달 탐사에 있어 층상 현무암 초극세사 섬유 및 그 직물의 응용

2025년 11월 3일

우한섬유대학교 신소재 및 첨단가공 국가핵심연구소의 샤즈강 교수와 쉬웨이린 학술원 회원, 그리고 타오광밍 교수 연구팀이 공동으로 수행한 연구 논문 "인체공학적 보호 우주 섬유를 위한 계층적 현무암 메타얀"이 학술지 'Matter'에 게재되었습니다. 이 연구팀은 비파괴, 저토크, 고품질, 대규모 현무암 섬유의 방사, 직조 및 응용에 대한 난제를 해결하는 "동축 나선형 방사"라는 코어 방사 기술을 최초로 제안했습니다. 이는 높은 강성과 취성을 지닌 무기 섬유 소재의 대규모, 피부 친화적, 유연한 섬유 가공을 위한 새로운 길을 열어주며, 복잡하고 극한적인 환경을 견딜 수 있는 고성능 보호 소재의 대량 생산을 가능하게 합니다. 항공우주 해당 분야의 논문입니다. 제1저자는 샤즈강(Xia Zhigang) 교수이며, 교신저자는 쉬웨이린(Xu Weilin) 학술원 회원과 타오광밍(Tao Guangming) 교수입니다. 이 논문은 학술지 표지 논문으로 선정되었습니다.

계층적 적용 현무암 초극세사 달 탐사에 있어 현무암 섬유의 활용은 미래 인류의 우주 이주에 있어 매우 중요한 과제입니다. 이 계층적 구조를 가진 초극세 현무암 섬유는 유연성, 높은 강도, 뛰어난 안정성을 지니고 있으며, 우주 공간의 강한 태양 복사와 극한의 온도 변화에도 효과적으로 견딜 수 있는 부드러운 직물로 직조될 수 있습니다. 본 연구는 취성이 강한 무기질 현무암 섬유를 실용적이고 인체공학적으로 보호 기능을 갖춘 우주 직물로 변환하는 새로운 방법을 제시합니다.

최근 몇 년 동안 전 세계 심우주 탐사와 상업 항공우주 산업의 급속한 발전과 함께 업계의 수요가 증가하고 있습니다. 경량극한환경에 강한 소재에 대한 수요가 급격히 증가했다.현무암 섬유화산암에서 추출되는 현무암 섬유는 저렴한 비용, 고온 저항성, 높은 단열성, 방사선 저항성, 부식 저항성, 무연 및 불연성 등의 뛰어난 장점을 지니고 있어 철도 운송, 특수 보호, 토목 공학 등 다양한 분야에서 경쟁력 있는 활용 가능성을 보여주고 있습니다. 그러나 현무암 섬유는 고유의 높은 강성과 탄성률로 인해 초미세 규모에서 취성 파괴에 매우 취약하며, 기존의 고토크 방사 방식 또한 섬유 손상과 강도 저하를 초래하여 "비파괴, 저토크, 완전 피복, 피부 친화성, 유연성"을 갖춘 고품질 원사 생산에 어려움을 겪고 있습니다. 이러한 문제점들은 현무암 섬유의 섬유 산업 적용을 가로막는 오랜 "병목 현상"으로 작용하고 있습니다.

기술 개발 타임라인

이러한 기술적 병목 현상을 해결하고 극한 보호 용도의 요구 사항을 충족하기 위해 국내 기업이 우한 섬유 대학의 샤즈강 교수 연구팀과 협력했습니다. 그들은 방적, 원사 제조, 직조, 염색에 이르기까지 산업 공정 전체를 다루었습니다.

2019년: 최초로 비파괴 포장 방사법을 제안함.
2020년: 최초의 피부친화성 제품 개발에 성공 현무암 섬유 단열 보호 직물.
2021년: 의류 직물에 사용되는 초극세 현무암 섬유에 대한 정밀 제어 인발 기술을 개발했습니다.
2022년: 연구실은 고품질, 저토크, 비파괴, 완전 밀폐형, 고비율 장치를 성공적으로 설계 및 제작했습니다. 현무암 섬유 가는 실.
2023년: 현무암 섬유의 비파괴적 전면 방사에 적합한 산업용 공정 및 장비 전체 세트의 안정적인 운영.
2023년~현재: 공정 및 장비의 지속적인 최적화 및 개선, 생산 주문 수주, 극한 보호 환경에 적합한 고급 현무암 섬유 보호 직물 개발.
2024년: 우한 섬유 대학에서 개발한 현무암 섬유로 만든 중국 국기가 창어 6호 임무를 통해 달 뒷면에 성공적으로 펼쳐지면서, 현무암 극한 보호 섬유에 대한 관심과 응용 분야가 더욱 확대되었다.
2025년: 중국 항위생명유지장치유한공사(Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd.)와 쉬웨이린(Xu Weilin) 학술위원이 이끄는 우한섬유대학교 방적팀이 공동으로 "현무암섬유 시대" 혁신팀을 설립한다. 이 팀은 원료부터 섬유 제품에 이르기까지 현무암섬유의 전 과정에 걸친 항공우주 응용 확대를 심층적으로 연구하고 추진하여 국제 우주 과학의 최첨단 과제와 국가 주요 전략적 요구에 부응하는 것을 목표로 한다.

혁신과 성과

쉬웨이린, 샤즈강, 타오광밍 교수와 상루루, 쉬아오, 장스량 등의 대학원생들이 이끄는 연구팀은 끊임없이 혁신을 거듭하며 기존 기술을 개선해 왔습니다. 이들은 비파괴 저토크 원사 형성 및 다단계 안정 커버리지와 같은 핵심 기술 및 장비 혁신을 통해 "동축 나선형 방사" 기술을 개척했습니다.

그들은 다단계 유기-무기 복합 소재로 만들어진 피부 친화적이고 유연한 현무암 메타구조 섬유(메타야른)의 산업 규모 연속 생산을 달성했습니다.

제조된 메타얀의 강도는 원래 현무암 필라멘트에 비해 27.76% 증가했습니다.
이 실의 잔류 토크는 다른 상용 실에 비해 현저히 감소하여 피부에 자극이 없고 유연한 메타얀 제품을 직접 편직하거나 직조할 수 있습니다.

복잡하고 극한적인 항공우주 환경에 직면하여, 메타얀 제품은 탁월한 환경 적응성과 구조적 안정성을 보여줍니다.

해당 유연성 제품의 강도는 저하되지 않고 오히려 증가했습니다., 200°C의 액체 질소로 지속적으로 세척하고, 300°C의 뜨거운 공기로 세척하고, 강한 태양 복사에 장시간 노출시킨 후.
섭씨 1300도의 화염에 그을린 후에도 구조적 완전성을 유지했습니다.
메타얀 니트 제품은 파단 시 신장률이 최대 100%에 달합니다. $421\%$ .
이 제품들은 30도 이하의 온도에서도 뛰어난 난연성과 내화성을 유지합니다. $30\%$ "편안함과 보호"라는 통합 기능을 구현합니다.