Toepassing van gelaagde basaltvezels en -stoffen in maanonderzoek

Het onderzoeksartikel getiteld "Hierarchical basalt metayarn for ergonomic protective space textiles" is gepubliceerd in het tijdschrift Matter door het team van professor Xia Zhigang en academicus Xu Weilin van het National Key Laboratory of New Textile Materials and Advanced Processing aan de Wuhan Textile University, in samenwerking met professor Tao Guangming. Deze onderzoeksgroep voor nieuwe textielmaterialen en geavanceerde verwerking introduceerde als eerste de kernspintechnologie "coaxial spiral wrap spinning", die de uitdagingen van niet-destructief, koppelarm, hoogwaardig en grootschalig spinnen, weven en toepassen van basaltvezels op ultrafijne schaal aanpakt. Dit opent een nieuwe weg voor de grootschalige, huidvriendelijke en flexibele textielverwerking van zeer stijve en zeer broze anorganische vezelmaterialen, waardoor massaproductie mogelijk wordt om te voldoen aan de dringende behoefte aan hoogwaardige beschermende materialen die bestand zijn tegen complexe en extreme omstandigheden. Lucht- en ruimtevaart vakgebied. De eerste auteur van het artikel is professor Xia Zhigang, en de corresponderende auteurs zijn academicus Xu Weilin en professor Tao Guangming. Het artikel werd geselecteerd als omslagartikel voor het tijdschrift.

De toepassing van hiërarchisch ultrafijn basaltgaren Het gebruik van basaltvezels in de maanverkenning is een cruciaal scenario voor toekomstige menselijke ruimtemigratie. Dit hiërarchisch geweven ultrafijne basaltgaren is flexibel, zeer sterk en uitstekend stabiel, en kan worden verwerkt tot zachte stoffen die effectief bestand zijn tegen sterke zonnestraling en extreme temperatuurschommelingen in de ruimte. Dit onderzoek is baanbrekend in een nieuwe methode om broze anorganische basaltvezels om te zetten in praktische, ergonomisch beschermende textielproducten voor de ruimtevaart.

De afgelopen jaren is, met de snelle ontwikkeling van de wereldwijde diepgaande ruimteverkenning en de commerciële lucht- en ruimtevaart, de vraag van de industrie naar LichtgewichtDe vraag naar materialen die bestand zijn tegen extreme omstandigheden is sterk toegenomen.BasaltvezelBasaltvezel, afkomstig van vulkanisch gesteente, heeft aanzienlijke voordelen zoals lage kosten, hoge temperatuurbestendigheid, hoge thermische isolatie, stralingsbestendigheid, corrosiebestendigheid en onbrandbaarheid zonder rookontwikkeling. Dit maakt het aantrekkelijk voor diverse toepassingen, waaronder spoorvervoer, speciale bescherming en civiele techniek. De inherente hoge stijfheid en hoge modulus maken het echter zeer gevoelig voor brosbreuk op ultrafijne schaal. Traditioneel spinnen met een hoog koppel veroorzaakt bovendien vezelbeschadiging en een scherpe daling van de sterkte. Hierdoor is het verkrijgen van hoogwaardig garen dat "niet-destructief, met een laag koppel, volledig bedekt, huidvriendelijk en flexibel" is, een langdurig knelpunt dat de toepassing van basaltvezel in de textielindustrie belemmert.

Tijdlijn voor technologische ontwikkeling

Om dit technische knelpunt op te lossen en te voldoen aan de eisen van toepassingen met extreme beschermingsvereisten, werkte een Chinees bedrijf samen met het team van professor Xia Zhigang aan de Textieluniversiteit van Wuhan. Ze pakten het volledige industriële proces aan, van spinnen, garen maken en weven tot verven.

• 2019: Eerste niet-destructieve wikkelspintechniek voorgesteld.

• 2020: Met succes de eerste huidvriendelijke ontwikkeld. thermisch beschermende stof van basaltvezel.

• 2021: Nauwkeurig gecontroleerde trektechnologie ontwikkeld voor ultrafijne basaltvezels die in kledingstoffen worden gebruikt.

• 2022: Het laboratorium heeft met succes hoogwaardige, koppelarme, niet-destructieve, volledig afgedekte spindels met een hoge verhouding ontworpen en geproduceerd. basaltvezel fijn garen.

• 2023: Stabiele werking van de complete industriële set processen en apparatuur geschikt voor het niet-destructieve, volledig dekkende spinnen van basaltvezels.

• 2023 tot heden: Continue optimalisatie en verbetering van processen en apparatuur, het aannemen van productieorders en de ontwikkeling van hoogwaardige beschermende stoffen van basaltvezel voor extreme beschermingssituaties.

• 2024: De Chinese nationale vlag, gemaakt van basaltvezels en ontwikkeld door de Textieluniversiteit van Wuhan, werd met succes ontvouwd aan de achterkant van de maan door de Chang'e-6-missie. Dit bevorderde de aandacht voor en de uitbreiding van de toepassing van extreem beschermende basaltstoffen.

• 2025: Een innovatieteam genaamd "Basalt Fiber Era" werd gezamenlijk opgericht door Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. en het spinteam van academicus Xu Weilin aan de Wuhan Textile University. Het team is toegewijd aan diepgaand onderzoek naar en de bevordering van de volledige keten van toepassingen van basaltvezels in de ruimtevaart, van grondstoffen tot textielproducten, en richt zich daarbij op internationale ruimtevaartwetenschappelijke ontwikkelingen en belangrijke nationale strategische behoeften.

Innovatie en prestatie

Onder leiding van professoren Xu Weilin, Xia Zhigang en Tao Guangming, samen met promovendi zoals Shang Lulu, Xu Ao en Zhang Shiliang, heeft het team continu geïnnoviseerd en de bestaande technologie verbeterd. Ze waren pioniers in de "coaxiale spiraalwikkelspin"-technologie en realiseerden belangrijke technische en apparatuurinnovaties, zoals niet-destructieve garenvorming met laag koppel en stabiele dekking op meerdere niveaus.

Ze slaagden erin om op industriële schaal continu meerlagig, organisch-anorganisch composiet, huidvriendelijk en flexibel basalt meta-structuurgaren (Metayarn) te produceren.

• De sterkte van het geproduceerde Metayarn nam met 27,76% toe ten opzichte van het oorspronkelijke basaltfilament.

• De restspanning van het garen was aanzienlijk lager dan bij andere commerciële garens, waardoor het direct gebreid of geweven kon worden tot huidvriendelijke, flexibele Metayarn-producten.

De producten van Metayarn zijn uitermate geschikt voor de complexe en extreme omstandigheden in de lucht- en ruimtevaart en tonen daarbij een uitstekend aanpassingsvermogen aan diverse omgevingsomstandigheden en een hoge structurele stabiliteit.

• De sterkte van het flexibele product nam niet af, maar nam juist toe., na herhaaldelijk spoelen met vloeibare stikstof bij 200 °C, hete lucht bij 300 °C en langdurige blootstelling aan sterke zonnestraling.

• Het behield zijn structurele integriteit nadat het was verschroeid door een vlam van 1300 °C.

• Metayarn gebreide producten hebben een rek bij breuk van maximaal 421%.

• Zelfs bij temperaturen onder de 30 graden behouden ze uitstekende vlamvertragende en brandwerende eigenschappen.%waardoor de geïntegreerde functie van "comfort en bescherming" wordt bereikt.