Ứng dụng sợi siêu mịn bazan nhiều lớp và vải dệt từ chúng trong thám hiểm Mặt Trăng

2025-11-03

Bài nghiên cứu có tiêu đề "Sợi siêu cấu trúc bazan phân cấp cho vải bảo hộ không gian tiện dụng" đã được công bố trên tạp chí Matter bởi nhóm nghiên cứu của Giáo sư Xia Zhigang và Viện sĩ Xu Weilin từ Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật liệu dệt mới và Quy trình tiên tiến thuộc Đại học Dệt may Vũ Hán, hợp tác với Giáo sư Tao Guangming. Nhóm nghiên cứu về vật liệu dệt mới và quy trình tiên tiến này lần đầu tiên đề xuất công nghệ kéo sợi lõi "kéo sợi xoắn ốc đồng trục", giải quyết các thách thức về kéo sợi, dệt và ứng dụng sợi bazan ở quy mô siêu nhỏ, chất lượng cao, mô-men xoắn thấp và không phá hủy ở quy mô lớn. Điều này mở ra một con đường mới cho việc xử lý dệt may quy mô lớn, thân thiện với da và linh hoạt đối với các vật liệu sợi vô cơ có độ cứng và độ giòn cao, cho phép sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu cấp thiết về vật liệu bảo hộ hiệu suất cao có khả năng chịu được môi trường phức tạp và khắc nghiệt trong không gian. Hàng không vũ trụ trong lĩnh vực này. Tác giả chính của bài báo là Giáo sư Xia Zhigang, và các tác giả liên hệ là Viện sĩ Xu Weilin và Giáo sư Tao Guangming. Bài báo đã được chọn làm bài báo trang bìa của tạp chí.

Ứng dụng phân cấp sợi siêu mịn bazan Việc ứng dụng các loại vải này trong thám hiểm Mặt Trăng là một kịch bản quan trọng cho sự di cư vào không gian của con người trong tương lai. Sợi siêu mịn bazan có cấu trúc phân cấp này sở hữu tính linh hoạt, độ bền cao và độ ổn định tuyệt vời, có thể được dệt thành các loại vải mềm mại, có khả năng chống lại bức xạ mặt trời mạnh và sự biến động nhiệt độ khắc nghiệt trong không gian một cách hiệu quả. Nghiên cứu này tiên phong một phương pháp mới để chuyển đổi sợi bazan vô cơ dễ vỡ thành các loại vải dệt không gian thiết thực, có tính bảo vệ cao.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của hoạt động thám hiểm không gian sâu toàn cầu và ngành hàng không vũ trụ thương mại, nhu cầu của ngành công nghiệp đối với NhẹCác vật liệu chịu được môi trường khắc nghiệt đã tăng mạnh.Sợi bazanSợi bazan, có nguồn gốc từ đá núi lửa, sở hữu những ưu điểm nổi bật như chi phí thấp, khả năng chịu nhiệt cao, cách nhiệt tốt, chống bức xạ, chống ăn mòn và không bắt lửa, không khói, thu hút sự cạnh tranh trong nhiều lĩnh vực bao gồm vận tải đường sắt, bảo vệ đặc biệt và kỹ thuật dân dụng. Tuy nhiên, độ cứng và mô đun đàn hồi cao vốn có của nó khiến nó rất dễ bị gãy giòn ở quy mô siêu nhỏ; quá trình kéo sợi mô-men xoắn cao truyền thống cũng gây hư hại sợi và làm giảm mạnh độ bền, dẫn đến việc đạt được sợi chất lượng cao "không phá hủy, mô-men xoắn thấp, bao phủ hoàn toàn, thân thiện với da và linh hoạt" trở thành một vấn đề "nút thắt cổ chai" lâu dài, hạn chế việc ứng dụng sợi bazan trong hệ thống dệt may.

Dòng thời gian phát triển công nghệ

Để giải quyết nút thắt kỹ thuật này và đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng bảo vệ cực kỳ khắt khe, một công ty trong nước đã hợp tác với nhóm nghiên cứu của Giáo sư Xia Zhigang tại Đại học Dệt may Vũ Hán. Họ đã giải quyết toàn bộ quy trình công nghiệp, từ kéo sợi, làm sợi, dệt vải đến nhuộm:

2019: Lần đầu tiên đề xuất phương pháp kéo sợi quấn không phá hủy.
2020: Phát triển thành công sản phẩm thân thiện với da đầu tiên. vải cách nhiệt sợi bazan.
2021: Đạt được công nghệ kéo sợi siêu mịn có kiểm soát chính xác cho sợi bazan siêu mịn dùng trong vải may mặc.
2022: Phòng thí nghiệm đã thiết kế và chế tạo thành công sản phẩm chất lượng cao, mô-men xoắn thấp, không phá hủy, phủ kín hoàn toàn, tỷ lệ cao. sợi bazan mịn.
2023: Vận hành ổn định toàn bộ quy trình và thiết bị công nghiệp phù hợp cho việc kéo sợi bazan không phá hủy, phủ kín toàn bộ bề mặt.
Từ năm 2023 đến nay: Liên tục tối ưu hóa và cải tiến quy trình và thiết bị, nhận đơn đặt hàng sản xuất và phát triển các loại vải bảo hộ sợi bazan cao cấp cho các tình huống bảo vệ khắc nghiệt.
2024: Lá cờ quốc gia Trung Quốc làm từ sợi bazan, do Đại học Dệt may Vũ Hán phát triển, đã được tàu vũ trụ Chang'e-6 giương cao thành công ở phía xa của Mặt Trăng,进一步 thúc đẩy sự quan tâm và mở rộng ứng dụng của các loại vải siêu bền làm từ bazan.
2025: Một nhóm nghiên cứu đổi mới "Kỷ nguyên sợi bazan" được thành lập bởi Tập đoàn Động cơ Hàng không Trung Quốc, Công ty TNHH Thiết bị Hỗ trợ Sự sống Hangyu và nhóm kéo sợi của Viện sĩ Xu Weilin tại Đại học Dệt may Vũ Hán. Nhóm này chuyên nghiên cứu sâu và thúc đẩy việc mở rộng ứng dụng sợi bazan trong toàn bộ chuỗi cung ứng hàng không vũ trụ, từ nguyên liệu thô đến sản phẩm dệt may, nhằm giải quyết các thách thức khoa học vũ trụ quốc tế và các nhu cầu chiến lược quan trọng của quốc gia.

Đổi mới và Hiệu suất

Dưới sự dẫn dắt của các giáo sư Xu Weilin, Xia Zhigang và Tao Guangming, cùng với các nghiên cứu sinh như Shang Lulu, Xu Ao và Zhang Shiliang, nhóm nghiên cứu đã liên tục đổi mới và cải tiến công nghệ hiện có. Họ đã tiên phong trong công nghệ "kéo sợi xoắn ốc đồng trục", vượt qua những đổi mới kỹ thuật và thiết bị quan trọng như tạo sợi không phá hủy, mô-men xoắn thấp và độ phủ ổn định nhiều cấp.

Họ đã đạt được sản xuất liên tục ở quy mô công nghiệp loại sợi siêu cấu trúc bazan đa tầng, hữu cơ-vô cơ, thân thiện với da và linh hoạt (Metayarn).

Độ bền của sợi Metayarn được sản xuất đã tăng 27,76% so với sợi bazan ban đầu.
Mô-men xoắn dư của sợi giảm đáng kể so với các loại sợi thương mại khác, cho phép đan hoặc dệt trực tiếp thành các sản phẩm Metayarn mềm dẻo, thân thiện với da.

Đối mặt với môi trường hàng không vũ trụ phức tạp và khắc nghiệt, các sản phẩm của Metayarn thể hiện khả năng thích ứng môi trường và độ ổn định cấu trúc vượt trội:

Độ bền của sản phẩm dẻo không hề giảm mà còn tăng lên., sau khi được súc rửa liên tục bằng nitơ lỏng ở 200°C, không khí nóng ở 300°C và tiếp xúc kéo dài với bức xạ mặt trời mạnh.
Nó vẫn giữ được cấu trúc nguyên vẹn sau khi bị ngọn lửa 1300°C thiêu đốt.
Các sản phẩm dệt kim từ sợi metayarn có độ giãn dài khi đứt lên đến... $421\%$ .
Chúng duy trì khả năng chống cháy và kháng lửa tuyệt vời ngay cả ở nhiệt độ dưới 30 độ C. $30\%$ , đạt được chức năng tích hợp "thoải mái và bảo vệ".