การประยุกต์ใช้เส้นใยบะซอลต์ละเอียดพิเศษแบบหลายชั้นและผ้าที่ผลิตจากเส้นใยเหล่านี้ในการสำรวจดวงจันทร์

บทความวิจัยเรื่อง "เส้นใยบะซอลต์แบบลำดับชั้นสำหรับสิ่งทอป้องกันภัยในอวกาศตามหลักสรีรศาสตร์" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Matter โดยทีมวิจัยของศาสตราจารย์ Xia Zhigang และนักวิชาการ Xu Weilin จากห้องปฏิบัติการหลักแห่งชาติว่าด้วยวัสดุสิ่งทอใหม่และการแปรรูปขั้นสูง มหาวิทยาลัยสิ่งทอหวู่ฮั่น ร่วมกับศาสตราจารย์ Tao Guangming กลุ่มวิจัยด้านวัสดุสิ่งทอใหม่และการแปรรูปขั้นสูงนี้ได้เสนอเทคโนโลยีการปั่นเส้นใยแบบแกนหมุน "การปั่นแบบพันเกลียวร่วมแกน" เป็นครั้งแรก ซึ่งแก้ปัญหาความท้าทายของการปั่น การทอ และการใช้งานเส้นใยบะซอลต์ในระดับละเอียดมากโดยไม่ทำลายเส้นใย ใช้แรงบิดต่ำ มีคุณภาพสูง และผลิตในปริมาณมาก สิ่งนี้เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการแปรรูปสิ่งทอในปริมาณมากที่อ่อนโยนต่อผิวและมีความยืดหยุ่นสูง สำหรับวัสดุเส้นใยอนินทรีย์ที่มีความแข็งและความเปราะสูง ทำให้สามารถผลิตได้ในปริมาณมากเพื่อตอบสนองความต้องการเร่งด่วนสำหรับวัสดุป้องกันประสิทธิภาพสูงที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและรุนแรงในอวกาศ อวกาศ บทความนี้เป็นผลงานของศาสตราจารย์ Xia Zhigang ผู้เขียนหลักคือ สมาชิกสภาวิชาการ Xu Weilin และศาสตราจารย์ Tao Guangming บทความนี้ได้รับการคัดเลือกให้เป็นบทความหน้าปกของวารสาร

การประยุกต์ใช้ลำดับชั้น เส้นใยบะซอลต์ละเอียดพิเศษ และการนำเส้นใยเหล่านี้ไปใช้ในการสำรวจดวงจันทร์ถือเป็นสถานการณ์สำคัญสำหรับการอพยพของมนุษย์ไปยังอวกาศในอนาคต เส้นใยบะซอลต์ละเอียดพิเศษที่มีโครงสร้างแบบลำดับชั้นนี้มีคุณสมบัติเด่นคือ มีความยืดหยุ่น ความแข็งแรงสูง และความเสถียรดีเยี่ยม สามารถนำมาทอเป็นผ้าเนื้อนุ่มที่ทนทานต่อรังสีจากแสงอาทิตย์และอุณหภูมิที่ผันผวนอย่างรุนแรงในอวกาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ งานวิจัยนี้เป็นการบุกเบิกวิธีการใหม่ในการเปลี่ยนเส้นใยบะซอลต์อนินทรีย์ที่เปราะบางให้กลายเป็นสิ่งทอสำหรับอวกาศที่ใช้งานได้จริงและปกป้องสรีระได้ดี

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการสำรวจอวกาศห้วงลึกทั่วโลกและอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเชิงพาณิชย์ ความต้องการของอุตสาหกรรมจึงเพิ่มสูงขึ้น น้ำหนักเบาวัสดุที่ทนทานต่อสภาพแวดล้อมสุดขั้วมีจำนวนเพิ่มขึ้นอย่างมากเส้นใยบะซอลต์เส้นใยบะซอลต์ซึ่งได้มาจากหินภูเขาไฟ มีข้อดีที่โดดเด่นหลายประการ เช่น ต้นทุนต่ำ ทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นฉนวนกันความร้อนสูง ทนต่อรังสี ทนต่อการกัดกร่อน และไม่ติดไฟโดยไม่มีควัน ทำให้มีการนำไปใช้งานอย่างแข่งขันได้ในหลายสาขา รวมถึงระบบขนส่งทางราง การป้องกันพิเศษ และวิศวกรรมโยธา อย่างไรก็ตาม ความแข็งและความยืดหยุ่นสูงโดยธรรมชาติทำให้เส้นใยชนิดนี้เปราะแตกหักง่ายในระดับละเอียดมาก นอกจากนี้ การปั่นด้วยแรงบิดสูงแบบดั้งเดิมยังทำให้เส้นใยเสียหายและความแข็งแรงลดลงอย่างมาก ส่งผลให้การผลิตเส้นด้ายคุณภาพสูงที่มีคุณสมบัติ "ไม่ทำลายเส้นใย ใช้แรงบิดต่ำ ครอบคลุมทั่วถึง เป็นมิตรต่อผิว และยืดหยุ่น" กลายเป็น "ปัญหาคอขวด" ในระยะยาวที่จำกัดการนำเส้นใยบะซอลต์เข้าสู่ระบบการใช้งานสิ่งทอ

ลำดับเวลาการพัฒนาเทคโนโลยี

เพื่อแก้ไขปัญหาคอขวดทางเทคนิคนี้และตอบสนองความต้องการของการใช้งานที่ต้องการการปกป้องขั้นสูง บริษัทในประเทศแห่งหนึ่งได้ร่วมมือกับทีมของศาสตราจารย์ Xia Zhigang จากมหาวิทยาลัยสิ่งทอหวู่ฮั่น โดยพวกเขาได้แก้ไขกระบวนการผลิตทั้งหมด ตั้งแต่การปั่นด้าย การผลิตเส้นด้าย การทอ ไปจนถึงการย้อมสี:

• ปี 2019: เสนอแนวคิดการปั่นห่อแบบไม่ทำลายเป็นครั้งแรก

• ปี 2020: พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่เป็นมิตรต่อผิวเป็นครั้งแรกได้สำเร็จ ผ้าใยบะซอลต์สำหรับป้องกันความร้อน.

• ปี 2021: ประสบความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีการดึงเส้นใยบะซอลต์ละเอียดพิเศษด้วยความแม่นยำสูง ซึ่งใช้ในการผลิตผ้าสำหรับเครื่องแต่งกาย

• ปี 2022: ห้องปฏิบัติการประสบความสำเร็จในการออกแบบและผลิตเส้นใยคุณภาพสูง แรงบิดต่ำ ไม่ทำลายชิ้นงาน ครอบคลุมทั่วถึง และมีสัดส่วนสูง เส้นใยบะซอลต์ละเอียด.

• 2023: การดำเนินงานที่เสถียรของชุดกระบวนการและอุปกรณ์ทางอุตสาหกรรมทั้งหมดที่เหมาะสมสำหรับการปั่นเส้นใยบะซอลต์แบบไม่ทำลายและครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมด

• ปี 2023 ถึงปัจจุบัน: ดำเนินการปรับปรุงและพัฒนาขั้นตอนการทำงานและอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง รับคำสั่งผลิต และพัฒนาผ้าใยบะซอลต์คุณภาพสูงสำหรับใช้ในสถานการณ์ที่ต้องการการปกป้องในระดับสูง

• ปี 2024: ธงชาติจีนที่ทำจากเส้นใยหินบะซอลต์ ซึ่งพัฒนาโดยมหาวิทยาลัยสิ่งทอหวู่ฮั่น ได้ถูกกางออกบนด้านไกลของดวงจันทร์โดยภารกิจฉางเอ๋อ-6 ได้สำเร็จ ส่งผลให้เกิดความสนใจและขยายการประยุกต์ใช้ผ้าบะซอลต์ที่มีคุณสมบัติป้องกันสภาพแวดล้อมสุดขั้วมากยิ่งขึ้น

• ปี 2025: บริษัท Aero-Engine Corporation of China Hangyu Life Support Equipment Co., Ltd. และทีมปั่นด้ายของศาสตราจารย์ Xu Weilin แห่งมหาวิทยาลัยสิ่งทอหวู่ฮั่น ได้ร่วมกันก่อตั้งทีมงานนวัตกรรม "ยุคเส้นใยบะซอลต์" โดยทีมงานนี้ทุ่มเทให้กับการวิจัยเชิงลึกและการส่งเสริมการขยายการประยุกต์ใช้เส้นใยบะซอลต์ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศแบบครบวงจร ตั้งแต่วัตถุดิบไปจนถึงผลิตภัณฑ์สิ่งทอ เพื่อตอบสนองความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์อวกาศระดับนานาชาติและความต้องการเชิงกลยุทธ์ที่สำคัญของประเทศ

นวัตกรรมและประสิทธิภาพ

นำโดยศาสตราจารย์ Xu Weilin, Xia Zhigang และ Tao Guangming พร้อมด้วยนักศึกษาปริญญาโท เช่น Shang Lulu, Xu Ao และ Zhang Shiliang ทีมงานได้คิดค้นและปรับปรุงเทคโนโลยีที่มีอยู่เดิมอย่างต่อเนื่อง พวกเขาเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยี "การปั่นด้ายแบบเกลียวร่วมแกน" ซึ่งเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคและอุปกรณ์ที่สำคัญ เช่น การขึ้นรูปเส้นด้ายแบบไม่ทำลายด้วยแรงบิดต่ำ และการครอบคลุมที่เสถียรหลายระดับ

พวกเขาประสบความสำเร็จในการผลิตเส้นใยเมตาโครงสร้างบะซอลต์ (Metayarn) แบบคอมโพสิตอินทรีย์-อนินทรีย์หลายระดับที่ยืดหยุ่น เป็นมิตรต่อผิวหนัง และผลิตได้อย่างต่อเนื่องในระดับอุตสาหกรรม

• ความแข็งแรงของเส้นใย Metayarn ที่ผลิตได้เพิ่มขึ้น 27.76% เมื่อเทียบกับเส้นใยบะซอลต์ดั้งเดิม

• แรงบิดตกค้างของเส้นด้ายลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับเส้นด้ายเชิงพาณิชย์อื่นๆ ทำให้สามารถถักหรือทอเป็นผลิตภัณฑ์ Metayarn ที่อ่อนโยนต่อผิวและมีความยืดหยุ่นได้โดยตรง

ผลิตภัณฑ์ของ Metayarn แสดงให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมทางการบินและอวกาศที่ซับซ้อนและรุนแรงได้อย่างยอดเยี่ยม และมีความเสถียรทางโครงสร้างที่โดดเด่น:

• ความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ที่มีความยืดหยุ่นนั้นไม่ได้ลดลง แต่กลับเพิ่มขึ้น, หลังจากล้างอย่างต่อเนื่องด้วยไนโตรเจนเหลวที่อุณหภูมิ 200°C ลมร้อนที่อุณหภูมิ 300°C และการสัมผัสกับรังสีจากแสงอาทิตย์ที่รุนแรงเป็นเวลานาน

• มันยังคงรักษาสภาพโครงสร้างไว้ได้แม้จะถูกเผาไหม้ด้วยเปลวไฟอุณหภูมิ 1300 องศาเซลเซียส

• ผลิตภัณฑ์ถักทอจากเส้นด้าย Metayarn มีค่าการยืดตัวก่อนขาดสูงสุดถึง 421%.

• วัสดุเหล่านี้ยังคงรักษาคุณสมบัติการหน่วงไฟและความทนทานต่อไฟได้ดีเยี่ยมแม้ในอุณหภูมิต่ำกว่า 30 องศาเซลเซียส%เพื่อให้ได้ทั้งความสะดวกสบายและการปกป้องอย่างครบวงจร