6月4日7時38分,嫦娥六號完成世界首次月球背面采樣和起飛,嫦娥六號著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開,這是我國首次在月球背面獨立動態展示國旗。而且,這面五星紅旗的原材料居然是玄武巖!玄武巖作為砂石骨料的主要礦種之一,由于具有強度高、耐磨性好等優點,通常用于高速公路等高等級路面。本次用于嫦娥六號“石頭版”國旗制作,體現了玄武巖的“高大上”特點,也為玄武巖砂石
企業http://www.stonebuy.com/enterprise/發展提供了新思路!
嫦娥六號展示的國旗是科研人員通過一年多時間攻關,利用玄武巖熔融拉絲技術制作而成的,它具有更強的耐腐蝕性、耐高溫、耐低溫等優異性能。
據
中國http://www.stonebuy.com科學院國家空間科學中心研究員、嫦娥六號探測器有效載荷分系統總設計師周昌義介紹,玄武巖石頭來自河北蔚縣,把玄武巖運回去以后,要把它粉碎、融化以后拉成頭發絲直徑大概三分之一的細絲,然后把它紡成線,織成布。
因為月面上的玄武巖含量是豐富的,后面要做月球基地,很有可能要把玄武巖做成纖維,做成建筑材料。
“石頭版”織物國旗技術含量很高
“可以說這是一面技術含量很高的‘石頭版’織物國旗。”武漢紡織大學紡織新材料與先進加工技術國家重點實驗室徐衛林院士介紹說。
據了解,嫦娥六號月面國旗展示系統由
中國http://www.stonebuy.com航天三江集團聯合武漢紡織大學等單位共同研制。針對此次任務中高低溫交變、高真空及強紫外輻射等極端環境要求,武漢紡織大學紡織新材料與先進加工技術國家重點實驗室徐衛林院士月面國旗團隊選用了玄武巖材料。
嫦娥六號月面國旗交付正樣件。圖片來源:武漢紡織大學
歷時近4年,團隊攻克了玄武巖超細纖維紡絲、紡紗、織造及色彩構建等諸多國際難題,首次成功研制出無溫控保護、獨立動態展示的“石頭版”高品質織物國旗。
與嫦娥五號在太空飛行7天后到達月面相比,此次嫦娥六號自5月3日出發后,在太空飛行了30天才落月,時間大幅增加。在奔月、繞月及落月的過程中,高低溫反復交替,國旗對環境的耐受性要求就更高。
“玄武巖纖維具有非常優異的隔熱抗輻射性能,能夠抵御月表惡劣環境。但玄武巖纖維屬于無機纖維,表面光滑、脆性易碎、模量高,難以紡制超細絲、紡紗、織造,以及構筑高牢度的顏色,這些都是團隊要攻克的難題,可以說這是一面技術含量很高的‘石頭版’織物國旗。”徐衛林院士說。
“石頭版”織物國旗只有11.3克
嫦娥六號月面國旗和嫦娥五號上的國旗規格一樣,大小也是300mm×200mm,與A4紙差不多大。不過,玄武巖纖維的密度超出嫦娥五號國旗原料密度近一倍,按常理推斷,“石頭版”國旗會更重。
不過,團隊研發了大概是頭發絲直徑三分之一的超細玄武巖纖維,最后做出來的嫦娥六號國旗的重量只有11.3克,比嫦娥五號國旗還要輕0.5克。
嫦娥六號月面展示國旗的重量和質量要求非常嚴格,既要做到薄而軟,又要做到強而韌,但玄武巖纖維屬無機纖維,脆性較大、耐磨性差、表面光滑,因此,制備超細玄武巖纖維難,紡高品質紗難,構建高牢度顏色也難。
此外,光滑的玄武巖長絲對制作月面國旗又提出新的挑戰,團隊利用織物表面的芳綸短纖毛羽,使顏料中的粘合劑與其形成類似“鉚釘”錨定的效果,有效提升涂料的界面結合牢度與國旗圖案的飽滿度,保障國旗的月面展示效果。
嫦娥六號月面國旗室外成像效果。圖片來源:武漢紡織大學
玄武巖纖維在我國有領先優勢
玄武巖纖維是一種從天然火山巖石中提取的創新材料,經過 1450℃至 1500℃的高溫熔融和鉑銠合金拉絲技術制成。其強度可與高強度 S 型玻璃纖維相媲美,且成本更低。
這種纖維在性能上填補了碳纖維和玻璃纖維之間的空白,具有與 T300 型碳纖維相當的拉伸強度,同時具備出色的耐火性能和對極端溫度的適應能力,可在-269℃至 700℃的溫度范圍內持續工作。
歷史上,英國人威爾斯在 1840 年就已嘗試研發玄武巖纖維。此后,法國人 Paul Dhe 在 1923 年申請了從玄武巖礦石中提取纖維的專利。真正的突破發生在 1954 年,蘇聯科學家成功從玄武巖礦石中提取了玄武巖纖維。20 世紀 60 年代之前,美蘇已開始在軍事領域探索其特性和用途。
我國在玄武巖纖維生產方面起步較晚,但發展很快。目前在工藝及設備運行穩定性、纖維性能、終端纖維制品的開發等方面,已經達到國際領先水平。同時,我國玄武巖資源十分豐富,甘肅、黑龍江、新疆、山西、四川等地均有大量的玄武巖礦產資源分布。我國也已把玄武巖纖維列為重點發展的四大纖維(碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯、玄武巖纖維)之一,實現了工業化生產。
從原料到應用
玄武巖纖維具有優越的化學、物理、力學及耐高溫性能,連續玄武巖纖維可被制成粗紗、細紗、土工布、編織布、短切紗、針刺氈、套管等,進而應用于不同領域。
此外,玄武巖纖維天然抗紫外線(UV)和高能電磁輻射,在低溫下保持其性能,并提供更好的耐酸性。據報道,玄武巖在工人安全和空氣質量方面也具有優越性。由于玄武巖是火山活動的產物,因此纖維化過程比玻璃纖維更環保。此外,玄武巖是 100% 惰性的,也就是說,它與空氣或水沒有毒性反應,是不燃和防爆的。
防火隔熱領域的應用:玄武巖纖維織成的防火布耐高溫、隔熱效果好、無熔融滴落、無有毒氣體排出、無熱收縮,是防火服、防火毯、防火簾的優良材料,耐溫可高達650℃,極限氧指數大于 68, 大大優于芳綸等到有機纖維。
基礎設施領域的應用:玄武巖纖維拉伸強度高、耐酸堿、化學性能穩定,可部分替代碳纖維片,用于基礎設施的修復、更新和加固;亦可替代聚脂纖維、聚炳烯纖維、聚炳烯腈纖維,用于增強砂漿混凝土和瀝青混凝土,具有較強的防滲抗裂功效,可廣泛用于高速公路、飛機跑道、海港碼頭、水電工程建筑等基礎設施領域。
在環保領域的應用:玄武巖纖維是一種新型的綠色環保材料,可用于環保領域有害介質、氣體的過濾、吸附和凈化,特別是在高溫過濾領域,玄武巖纖維的長期使用溫度是650℃,遠優于傳統過濾材料,是過濾基布、過濾材料、耐高溫氈的首選材料。
玄武巖纖維增強塑料的應用:以玄武巖纖維為增強體的復合材料可用于防彈裝甲、雷達罩、炮管熱護、吸波透波隱身材料等國防領域;也可用于車船結構、耐壓耐腐蝕管道、纏繞鋼瓶、印刷電路板等民用領域。