Applicazione di filati ultrafini di basalto stratificato e dei relativi tessuti nell'esplorazione lunare

Il documento di ricerca intitolato "Metafilato di basalto gerarchico per tessuti spaziali di protezione ergonomica" è stato pubblicato sulla rivista Matter dal team del professor Xia Zhigang e dell'accademico Xu Weilin del Laboratorio nazionale chiave di nuovi materiali tessili e processi avanzati presso l'Università tessile di Wuhan, in collaborazione con il professor Tao Guangming. Questo gruppo di ricerca sui nuovi materiali tessili e sui processi avanzati ha proposto per la prima volta la tecnologia di filatura a nucleo "filatura a spirale coassiale", che affronta le sfide della filatura, tessitura e applicazione non distruttiva, a bassa coppia, di alta qualità e su larga scala della fibra di basalto su scala ultrafine. Ciò apre una nuova strada per la lavorazione tessile su larga scala, delicata sulla pelle e flessibile di materiali in fibra inorganica ad alta rigidità e fragilità, consentendo la produzione di massa per soddisfare l'urgente necessità di materiali protettivi ad alte prestazioni per resistere ad ambienti complessi ed estremi. Aerospaziale campo. Il primo autore dell'articolo è il professor Xia Zhigang, mentre gli autori corrispondenti sono l'accademico Xu Weilin e il professor Tao Guangming. L'articolo è stato selezionato come articolo di copertina della rivista.

L'applicazione gerarchica filato ultrafine di basalto L'impiego di questi tessuti nell'esplorazione lunare è fondamentale per lo scenario futuro della migrazione umana nello spazio. Questo filato ultrafine di basalto a struttura gerarchica offre flessibilità, elevata resistenza ed eccellente stabilità, e può essere tessuto in tessuti morbidi che resistono efficacemente alle forti radiazioni solari e alle estreme fluttuazioni di temperatura nello spazio. Questa ricerca introduce un nuovo metodo per trasformare la fragile fibra inorganica di basalto in tessuti spaziali pratici, ergonomici e protettivi.

Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo dell'esplorazione globale dello spazio profondo e dell'industria aerospaziale commerciale, la domanda del settore per Leggero, i materiali resistenti ad ambienti estremi sono aumentati notevolmente.Fibra di basaltoIl basalto, derivato da roccia vulcanica, possiede notevoli vantaggi quali basso costo, elevata resistenza alle alte temperature, elevato isolamento termico, resistenza alle radiazioni, resistenza alla corrosione e non infiammabilità senza emissione di fumo, il che lo rende competitivo in molteplici settori, tra cui il trasporto ferroviario, la protezione speciale e l'ingegneria civile. Tuttavia, la sua intrinseca elevata rigidità e l'alto modulo elastico lo rendono altamente suscettibile a fratture fragili su scala ultrafine; la tradizionale filatura ad alta coppia causa inoltre danni alle fibre e un brusco calo di resistenza, con la conseguenza che il raggiungimento di filati di alta qualità "non distruttivi, a bassa coppia, completamente rivestiti, delicati sulla pelle e flessibili" diventa un problema "collo di bottiglia" a lungo termine che limita l'ingresso della fibra di basalto nel sistema di applicazione tessile.

Cronologia dello sviluppo tecnologico

Per superare questo collo di bottiglia tecnico e soddisfare le esigenze di applicazioni che richiedono una protezione estrema, un'azienda nazionale ha collaborato con il team del professor Xia Zhigang presso l'Università Tessile di Wuhan. Hanno affrontato l'intero processo industriale, dalla filatura alla produzione del filato, dalla tessitura alla tintura:

• 2019: Prima proposta di filatura per avvolgimento non distruttivo.

• 2020: Sviluppato con successo il primo prodotto delicato sulla pelle tessuto termoprotettivo in fibra di basalto.

• 2021: Realizzata una tecnologia di estrusione a controllo di precisione per fibre di basalto ultrafini utilizzate nei tessuti per abbigliamento.

• 2022: Il laboratorio ha progettato e filato con successo filamenti di alta qualità, a bassa coppia, non distruttivi, completamente rivestiti, ad alta proporzione filato fine di fibra di basalto.

• 2023: Funzionamento stabile dell'intero insieme industriale di processi e attrezzature idonei alla filatura non distruttiva e a copertura totale di fibre di basalto.

• Dal 2023 ad oggi: ottimizzazione e miglioramento continui dei processi e delle attrezzature, gestione degli ordini di produzione e sviluppo di tessuti protettivi in ​​fibra di basalto di alta gamma per scenari di protezione estremi.

• 2024: La bandiera nazionale cinese realizzata in fibra di basalto, sviluppata dall'Università Tessile di Wuhan, è stata dispiegata con successo sul lato nascosto della Luna dalla missione Chang'e-6, promuovendo ulteriormente l'interesse e l'espansione delle applicazioni dei tessuti protettivi estremi in basalto.

• 2025: Un team di innovazione denominato "Era della fibra di basalto" è stato istituito congiuntamente dalla Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. e dal team di filatura dell'Accademico Xu Weilin presso l'Università Tessile di Wuhan. Il team si dedica alla ricerca approfondita e alla promozione dell'espansione dell'applicazione della fibra di basalto in tutto il settore aerospaziale, dalle materie prime ai prodotti tessili, affrontando le frontiere internazionali della scienza spaziale e le principali esigenze strategiche nazionali.

Innovazione e performance

Guidato dai professori Xu Weilin, Xia Zhigang e Tao Guangming, insieme a studenti laureati come Shang Lulu, Xu Ao e Zhang Shiliang, il team ha continuamente innovato e migliorato la tecnologia esistente. Sono stati i pionieri della tecnologia di "filatura a spirale coassiale", superando importanti ostacoli tecnici e tecnologici come la formazione del filato non distruttiva e a bassa coppia e la copertura stabile multilivello.

Hanno realizzato una produzione continua su scala industriale di filato metastrutturale di basalto (Metayarn) composito organico-inorganico multilivello, delicato sulla pelle e flessibile.

• La resistenza del Metayarn prodotto è aumentata del 27,76% rispetto al filamento di basalto originale.

• La torsione residua del filato è stata significativamente ridotta rispetto ad altri filati commerciali, consentendo la lavorazione a maglia o la tessitura diretta per ottenere prodotti Metayarn flessibili e delicati sulla pelle.

In ambienti aerospaziali complessi ed estremi, i prodotti Metayarn dimostrano un'eccezionale adattabilità ambientale e stabilità strutturale:

• La resistenza del prodotto flessibile non è diminuita, ma è aumentata, dopo lavaggio continuo con azoto liquido a 200 °C, aria calda a 300 °C e prolungata esposizione a forti radiazioni solari.

• Ha mantenuto la sua integrità strutturale anche dopo essere stata bruciata da una fiamma a 1300 °C.

• I prodotti a maglia Metayarn hanno un allungamento a rottura fino a 421%.

• Mantengono un'eccellente resistenza alla fiamma e al fuoco anche a temperature inferiori a 30°C.%, realizzando la funzione integrata di "comfort e protezione".