Aplicarea firelor ultrafine stratificate de bazalt și a țesăturilor acestora în explorarea lunară

Lucrarea de cercetare intitulată „Fir meta-bazalt ierarhic pentru textile ergonomice de protecție spațială” a fost publicată în revista Matter de către echipa formată din profesorul Xia Zhigang și academicianul Xu Weilin de la Laboratorul Național Cheie pentru Materiale Textile Noi și Prelucrare Avansată de la Universitatea Textilă din Wuhan, în colaborare cu profesorul Tao Guangming. Acest grup de cercetare pentru materiale textile noi și prelucrare avansată a propus pentru prima dată tehnologia de filare cu miez „filare spiralată coaxială”, care abordează provocările filării, țeserii și aplicării nedistructive, cu cuplu redus, de înaltă calitate și la scară largă a fibrei de bazalt la scară ultrafină. Aceasta deschide o nouă cale pentru prelucrarea textilă la scară largă, prietenoasă cu pielea și flexibilă a materialelor din fibre anorganice cu rigiditate și fragilitate ridicată, permițând producției de masă să satisfacă nevoia urgentă de materiale de protecție de înaltă performanță pentru a rezista la medii complexe și extreme din... Aerospațială domeniu. Primul autor al lucrării este profesorul Xia Zhigang, iar autorii corespondenți sunt academicianul Xu Weilin și profesorul Tao Guangming. Lucrarea a fost selectată ca articol de copertă al unei reviste științifice.

Aplicarea ierarhiei fire ultrafine de bazalt și țesăturile sale în explorarea lunară reprezintă un scenariu critic pentru viitoarea migrație spațială umană. Acest fir ultrafin de bazalt ierarhic prezintă flexibilitate, rezistență ridicată și stabilitate excelentă și poate fi țesut în țesături moi care rezistă eficient radiațiilor solare puternice și fluctuațiilor extreme de temperatură din spațiu. Această cercetare inițiază o nouă metodă de transformare a fibrei de bazalt anorganice fragile în textile spațiale practice, ergonomic protectoare.

În ultimii ani, odată cu dezvoltarea rapidă a explorării globale a spațiului cosmic și a industriei aerospațiale comerciale, cererea industriei pentru Ușor, materialele rezistente la medii extreme a crescut brusc.Fibră de bazalt, derivat din rocă vulcanică, posedă avantaje proeminente, cum ar fi cost redus, rezistență ridicată la temperaturi ridicate, izolație termică ridicată, rezistență la radiații, rezistență la coroziune și neinflamabilitate fără fum, atrăgând implementare competitivă în multiple domenii, inclusiv transportul feroviar, protecția specială și ingineria civilă. Cu toate acestea, rigiditatea sa ridicată inerentă și modulul ridicat îl fac foarte susceptibil la fracturi fragile la scară ultrafină; filarea tradițională cu cuplu mare provoacă, de asemenea, deteriorarea fibrelor și o scădere bruscă a rezistenței, rezultând în obținerea unui fir de înaltă calitate „nedistructiv, cu cuplu redus, complet acoperit, prietenos cu pielea și flexibil”, devenind o problemă pe termen lung de „blocaj” care restricționează pătrunderea fibrei de bazalt în sistemul de aplicare textilă.

Cronologia dezvoltării tehnologiei

Pentru a rezolva acest blocaj tehnic și a satisface nevoile aplicațiilor de protecție extremă, o companie autohtonă a colaborat cu echipa profesorului Xia Zhigang de la Universitatea Textilă din Wuhan. Aceștia au abordat întregul proces industrial, de la filare, fabricarea firelor, țesut până la vopsire:

• 2019: Prima propunere de filare nedistructivă pentru înfășurare.

• 2020: Dezvoltarea cu succes a primului produs prietenos cu pielea țesătură termică de protecție din fibră de bazalt.

• 2021: A fost realizată o tehnologie de tragere cu precizie controlată pentru fibra de bazalt ultrafină utilizată în țesăturile pentru îmbrăcăminte.

• 2022: Laboratorul a proiectat și a filat cu succes materiale de înaltă calitate, cu cuplu redus, nedistructive, complet acoperite și cu proporții mari. fire fine din fibră de bazalt.

• 2023: Funcționarea stabilă a întregului set industrial de procese și echipamente adecvate pentru filarea nedistructivă și cu acoperire completă a fibrei de bazalt.

• 2023 până în prezent: Optimizare și îmbunătățire continuă a proceselor și echipamentelor, preluarea comenzilor pentru producție și dezvoltarea de țesături de protecție din fibră de bazalt de înaltă calitate pentru scenarii de protecție extreme.

• 2024: Steagul național chinezesc din fibră de bazalt, dezvoltat de Universitatea Textilă din Wuhan, a fost desfășurat cu succes pe fața îndepărtată a Lunii de către misiunea Chang'e-6, promovând și mai mult atenția și extinderea aplicațiilor țesăturilor de protecție extremă din bazalt.

• 2025: O echipă de inovare „Era Fibrei de Bazalt” a fost înființată în comun de Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. și echipa de filare a academicianului Xu Weilin de la Universitatea Textilă din Wuhan. Echipa este dedicată cercetării aprofundate și promovării extinderii întregului lanț de aplicații aerospațiale ale fibrei de bazalt, de la materii prime la produse textile, abordând frontierele științei spațiale internaționale și nevoile strategice naționale majore.

Inovație și performanță

Condusă de profesorii Xu Weilin, Xia Zhigang și Tao Guangming, împreună cu studenți absolvenți precum Shang Lulu, Xu Ao și Zhang Shiliang, echipa a inovat și a îmbunătățit continuu tehnologia actuală. Ei au fost pionieri în tehnologia de „filare spiralată coaxială”, depășind inovații tehnice și de echipamente cheie, cum ar fi formarea nedistructivă a firului cu cuplu redus și acoperirea stabilă pe mai multe niveluri.

Au realizat producția continuă la scară industrială de fir metastructural din bazalt (Metayarn), compozit organic-anorganic, flexibil, prietenos cu pielea, pe mai multe niveluri.

• Rezistența firului Metayarn produs a crescut cu 27,76% față de filamentul de bazalt original.

• Cuplul rezidual al firului a fost redus semnificativ în comparație cu alte fire comerciale, permițând tricotarea sau țeserea directă în produse Metayarn flexibile și prietenoase cu pielea.

Confruntându-se cu medii aerospațiale complexe și extreme, produsele Metayarn prezintă o adaptabilitate la mediu și o stabilitate structurală remarcabile:

• Rezistența produsului flexibil nu a scăzut, ci mai degrabă a crescut, după clătire continuă cu azot lichid la 200°C, aer cald la 300°C și expunere prelungită la radiații solare puternice.

• Și-a menținut integritatea structurală după ce a fost arsă de o flacără de 1300°C.

• Produsele tricotate din fire meta au o alungire la rupere de până la 421%.

• Acestea mențin o rezistență excelentă la flacără și la foc chiar și sub 30 de grade.%, realizând funcția integrată de „confort și protecție”.