Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. et l’équipe de filature de l’académicien Xu Weilin à l’Université du textile de Wuhan. Cette équipe se consacre à la recherche approfondie et à la promotion du développement de l’ensemble des applications aérospatiales de la fibre de basalte, des matières premières aux produits textiles, répondant ainsi aux enjeux de pointe de la science spatiale internationale et aux grands besoins stratégiques nationaux.

Innovation et performance

Sous la direction des professeurs Xu Weilin, Xia Zhigang et Tao Guangming, et avec la participation d'étudiants de troisième cycle tels que Shang Lulu, Xu Ao et Zhang Shiliang, l'équipe a constamment innové et perfectionné les technologies existantes. Elle a été pionnière dans le développement de la technologie de « filage en spirale coaxiale », grâce à des innovations techniques et matérielles majeures, notamment la formation de fils non destructive à faible couple et une couverture stable à plusieurs niveaux.

Ils ont réussi à produire en continu à l'échelle industrielle un fil métastructural en basalte (Metayarn), composite organique-inorganique multiniveau, doux pour la peau et flexible.

• La résistance du Metayarn produit a augmenté de 27,76 % par rapport au filament de basalte d'origine.

• Le couple résiduel du fil a été considérablement réduit par rapport aux autres fils commerciaux, permettant un tricotage ou un tissage direct pour obtenir des produits Metayarn souples et respectueux de la peau.

Face aux environnements aérospatiaux complexes et extrêmes, les produits Metayarn font preuve d'une adaptabilité environnementale et d'une stabilité structurelle exceptionnelles :

• La résistance du produit flexible n'a pas diminué, mais s'est au contraire accrue., après un rinçage continu à l'azote liquide à 200 °C, à l'air chaud à 300 °C et une exposition prolongée à un fort rayonnement solaire.

• Elle a conservé son intégrité structurelle après avoir été brûlée par une flamme à 1300 °C.

• Les produits tricotés en métayarn possèdent un allongement à la rupture pouvant atteindre 421%.

• Ils conservent une excellente résistance au feu et une ignifugation remarquable, même à des températures inférieures à 30 degrés Fahrenheit.%, assurant ainsi la fonction intégrée de « confort et de protection ».