Tillämpning av skiktade basalt ultrafina garner och deras tyger i månutforskning

2025-11-03

Forskningsartikeln med titeln "Hierarchical basalt metayarn for ergonomic protective space textiles" publicerades i tidskriften Matter av teamet bestående av professor Xia Zhigang och akademikern Xu Weilin från National Key Laboratory of New Textile Materials and Advanced Processing vid Wuhan Textile University, i samarbete med professor Tao Guangming. Denna forskargrupp för nya textilmaterial och avancerad bearbetning föreslog först kärnspunna spinntekniken "koaxial spiral wrap spinning", som tar itu med utmaningarna med icke-förstörande, lågvridmoment, högkvalitativ och storskalig spinning, vävning och applicering av basaltfiber i ultrafin skala. Detta öppnar upp en ny väg för storskalig, hudvänlig och flexibel textilbearbetning av oorganiska fibermaterial med hög styvhet och hög sprödhet, vilket möjliggör massproduktion för att möta det akuta behovet av högpresterande skyddsmaterial för att motstå komplexa och extrema miljöer i... Flyg- och rymdfart område. Artikelns första författare är professor Xia Zhigang, och de korresponderande författarna är akademikern Xu Weilin och professor Tao Guangming. Artikeln valdes ut som en försättsartikel i en tidskrift.

Tillämpningen av hierarkisk ultrafint basaltgarn och dess tyger i månutforskning är ett kritiskt scenario för framtida mänsklig rymdmigration. Detta hierarkiska ultrafina basaltgarn har flexibilitet, hög hållfasthet och utmärkt stabilitet, och kan vävas till mjuka tyger som effektivt motstår stark solstrålning och extrema temperaturfluktuationer i rymden. Denna forskning banar väg för en ny metod för att omvandla spröda oorganiska basaltfibrer till praktiska, ergonomiskt skyddande rymdtextilier.

Under senare år, med den snabba utvecklingen av global rymdutforskning och kommersiell flyg- och rymdfart, har industrins efterfrågan på Lättvikt, extremt miljöbeständiga material har ökat kraftigt.Basaltfiber, som utvinns ur vulkanisk sten, har framträdande fördelar som låg kostnad, hög temperaturbeständighet, hög värmeisolering, strålningsbeständighet, korrosionsbeständighet och icke-brännbarhet utan rök, vilket lockar till konkurrenskraftig användning inom flera områden, inklusive järnvägstransporter, specialskydd och anläggningsteknik. Dess inneboende höga styvhet och höga modul gör den dock mycket känslig för spröda brott i ultrafin skala; traditionell högmomentspinning orsakar också fiberskador och en kraftig minskning av hållfastheten, vilket resulterar i att uppnåendet av "icke-förstörande, lågmoment, heltäckande, hudvänligt och flexibelt" högkvalitativt garn blir ett långsiktigt "flaskhalsproblem" som begränsar basaltfiber från att komma in i textilapplikationssystemet.

Tidslinje för teknikutveckling

För att lösa denna tekniska flaskhals och möta behoven hos extrema skyddsapplikationer samarbetade ett inhemskt företag med professor Xia Zhigangs team vid Wuhan Textile University. De tog sig an hela den industriella processen, från spinning, garntillverkning, vävning till färgning:

2019: Första föreslagna icke-förstörande omslagsspinning.
2020: Framgångsrikt utvecklat den första hudvänliga basaltfiber termiskt skyddande tyg.
2021: Uppnådde precisionsstyrd dragteknik för ultrafina basaltfibrer som används i klädtyger.
2022: Laboratoriet designade och spann framgångsrikt högkvalitativa, lågvridmoments-, icke-förstörande, heltäckta och högproportionella material fint garn av basaltfiber.
2023: Stabil drift av hela den industriella uppsättningen processer och utrustning lämplig för icke-förstörande, heltäckande spinning av basaltfiber.
2023 till nutid: Kontinuerlig optimering och förbättring av processer och utrustning, mottagande av produktionsordrar och utveckling av högkvalitativa skyddstyger av basaltfiber för extrema skyddsscenarier.
2024: Den kinesiska nationalflaggan gjord av basaltfiber, utvecklad av Wuhan Textile University, rullades framgångsrikt ut på månens bortre sida av Chang'e-6-uppdraget, vilket ytterligare främjade uppmärksamhet och användning av basaltbaserade extremskyddande tyger.
2025: Ett innovationsteam för "Basalt Fiber Era" etablerades gemensamt av Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. och akademikern Xu Weilins spinnteam vid Wuhan Textile University. Teamet är dedikerat till djupgående forskning och främjande av hela kedjan av expansion av basaltfiber inom flyg- och rymdteknik, från råmaterial till textilprodukter, med fokus på internationella rymdvetenskapliga frontlinjer och viktiga nationella strategiska behov.

Innovation och prestanda

Under ledning av professorerna Xu Weilin, Xia Zhigang och Tao Guangming, tillsammans med doktorander som Shang Lulu, Xu Ao och Zhang Shiliang, förnyade och förbättrade teamet kontinuerligt befintlig teknik. De var pionjärer inom "koaxial spiral wrap spinning"-tekniken och övervann viktiga tekniska och utrustningsinnovationer som icke-förstörande garnbildning med lågt vridmoment och stabil täckning i flera nivåer.

De uppnådde kontinuerlig produktion i industriell skala av flernivå, organiskt-oorganiskt komposit, hudvänligt, flexibelt basalt-metastrukturgarn (Metayarn).

Styrkan hos det producerade Meta-garnet ökade med 27,76 % jämfört med det ursprungliga basaltfilamentet.
Garnets kvarvarande vridmoment minskades avsevärt jämfört med andra kommersiella garner, vilket möjliggjorde direktstickning eller vävning till hudvänliga, flexibla Metayarn-produkter.

Metayarn-produkter uppvisar enastående miljöanpassningsförmåga och strukturell stabilitet, vilket gör dem lämpade för komplexa och extrema flyg- och rymdmiljöer:

Den flexibla produktens styrka minskade inte, utan ökade snarare, efter kontinuerlig spolning med flytande kväve vid 200 °C, varmluft vid 300 °C och långvarig exponering för stark solstrålning.
Den behöll sin strukturella integritet efter att ha bränts av en 1300°C låga.
Metajarnstickade produkter har en brottöjning på upp till $421\%$ .
De bibehåller utmärkt flamskydd och brandmotstånd även under 30 $30\%$ , vilket uppnår den integrerade funktionen "komfort och skydd".