Aplikácia vrstvených čadičových ultrajemných priadzí a ich tkanín pri prieskume Mesiaca

Výskumný článok s názvom „Hierarchická čadičová metapriadza pre ergonomické ochranné priestorové textílie“ publikoval v časopise Matter tím profesora Xia Zhiganga a akademika Xu Weilina z Národného kľúčového laboratória nových textilných materiálov a pokročilého spracovania na Textilnej univerzite vo Wu-chane v spolupráci s profesorom Tao Guangmingom. Táto výskumná skupina pre nové textilné materiály a pokročilé spracovanie ako prvá navrhla technológiu spriadania s jadrovou pradiarňou „koaxiálne špirálové ovíjanie“, ktorá rieši výzvy nedeštruktívneho, nízkokrutiacej, vysokokvalitného a veľkoobjemového spriadania, tkania a aplikácie čadičových vlákien v ultrajemnom meradle. To otvára novú cestu pre veľkoobjemové, k pokožke šetrné a flexibilné textilné spracovanie vysoko tuhých a vysoko krehkých anorganických vláknitých materiálov, čo umožňuje hromadnú výrobu na uspokojenie naliehavej potreby vysoko výkonných ochranných materiálov, ktoré odolávajú zložitým a extrémnym podmienkam v... Letectvo a kozmonautika odbor. Prvým autorom článku je profesor Xia Zhigang a príslušnými autormi sú akademik Xu Weilin a profesor Tao Guangming. Článok bol vybraný ako titulný článok časopisu.

Aplikácia hierarchických čadičová ultrajemná priadza a jeho tkaniny pri prieskume Mesiaca sú kritickým scenárom pre budúcu vesmírnu migráciu ľudí. Táto hierarchická čadičová ultrajemná priadza sa vyznačuje flexibilitou, vysokou pevnosťou a vynikajúcou stabilitou a možno ju votkať do mäkkých tkanín, ktoré účinne odolávajú silnému slnečnému žiareniu a extrémnym teplotným výkyvom vo vesmíre. Tento výskum je priekopníkom v novej metóde transformácie krehkých anorganických čadičových vlákien na praktické, ergonomicky ochranné vesmírne textílie.

V posledných rokoch, s rýchlym rozvojom globálneho prieskumu hlbokého vesmíru a komerčného letectva, dopyt tohto odvetvia po Ľahká, materiály odolné voči extrémnemu prostrediu prudko vzrástli.Čadičové vlákno, odvodená zo sopečnej horniny, má významné výhody, ako sú nízke náklady, odolnosť voči vysokým teplotám, vysoká tepelná izolácia, odolnosť voči žiareniu, odolnosť voči korózii a nehorľavosť bez dymu, čo priťahuje konkurenčné uplatnenie vo viacerých oblastiach vrátane železničnej dopravy, špeciálnej ochrany a stavebného inžinierstva. Jeho inherentná vysoká tuhosť a vysoký modul ho však robia veľmi náchylným na krehký lom v ultrajemnom meradle; tradičné spriadanie s vysokým krútiacim momentom tiež spôsobuje poškodenie vlákien a prudký pokles pevnosti, čo vedie k dosiahnutiu „nedeštruktívnej, nízkokrutiacej, plne pokrytej, šetrnej k pokožke a flexibilnej“ vysokokvalitnej priadze, ktorá sa stáva dlhodobým „úzkym hrdlom“, ktoré obmedzuje vstup čadičových vlákien do textilného aplikačného systému.

Časová os vývoja technológií

Aby sa vyriešil tento technický problém a splnili potreby extrémnych ochranných aplikácií, domáca spoločnosť spolupracovala s tímom profesora Xia Zhiganga na Textilnej univerzite vo Wu-chane. Spoločne sa zaoberali celým priemyselným procesom, od pradenia, výroby priadze, tkania až po farbenie:

• 2019: Prvý návrh nedeštruktívneho baliaceho spriadania.

• 2020: Úspešne vyvinutý prvý produkt šetrný k pokožke Tepelne ochranná tkanina z čadičových vlákien.

• 2021: Dosiahla sa technológia presne riadeného ťahania ultrajemných čadičových vlákien používaných v odevných tkaninách.

• 2022: Laboratórium úspešne navrhlo a odstredilo vysoko kvalitný, nízkokrutiaci, nedeštruktívny, plne krytý, vysokoproporcionálny jemná priadza z čadičových vlákien.

• 2023: Stabilná prevádzka kompletného priemyselného súboru procesov a zariadení vhodných na nedeštruktívne spriadanie čadičových vlákien s plným pokrytím.

• 2023 až súčasnosť: Neustála optimalizácia a zlepšovanie procesov a zariadení, prijímanie objednávok na výrobu a vývoj špičkových ochranných tkanín z čadičových vlákien pre extrémne ochranné scenáre.

• 2024: Čínska štátna vlajka vyrobená z čadičového vlákna, ktorú vyvinula Wuhanská textilná univerzita, bola úspešne rozvinutá na odvrátenej strane Mesiaca misiou Chang'e-6, čo ďalej podporuje pozornosť a rozšírenie použitia extrémnych ochranných tkanín z čadičového vlákna.

• 2025: Spoločnosť Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. a tím akademika Xu Weilina pre pradenie na Wuhanskej textilnej univerzite spoločne založili inovačný tím „Éry čadičových vlákien“. Tím sa venuje hĺbkovému výskumu a podpore rozširovania aplikácií čadičových vlákien v celom reťazci v leteckom priemysle, od surovín až po textilné výrobky, pričom sa zameriava na medzinárodné hranice vesmírnej vedy a hlavné národné strategické potreby.

Inovácia a výkon

Tím pod vedením profesorov Xu Weilina, Xia Zhiganga a Tao Guangminga spolu s postgraduálnymi študentmi ako Shang Lulu, Xu Ao a Zhang Shiliang neustále inovoval a zdokonaľoval súčasné technológie. Boli priekopníkmi v technológii „koaxiálneho špirálového ovíjania“, pričom prekonali kľúčové technické a technologické inovácie, ako je nedeštruktívne vytváranie priadze s nízkym krútiacim momentom a viacúrovňové stabilné pokrytie.

Dosiahli priemyselnú, kontinuálnu výrobu viacúrovňovej, organicko-anorganickej kompozitnej, pre pokožku šetrnej a flexibilnej čadičovej metaštrukturálnej priadze (Metayarn).

• Pevnosť vyrobenej Metyarn sa zvýšila o 27,76 % v porovnaní s pôvodným čadičovým vláknom.

• Zvyškový krútiaci moment priadze bol v porovnaní s inými komerčnými priadzami výrazne znížený, čo umožnilo priame pletenie alebo tkanie do flexibilných produktov Metyarn, ktoré sú šetrné k pokožke.

Produkty Metayarn, ktoré čelia zložitému a extrémnemu leteckému prostrediu, vykazujú vynikajúcu prispôsobivosť prostrediu a štrukturálnu stabilitu:

• Pevnosť flexibilného produktu sa nezmenšila, ale skôr zvýšila, po nepretržitom preplachovaní tekutým dusíkom pri teplote 200 °C, horúcim vzduchom pri teplote 300 °C a dlhodobom vystavení silnému slnečnému žiareniu.

• Zachovala si štrukturálnu integritu aj po opálení plameňom s teplotou 1300 °C.

• Pletené výrobky z metapriadze majú predĺženie pri pretrhnutí až 421 %.

• Zachovávajú si vynikajúcu samozhášavosť a odolnosť voči ohňu aj pri teplote 30 °C.%, čím sa dosiahne integrovaná funkcia „pohodlia a ochrany“.