航空航天用紡織品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其科技創(chuàng)新模式分析

航空航天用紡織品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其科技創(chuàng)新模式分析摘要：文章對近幾年航空航天領(lǐng)域用紡織品與技術(shù)朝民用行業(yè)的轉(zhuǎn)變現(xiàn)狀加以盤點(diǎn)與總結(jié)，且詳細(xì)探究了技術(shù)創(chuàng)新模式，希望為國內(nèi)航空航天領(lǐng)域用紡織品技術(shù)研發(fā)與紡織軍民統(tǒng)一發(fā)展提供借鑒。關(guān)鍵詞：航空航天；紡織品科技；納米材料；技術(shù)創(chuàng)新紡織行業(yè)在新中國成立初期就確定了支柱行業(yè)的地位，改革開放期間，是對外開放的領(lǐng)頭兵、經(jīng)濟(jì)體系轉(zhuǎn)型的先行者、我國工業(yè)化進(jìn)度的母親產(chǎn)業(yè)，紡織業(yè)始終維持穩(wěn)定、健康發(fā)展的趨勢。近幾年，伴隨電子數(shù)字、汽車制造業(yè)等行業(yè)在社會經(jīng)濟(jì)上地位的逐漸突出，紡織產(chǎn)業(yè)慢慢被標(biāo)簽為“夕陽行業(yè)”。實(shí)際上，改革開放進(jìn)程中，紡織產(chǎn)業(yè)不但支柱行業(yè)地位一直未動搖，還在技術(shù)不斷變化中持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，以高科技水平、高附加值為特點(diǎn)的行業(yè)用紡織品用作行業(yè)發(fā)展新動力。航空航天領(lǐng)域紡織品技術(shù)基本現(xiàn)狀傳統(tǒng)含義上顯示，航空航天領(lǐng)域紡織品包括紡織復(fù)合物、宇航服和降落傘三種。伴隨紡織材料與科技的創(chuàng)新，新的紡織材料與織品于航空航天方面的使用已持續(xù)拓展，原來的依靠紡織復(fù)合物、宇航服與降落傘三大類已無法徹底涵蓋航空航天行業(yè)紡織品范圍。由此，本文按照公開資料逐步整理了航空航天產(chǎn)業(yè)紡織材料與紡織品的類型、使用領(lǐng)域與發(fā)展方向，由此歸納了紡織材料與紡織品于航空航天產(chǎn)業(yè)的使用優(yōu)勢。伴隨航空航天領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，尤其是空間站時代的進(jìn)步，新的太空探索工作與太空生活、試驗(yàn)等開始對紡織材料和紡織品提出大量需求與更高標(biāo)準(zhǔn)。針對紡織品于高強(qiáng)重比與輕量化、適應(yīng)環(huán)境與近體仿形成型、自動化與功能性等方面，近些年，紡織材料與技術(shù)備受重視與深度探究。航空航天產(chǎn)業(yè)紡織品技術(shù)創(chuàng)新分析2.1納米材料實(shí)現(xiàn)航天設(shè)備輕量化2.1.1納米原材料輕量化屬于航空航天設(shè)備最重要的研發(fā)課題，特別是對太陽系很遠(yuǎn)天體的探究工作和為空間站服務(wù)的航空貨運(yùn)，因?yàn)橹亓慷鸬母叱杀締栴}會導(dǎo)致航天器必須取得輕量化[1]。據(jù)研究，航天飛機(jī)機(jī)體重量每減少1千克，其發(fā)射投資就能節(jié)省1.5萬美元（圖1）。盡管碳纖維的輕量化與各種性能優(yōu)勢已使之普遍用于航空航天方面，但在追求逐漸輕量化階段其性能很難突破，而納米材料的產(chǎn)生就為航空航天設(shè)備的強(qiáng)量化提供了新的成果。NASA計算機(jī)創(chuàng)模研究顯示，采用CNTs增強(qiáng)復(fù)合物能夠使運(yùn)載火箭機(jī)體重量削減30%。在航天器上采用碳納米材料，既能減小運(yùn)載火箭自重，也能夠提高航天器結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提升耐用性與安全性[2]。NASA已進(jìn)行諸多CNTs增強(qiáng)復(fù)合物用于航空航天的試驗(yàn)，如和Nanocomp企業(yè)合作研發(fā)出CNT紗線與片材，且將之用作機(jī)體的低溫推進(jìn)劑設(shè)備，已在2017年5月搭載火箭做好了飛行檢測。航天機(jī)體的低溫推進(jìn)劑設(shè)備沒有裝材料時重量一般是航天器重量的一般，CNT復(fù)合物的應(yīng)用將大幅度削減其重量。另外，NASA還采用Pyrograr企業(yè)的PR-19型CNF探究了其增強(qiáng)復(fù)合物的性能特點(diǎn)，結(jié)果表明，含CNF的PI復(fù)合物既具備輕量化優(yōu)點(diǎn)，也能優(yōu)化材料熱失重效果與耐老化效果（能提升38%）。當(dāng)前，選擇納米纖維用作增強(qiáng)相的先進(jìn)復(fù)合物已充分體現(xiàn)了其在航空航天方面的使用前景，被視為“新一代輕質(zhì)構(gòu)造的工程復(fù)合物”。特別是CNTs與石墨烯材料，既具有良好的力學(xué)性能，也具備較好的電學(xué)性能與熱傳導(dǎo)作用，在復(fù)合物損傷測試、修復(fù)、智能復(fù)合物等方面有著先天優(yōu)點(diǎn)。但是，需在宏觀尺度配件上挖掘其在納米尺度方面的良好性能依舊比較有挑戰(zhàn)，主要原因是為了使用大型配件，其需要加工成紗線、織品、片材和其他大尺度產(chǎn)品，這會引進(jìn)CNTs間、束和束間的弱環(huán)[3]。由此，NASA的LRC中心經(jīng)蔗糖脫水研制了碳黏合劑，能夠制出輕質(zhì)且宏觀尺度方面力學(xué)性能好的CNTs紗線與織品及其石墨烯片材料。因?yàn)檎崽浅杀旧?、易得到，所以該方法為研制CNTs/石墨烯基復(fù)合物帶來了一條經(jīng)濟(jì)性好的新途徑，這種技術(shù)有望促使CNTs/石墨烯增強(qiáng)復(fù)合物用在航空航天設(shè)備上、太空棲息地和對輕量化與力學(xué)性能有較高要求的民用產(chǎn)品方面。圖1重量每減小1千克為航空航天設(shè)備創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利益2.1.2柔性氣凝膠與復(fù)合物氣凝膠是全球最輕固體，由于高比表面積與低導(dǎo)熱率，被選作航空航天設(shè)備耐熱用材。1999年，NASA研發(fā)出了密度是3mg/cm3的SiO2氣凝聚，是全球最輕的固體物。但因?yàn)楣铓饽z比較脆性、濕度敏感等性質(zhì)限制了其應(yīng)用，NASA長時間以來始終支持深入探究耐久性氣凝聚，針對一種航天設(shè)備著陸用的輕質(zhì)、韌性的充氣減速器用材的要求，NASAGRC的研究者首先組織了采取聚合物增強(qiáng)硅氣凝膠分析其耐用性，得知聚合物增強(qiáng)硅氣凝膠相較于硅氣凝膠密度增倍、比表面削減30%-50%，但強(qiáng)度提高了兩個數(shù)量級，可是其強(qiáng)度依舊無法符合航天器減速用材的需求。之后又和阿克倫大學(xué)聯(lián)合組織了POSS交聯(lián)的PI氣凝膠，研制出密度是0.12g/cm3、間隙率是90%的PI氣凝膠。該種材料能承受1100°F的高溫達(dá)1.5min，進(jìn)而保證進(jìn)到大氣層時耐燒蝕；強(qiáng)度屬于聚合體增強(qiáng)硅氣凝膠的五倍，能制出更?。ê穸?.05cm）的材料以符合可折疊保存于航天器內(nèi)的需求，有效彌補(bǔ)了硅氣凝膠于重量、費(fèi)用、柔韌度以及耐久性等層面的存在的問題[4]。當(dāng)前，這種材料已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化且朝著民用領(lǐng)域推行，既能用作航天設(shè)備的防熱用材、充氣降速器選材、宇航服，也能用于室外服裝和其他室外用品。另外，針對氣凝膠與纖維物料，NASA開始研發(fā)可以符合航天器配件材料與防熱材料需求的多功能復(fù)合物。如NASAKSC的研發(fā)者研制了多功能氣凝膠或纖維混雜層壓復(fù)合物的加工辦法，能通過采用多種纖維層、多種氣凝膠厚度和多種復(fù)合結(jié)構(gòu)，加工出多功能復(fù)合物。該種輕量化、強(qiáng)度好的多功能復(fù)合物能符合航空航天設(shè)備在防熱、防沖擊、能量吸入、吸聲等需求，且能用在汽車、船舶、工程、LNG運(yùn)輸運(yùn)送器材和軍事防護(hù)等方面。2.2C/C復(fù)合物伴隨空間技術(shù)的進(jìn)步，人類研究太空的腳步不斷加快。國際空間探測科技霸主美國自特朗普上位后，提出了在21世紀(jì)完結(jié)之前完成太陽系載人探究目標(biāo)。其中一項(xiàng)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)就是太陽探測。NASA順利發(fā)出“帕克太陽探測器”，第一次飛向太陽外層面的日冕地方對太陽實(shí)現(xiàn)近距離細(xì)致探測。這項(xiàng)任務(wù)代表了探測器要可以承擔(dān)500℃-1400℃的保溫，也要抵抗強(qiáng)大的太陽輻射，及其探測器由發(fā)射至進(jìn)到太陽外層面與返回階段激烈變動溫度的影響。由此，工程師給帕克太陽探測器規(guī)劃了由兩層C/C復(fù)合物面材與一層約11.43厘米厚的碳泡沫芯層構(gòu)成的隔熱罩。參考文獻(xiàn)：[1]祁飛.針織技術(shù)在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用[J].紡織報告,2019(05):10-11+20.[2]張蔭楠,趙永霞.航空航天用紡織品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及其科技創(chuàng)新模式探討[J].紡織導(dǎo)