層状玄武岩超極細糸およびその織物の月探査への応用

武漢紡績大学の新繊維材料・先端加工国家重点実験室の夏志剛教授と徐偉林院士の研究チームが、陶光明教授と共同で、学術誌「Matter」に「人間工学に基づいた保護宇宙繊維のための階層構造玄武​​岩メタヤーン」と題する研究論文を発表した。この新繊維材料・先端加工研究グループは、超微細スケールでの玄武岩繊維の非破壊的、低トルク、高品質、大規模紡績、織り、応用の課題に対処するコア紡績技術「同軸螺旋巻き紡績」を初めて提案した。これにより、高剛性・高脆性の無機繊維材料の大規模で肌に優しく柔軟な繊維加工への新たな道が開かれ、複雑で過酷な環境に耐える高性能保護材料の緊急のニーズを満たす大量生産が可能になる。 航空宇宙 本論文は、学術分野における第一著者である夏志剛教授、責任著者である徐偉林院士と陶光明教授によって執筆された。本論文は、学術誌の表紙論文に選ばれた。

階層的適用 玄武岩超極細糸 月面探査におけるその繊維素材は、将来の有人宇宙移住にとって極めて重要なシナリオです。この階層構造を持つ玄武岩超極細糸は、柔軟性、高強度、優れた安定性を備え、宇宙空間における強い太陽放射や極端な温度変化に効果的に耐える柔らかな生地に織り上げることができます。本研究は、脆い無機質の玄武岩繊維を、実用的で人間工学的に優れた保護性能を持つ宇宙用繊維素材へと変換する新たな手法を切り開くものです。

近年、世界的な深宇宙探査と商業航空宇宙の急速な発展に伴い、業界の需要は 軽量極限環境耐性材料の需要が急増している。玄武岩繊維火山岩から得られる玄武岩繊維は、低コスト、耐熱性、断熱性、耐放射線性、耐腐食性、不燃性、無煙性などの優れた利点を持ち、鉄道輸送、特殊保護、土木工学など複数の分野で競争力のある展開が期待されています。しかし、玄武岩繊維は本来高い剛性と高い弾性率を持つため、極細スケールで脆性破壊を起こしやすく、従来の高トルク紡糸では繊維が損傷し、強度が急激に低下するため、「非破壊的、低トルク、完全被覆、肌に優しく、柔軟性のある」高品質の糸を実現することが、玄武岩繊維が繊維用途システムに導入されるのを阻む長期的な「ボトルネック」問題となっています。

技術開発タイムライン

この技術的なボトルネックを解消し、極限保護用途のニーズを満たすため、国内企業が武漢紡績大学の夏志剛教授の研究チームと協力した。彼らは紡績、糸作り、織り、染色といった工業プロセス全体に取り組んだ。

• 2019年：非破壊的なラッピング紡糸法が初めて提案された。

• 2020年：初の肌に優しい製品の開発に成功 玄武岩繊維製断熱生地。

• 2021年：衣料用生地に使用される極細玄武岩繊維の精密制御延伸技術を実現。

• 2022: 研究所は、高品質、低トルク、非破壊、完全被覆、高比率の設計と紡糸に成功しました。 玄武岩繊維細糸。

• 2023年：玄武岩繊維の非破壊的かつ全面的な紡糸に適した、一連の工業プロセスおよび設備の安定稼働。

• 2023年から現在まで：プロセスと設備の継続的な最適化と改善、生産注文の受付、極限的な保護状況に対応するハイエンドの玄武岩繊維保護生地の開発。

• 2024年：武漢紡績大学が開発した玄武岩繊維製の中国国旗が、嫦娥6号ミッションによって月の裏側で無事展開され、玄武岩製の極めて高い防護性能を持つ繊維への注目と応用拡大がさらに促進された。

• 2025年：中国航空エンジン公司杭裕生命維持設備有限公司と武漢紡績大学の徐偉林院士率いる紡績チームが共同で「玄武岩繊維時代」イノベーションチームを設立。同チームは、玄武岩繊維の原材料から繊維製品に至るまでの全工程における航空宇宙用途の拡大について、綿密な研究と推進に取り組み、国際的な宇宙科学の最先端分野と国家の主要な戦略的ニーズに対応する。

イノベーションとパフォーマンス

徐偉林、夏志剛、陶光明の各教授陣と、尚露露、徐敖、張世良といった大学院生らが率いるチームは、既存技術の革新と改良を継続的に行ってきた。彼らは「同軸螺旋巻き紡糸」技術を先駆的に開発し、非破壊的かつ低トルクでの糸形成や多層構造の安定した被覆といった、主要な技術革新と設備革新を成し遂げた。

彼らは、多層構造の有機無機複合材で、肌に優しく、柔軟性のある玄武岩メタ構造糸（メタヤーン）の工業規模での連続生産を実現した。

• 製造されたメタヤーンの強度は、元の玄武岩繊維と比較して27.76%増加した。

• この糸の残留トルクは、他の市販の糸と比較して大幅に低減されているため、肌に優しく柔軟なメタヤーン製品を直接編んだり織ったりすることが可能です。

複雑かつ過酷な航空宇宙環境において、メタヤーン製品は卓越した環境適応性と構造安定性を発揮します。

• 柔軟性のある製品の強度は低下するどころか、むしろ増加した。、 200℃の液体窒素による連続的な洗浄、300℃の熱風による洗浄、および強い太陽光への長時間の曝露の後。

• 1300℃の炎で焼かれた後も、構造的な完全性を維持した。

• Metayarnのニット製品は、最大で 421%。

• 30℃以下でも優れた難燃性と耐火性を維持します。％「快適性と保護性」という統合された機能を実現する。