Zastosowanie warstwowych przędz bazaltowych ultracienkich i ich tkanin w eksploracji Księżyca

Artykuł badawczy zatytułowany „Hierarchiczna metaprzędza bazaltowa do ergonomicznych tekstyliów ochronnych” został opublikowany w czasopiśmie „Matter” przez zespół profesora Xia Zhiganga i akademika Xu Weilina z Narodowego Laboratorium Nowych Materiałów Tekstylnych i Zaawansowanego Przetwarzania na Uniwersytecie Tekstylnym w Wuhan, we współpracy z profesorem Tao Guangmingiem. Ta grupa badawcza zajmująca się nowymi materiałami tekstylnymi i zaawansowanym przetwarzaniem jako pierwsza zaproponowała technologię przędzenia rdzeniowego „współosiowego spiralnego”, która rozwiązuje problemy związane z nieniszczącym, niskomomentowym, wysokiej jakości i wielkoskalowym przędzeniem, tkaniem i zastosowaniem włókien bazaltowych w skali ultracienkiej. Otwiera to nową drogę do wielkoskalowego, przyjaznego dla skóry i elastycznego przetwarzania tekstyliów z włókien nieorganicznych o wysokiej sztywności i kruchości, umożliwiając masową produkcję, aby sprostać pilnemu zapotrzebowaniu na wysokowydajne materiały ochronne, odporne na złożone i ekstremalne warunki panujące w środowisku. Lotnictwo i kosmonautyka Pierwszym autorem artykułu jest profesor Xia Zhigang, a autorami korespondencyjnymi – akademik Xu Weilin i profesor Tao Guangming. Artykuł został wybrany na okładkę czasopisma.

Zastosowanie hierarchii przędza bazaltowa ultracienka Wykorzystanie jego tkanin w eksploracji Księżyca ma kluczowe znaczenie dla przyszłych migracji kosmicznych. Ta hierarchiczna, ultracienka przędza bazaltowa charakteryzuje się elastycznością, wysoką wytrzymałością i doskonałą stabilnością, a także może być tkana w miękkie tkaniny, które skutecznie chronią przed silnym promieniowaniem słonecznym i ekstremalnymi wahaniami temperatur w kosmosie. Badania te stanowią pionierską metodę przekształcania kruchego, nieorganicznego włókna bazaltowego w praktyczne, ergonomicznie ochronne tekstylia kosmiczne.

W ostatnich latach, wraz z szybkim rozwojem globalnej eksploracji głębokiej przestrzeni kosmicznej i komercyjnego lotnictwa kosmicznego, wzrosło zapotrzebowanie branży na Lekki, gwałtownie wzrosło wykorzystanie materiałów odpornych na ekstremalne warunki środowiskowe.Włókno bazaltowe, pochodząca ze skał wulkanicznych, posiada znaczące zalety, takie jak niski koszt, odporność na wysokie temperatury, wysoka izolacja termiczna, odporność na promieniowanie, odporność na korozję i niepalność bez dymu, co przyciąga konkurencyjne zastosowania w wielu dziedzinach, takich jak transport kolejowy, ochrona specjalna i inżynieria lądowa. Jednak jej wrodzona wysoka sztywność i wysoki moduł sprężystości sprawiają, że jest ona bardzo podatna na kruche pękanie w skali ultradrobnej; tradycyjne przędzenie z wysokim momentem obrotowym powoduje również uszkodzenia włókien i gwałtowny spadek wytrzymałości, co skutkuje uzyskaniem „nieniszczącej, o niskim momencie obrotowym, w pełni pokrytej, przyjaznej dla skóry i elastycznej” przędzy wysokiej jakości, która w dłuższej perspektywie staje się problemem „wąskiego gardła”, uniemożliwiającym przedostanie się włókien bazaltowych do systemu zastosowań tekstylnych.

Harmonogram rozwoju technologii

Aby rozwiązać ten problem techniczny i sprostać wymaganiom ekstremalnych zastosowań ochronnych, krajowa firma nawiązała współpracę z zespołem profesora Xia Zhiganga z Uniwersytetu Tekstylnego w Wuhan. Zajęli się oni całym procesem przemysłowym, od przędzenia, przez produkcję przędzy i tkanie, po barwienie:

• 2019: Pierwsza propozycja nieniszczącego przędzenia owijającego.

• 2020: Pomyślne opracowanie pierwszego przyjaznego dla skóry tkanina termoochronna z włókna bazaltowego.

• 2021: Opracowano technologię precyzyjnego ciągnienia dla ultracienkich włókien bazaltowych stosowanych w tkaninach odzieżowych.

• 2022: Laboratorium z powodzeniem zaprojektowało i wyprodukowało wysokiej jakości, niskomomentowe, nieniszczące, w pełni pokryte, o dużym stężeniu cienka przędza z włókna bazaltowego.

• 2023: Stabilna praca kompletnego zestawu procesów przemysłowych i urządzeń umożliwiających nieniszczące przędzenie włókna bazaltowego na całej powierzchni.

• Od 2023 r. do chwili obecnej: Ciągła optymalizacja i udoskonalanie procesów i urządzeń, przyjmowanie zamówień na produkcję oraz opracowywanie najwyższej jakości ochronnych tkanin z włókien bazaltowych na potrzeby ekstremalnych scenariuszy ochrony.

• 2024: Chińska flaga narodowa wykonana z włókna bazaltowego, opracowana przez Uniwersytet Tekstylny w Wuhan, została pomyślnie rozwinięta na niewidocznej stronie Księżyca przez misję Chang'e-6, co jeszcze bardziej zwiększyło zainteresowanie i możliwości zastosowania tkanin ochronnych wykonanych z bazaltu.

• 2025: Zespół ds. innowacji „Ery Włókien Bazaltowych” został powołany wspólnie przez Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. oraz zespół przędzalniczy akademika Xu Weilina z Uniwersytetu Tekstylnego w Wuhan. Zespół zajmuje się dogłębnymi badaniami i promocją pełnego łańcucha zastosowań włókien bazaltowych w lotnictwie i kosmonautyce, od surowców po wyroby tekstylne, odpowiadając na międzynarodowe trendy w dziedzinie nauk kosmicznych i główne potrzeby strategiczne kraju.

Innowacja i wydajność

Zespół pod kierownictwem profesorów Xu Weilina, Xia Zhiganga i Tao Guangminga, a także studentów studiów podyplomowych, takich jak Shang Lulu, Xu Ao i Zhang Shiliang, nieustannie wprowadzał innowacje i udoskonalał obecną technologię. Byli pionierami technologii „współosiowego przędzenia spiralnego”, opracowując kluczowe innowacje techniczne i sprzętowe, takie jak nieniszczące formowanie przędzy przy niskim momencie obrotowym i wielopoziomowe stabilne pokrycie.

Udało im się osiągnąć ciągłą produkcję na skalę przemysłową wielowarstwowej, organiczno-nieorganicznej, przyjaznej dla skóry, elastycznej przędzy metastrukturalnej z bazaltu (Metayarn).

• Wytrzymałość wytworzonej przędzy Metayarn wzrosła o 27,76% w porównaniu do pierwotnego włókna bazaltowego.

• Resztkowy moment obrotowy przędzy został znacznie zredukowany w porównaniu z innymi przędzami komercyjnymi, co umożliwia bezpośrednie dzianie lub tkanie w przyjazne dla skóry, elastyczne produkty Metayarn.

Produkty Metayarn charakteryzują się wyjątkową zdolnością adaptacji do trudnych i ekstremalnych warunków panujących w przestrzeni kosmicznej oraz stabilnością strukturalną:

• Wytrzymałość elastycznego produktu nie zmniejszyła się, lecz wręcz wzrosła, po ciągłym przepłukiwaniu ciekłym azotem w temperaturze 200°C, gorącym powietrzem w temperaturze 300°C i długotrwałym wystawieniu na działanie silnego promieniowania słonecznego.

• Zachował integralność strukturalną po przypaleniu płomieniem o temperaturze 1300°C.

• Wyroby dziane metodą metaprzędzy charakteryzują się wydłużeniem przy zerwaniu do 421%.

• Zachowują doskonałą ognioodporność i odporność na ogień nawet poniżej 30°C.%, osiągając zintegrowaną funkcję „komfortu i ochrony”.