יישום של חוטי בזלת דקים במיוחד ובדים שלהם בחקר הירח

מאמר המחקר שכותרתו "מטה-חוט בזלת היררכי לטקסטיל חלל מגן ארגונומי" פורסם בכתב העת Matter על ידי צוות פרופסור שיה ז'יגאנג והאקדמאי שו ווילין מהמעבדה הלאומית לחומרי טקסטיל חדשים ועיבוד מתקדם באוניברסיטת הטקסטיל של ווהאן, בשיתוף פעולה עם פרופסור טאו גואנגמינג. קבוצת מחקר זו לחומרי טקסטיל חדשים ועיבוד מתקדם הציעה לראשונה את טכנולוגיית הטוויה מבוססת הליבה "טוויה ספירלית קואקסיאלית", המתמודדת עם האתגרים של טוויה, אריגה ויישום לא הרסניים, בעלי מומנט נמוך, באיכות גבוהה ובקנה מידה גדול של סיבי בזלת בקנה מידה אולטרה-דק. זה פותח נתיב חדש לעיבוד טקסטיל בקנה מידה גדול, ידידותי לעור וגמיש של חומרי סיבים אנאורגניים בעלי קשיחות גבוהה ושבירות גבוהה, המאפשר ייצור המוני כדי לענות על הצורך הדחוף בחומרי הגנה בעלי ביצועים גבוהים כדי לעמוד בסביבות מורכבות וקיצוניות ב... תעופה וחלל תחום. המחבר הראשון של המאמר הוא פרופסור שיה ז'יגאנג, והמחברים התואמים הם האקדמאי שו ווילין ופרופסור טאו גואנגמינג. המאמר נבחר כמאמר שער לכתב עת.

יישום של היררכיה חוט בזלת דק במיוחד והבדים שלו בחקר הירח מהווים תרחיש קריטי לנדידת חלל אנושית עתידית. חוט בזלת דק במיוחד היררכי זה מתאפיין בגמישות, חוזק גבוה ויציבות מעולה, וניתן לארוג אותו לבדים רכים העומדים ביעילות בפני קרינת שמש חזקה ותנודות טמפרטורה קיצוניות בחלל. מחקר זה חלוץ בשיטה חדשה להמרת סיבי בזלת אנאורגניים שבירים לטקסטיל חלל מעשי ומגן ארגונומית.

בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המהירה של חקר החלל העמוק העולמי והחלל המסחרי, הביקוש של התעשייה ל... קַל מִשְׁקָל, חומרים עמידים במיוחד לסביבה גדלו בצורה חדה.סיבי בזלתחוט בזלת, שמקורו בסלע וולקני, בעל יתרונות בולטים כגון עלות נמוכה, עמידות בטמפרטורה גבוהה, בידוד תרמי גבוה, עמידות לקרינה, עמידות בפני קורוזיה ואי-דליקות ללא עשן, מושך אליו פריסה תחרותית בתחומים רבים, כולל תחבורה רכבתית, הגנה מיוחדת והנדסה אזרחית. עם זאת, הנוקשות הגבוהה הטבועה בו והמודול הגבוה שלו הופכים אותו לרגיש מאוד לשברים שבירים בקנה מידה אולטרה-דק; טוויה מסורתית במומנט גבוה גורמת גם היא נזק לסיבים ולירידה חדה בחוזק, וכתוצאה מכך השגת חוט איכותי "לא הרסני, במומנט נמוך, מכוסה במלואו, ידידותי לעור וגמיש" הופך לבעיית "צוואר בקבוק" ארוכת טווח המגבילה את כניסתם של סיבי בזלת למערכת יישומי טקסטיל.

ציר זמן לפיתוח טכנולוגי

כדי לפתור את צוואר הבקבוק הטכני הזה ולענות על הצרכים של יישומי הגנה קיצוניים, חברה מקומית שיתפה פעולה עם הצוות של פרופסור שיה ז'יגאנג באוניברסיטת הטקסטיל של ווהאן. הם התמודדו עם כל התהליך התעשייתי, החל מטוויה, ייצור חוטים, אריגה ועד צביעה:

• 2019: הצעה ראשונה לספינינג עטיפה שאינו הרסני.

• 2020: פיתחה בהצלחה את המוצר הראשון הידידותי לעור בד מגן תרמי מסיבי בזלת.

• 2021: השגת טכנולוגיית משיכה מבוקרת מדויקת עבור סיבי בזלת דקים במיוחד המשמשים בבדי לבוש.

• 2022: המעבדה תכננה וטווה בהצלחה חומר איכותי, בעל מומנט נמוך, שאינו הרסני, מכוסה במלואו ובעל פרופורציה גבוהה. חוט דק מסיבי בזלת.

• 2023: פעולה יציבה של מערך תהליכים וציוד תעשייתי שלם המתאים לטוות סיבי בזלת ללא הרס ובעל כיסוי מלא.

• 2023 עד היום: אופטימיזציה ושיפור מתמשכים של תהליכים וציוד, קבלת הזמנות לייצור ופיתוח בדי הגנה מתקדמים מסיבי בזלת לתרחישי הגנה קיצוניים.

• 2024: דגל המדינה הסיני, העשוי מסיבי בזלת, שפותח על ידי אוניברסיטת הטקסטיל של ווהאן, הונף בהצלחה בצד הרחוק של הירח על ידי משימת צ'אנג'ה-6, מה שקידם עוד יותר את תשומת הלב והרחבת היישום של בדי הגנה קיצוניים מבזלת.

• 2025: צוות חדשנות "עידן סיבי הבזלת" הוקם במשותף על ידי תאגיד Aero-Engine של חברת Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. בסין וצוות הטוויה של האקדמאי שו ויילן באוניברסיטת הטקסטיל של ווהאן. הצוות מוקדש למחקר מעמיק ולקידום הרחבת שרשרת היישומים המלאה של סיבי בזלת בתחום החלל, מחומרי גלם ועד מוצרי טקסטיל, תוך התייחסות לחזיתות מדעי החלל הבינלאומיות ולצרכים אסטרטגיים לאומיים מרכזיים.

חדשנות וביצועים

בהובלת הפרופסורים שו ווילין, שיה ז'יגאנג וטאו גואנגמינג, יחד עם סטודנטים לתארים מתקדמים כמו שאנג לולו, שו אאו וג'אנג שיליאנג, הצוות חידש ושיפר ללא הרף את הטכנולוגיה הקיימת. הם היו חלוצים בטכנולוגיית "ספינינג ספירלי קואקסיאלי", תוך התגברות על חידושים טכניים וציודיים מרכזיים כגון יצירת חוטים לא הרסניים, בעלי מומנט נמוך וכיסוי יציב רב-מפלסי.

הם השיגו ייצור רציף בקנה מידה תעשייתי של חוט בזלת מטא-מבני (Metayarn) רב-שכבתי, מרוכב אורגני-אי-אורגני, גמיש וידידותי לעור.

• חוזקו של המטא-יארן המיוצר גדל ב-27.76% בהשוואה לסיב הבזלת המקורי.

• מומנט השיורי של החוט הופחת משמעותית בהשוואה לחוטים מסחריים אחרים, מה שאפשר סריגה או אריגה ישירה למוצרי Metayarn גמישים וידידותיים לעור.

מוצרי Metayarn, המתמודדים עם סביבות תעופה וחלל מורכבות וקיצוניות, מפגינים יכולת הסתגלות סביבתית ויציבות מבנית יוצאות דופן:

• חוזקו של המוצר הגמיש לא דעך, אלא גדל, לאחר שטיפה רציפה עם חנקן נוזלי בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס, אוויר חם בטמפרטורה של 300 מעלות צלזיוס וחשיפה ממושכת לקרינת שמש חזקה.

• הוא שמר על שלמות מבנית לאחר שנשרף בלהבה של 1300 מעלות צלזיוס.

• למוצרי סריגה של מטא-חוט יש התארכות בשבירה של עד 421%.

• הם שומרים על עמידות מעולה בפני בעירה ועמידות באש אפילו מתחת ל-30 מעלות צלזיוס.%, תוך השגת הפונקציה המשולבת של "נוחות והגנה".