航空航天用纺织品技术发展现状及其科技创新模式分析

航空航天用纺织品技术发展现状及其科技创新模式分析摘要：文章对近几年航空航天领域用纺织品与技术朝民用行业的转变现状加以盘点与总结，且详细探究了技术创新模式，希望为国内航空航天领域用纺织品技术研发与纺织军民统一发展提供借鉴。关键词：航空航天；纺织品科技；纳米材料；技术创新纺织行业在新中国成立初期就确定了支柱行业的地位，改革开放期间，是对外开放的领头兵、经济体系转型的先行者、我国工业化进度的母亲产业，纺织业始终维持稳定、健康发展的趋势。近几年，伴随电子数字、汽车制造业等行业在社会经济上地位的逐渐突出，纺织产业慢慢被标签为“夕阳行业”。实际上，改革开放进程中，纺织产业不但支柱行业地位一直未动摇，还在技术不断变化中持续创新发展，以高科技水平、高附加值为特点的行业用纺织品用作行业发展新动力。航空航天领域纺织品技术基本现状传统含义上显示，航空航天领域纺织品包括纺织复合物、宇航服和降落伞三种。伴随纺织材料与科技的创新，新的纺织材料与织品于航空航天方面的使用已持续拓展，原来的依靠纺织复合物、宇航服与降落伞三大类已无法彻底涵盖航空航天行业纺织品范围。由此，本文按照公开资料逐步整理了航空航天产业纺织材料与纺织品的类型、使用领域与发展方向，由此归纳了纺织材料与纺织品于航空航天产业的使用优势。伴随航空航天领域的持续发展，尤其是空间站时代的进步，新的太空探索工作与太空生活、试验等开始对纺织材料和纺织品提出大量需求与更高标准。针对纺织品于高强重比与轻量化、适应环境与近体仿形成型、自动化与功能性等方面，近些年，纺织材料与技术备受重视与深度探究。航空航天产业纺织品技术创新分析2.1纳米材料实现航天设备轻量化2.1.1纳米原材料轻量化属于航空航天设备最重要的研发课题，特别是对太阳系很远天体的探究工作和为空间站服务的航空货运，因为重量而引起的高成本问题会导致航天器必须取得轻量化[1]。据研究，航天飞机机体重量每减少1千克，其发射投资就能节省1.5万美元（图1）。尽管碳纤维的轻量化与各种性能优势已使之普遍用于航空航天方面，但在追求逐渐轻量化阶段其性能很难突破，而纳米材料的产生就为航空航天设备的强量化提供了新的成果。NASA计算机创模研究显示，采用CNTs增强复合物能够使运载火箭机体重量削减30%。在航天器上采用碳纳米材料，既能减小运载火箭自重，也能够提高航天器结构质量，提升耐用性与安全性[2]。NASA已进行诸多CNTs增强复合物用于航空航天的试验，如和Nanocomp企业合作研发出CNT纱线与片材，且将之用作机体的低温推进剂设备，已在2017年5月搭载火箭做好了飞行检测。航天机体的低温推进剂设备没有装材料时重量一般是航天器重量的一般，CNT复合物的应用将大幅度削减其重量。另外，NASA还采用Pyrograr企业的PR-19型CNF探究了其增强复合物的性能特点，结果表明，含CNF的PI复合物既具备轻量化优点，也能优化材料热失重效果与耐老化效果（能提升38%）。当前，选择纳米纤维用作增强相的先进复合物已充分体现了其在航空航天方面的使用前景，被视为“新一代轻质构造的工程复合物”。特别是CNTs与石墨烯材料，既具有良好的力学性能，也具备较好的电学性能与热传导作用，在复合物损伤测试、修复、智能复合物等方面有着先天优点。但是，需在宏观尺度配件上挖掘其在纳米尺度方面的良好性能依旧比较有挑战，主要原因是为了使用大型配件，其需要加工成纱线、织品、片材和其他大尺度产品，这会引进CNTs间、束和束间的弱环[3]。由此，NASA的LRC中心经蔗糖脱水研制了碳黏合剂，能够制出轻质且宏观尺度方面力学性能好的CNTs纱线与织品及其石墨烯片材料。因为蔗糖成本少、易得到，所以该方法为研制CNTs/石墨烯基复合物带来了一条经济性好的新途径，这种技术有望促使CNTs/石墨烯增强复合物用在航空航天设备上、太空栖息地和对轻量化与力学性能有较高要求的民用产品方面。图1重量每减小1千克为航空航天设备创造的经济利益2.1.2柔性气凝胶与复合物气凝胶是全球最轻固体，由于高比表面积与低导热率，被选作航空航天设备耐热用材。1999年，NASA研发出了密度是3mg/cm3的SiO2气凝聚，是全球最轻的固体物。但因为硅气凝胶比较脆性、湿度敏感等性质限制了其应用，NASA长时间以来始终支持深入探究耐久性气凝聚，针对一种航天设备着陆用的轻质、韧性的充气减速器用材的要求，NASAGRC的研究者首先组织了采取聚合物增强硅气凝胶分析其耐用性，得知聚合物增强硅气凝胶相较于硅气凝胶密度增倍、比表面削减30%-50%，但强度提高了两个数量级，可是其强度依旧无法符合航天器减速用材的需求。之后又和阿克伦大学联合组织了POSS交联的PI气凝胶，研制出密度是0.12g/cm3、间隙率是90%的PI气凝胶。该种材料能承受1100°F的高温达1.5min，进而保证进到大气层时耐烧蚀；强度属于聚合体增强硅气凝胶的五倍，能制出更薄（厚度0.05cm）的材料以符合可折叠保存于航天器内的需求，有效弥补了硅气凝胶于重量、费用、柔韧度以及耐久性等层面的存在的问题[4]。当前，这种材料已实现产业化且朝着民用领域推行，既能用作航天设备的防热用材、充气降速器选材、宇航服，也能用于室外服装和其他室外用品。另外，针对气凝胶与纤维物料，NASA开始研发可以符合航天器配件材料与防热材料需求的多功能复合物。如NASAKSC的研发者研制了多功能气凝胶或纤维混杂层压复合物的加工办法，能通过采用多种纤维层、多种气凝胶厚度和多种复合结构，加工出多功能复合物。该种轻量化、强度好的多功能复合物能符合航空航天设备在防热、防冲击、能量吸入、吸声等需求，且能用在汽车、船舶、工程、LNG运输运送器材和军事防护等方面。2.2C/C复合物伴随空间技术的进步，人类研究太空的脚步不断加快。国际空间探测科技霸主美国自特朗普上位后，提出了在21世纪完结之前完成太阳系载人探究目标。其中一项关键的挑战就是太阳探测。NASA顺利发出“帕克太阳探测器”，第一次飞向太阳外层面的日冕地方对太阳实现近距离细致探测。这项任务代表了探测器要可以承担500℃-1400℃的保温，也要抵抗强大的太阳辐射，及其探测器由发射至进到太阳外层面与返回阶段激烈变动温度的影响。由此，工程师给帕克太阳探测器规划了由两层C/C复合物面材与一层约11.43厘米厚的碳泡沫芯层构成的隔热罩。参考文献：[1]祁飞.针织技术在产业用纺织品领域的应用[J].纺织报告,2019(05):10-11+20.[2]张荫楠,赵永霞.航空航天用纺织品技术发展现状及其科技创新模式探讨[J].纺织导