Vải dệt hàng không vũ trụ: Ứng dụng của vải dệt trong công nghệ vũ trụ

Tóm tắt​

Việc sử dụng dệt may bắt đầu khi con người cảm thấy cần phải che chắn cơ thể để bảo vệ mình khỏi môi trường khắc nghiệt. Ngày nay, không chỉ quần áo mà cả dệt may cũng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau. Chúng ta đều biết về công nghệ hàng không vũ trụ, nhờ tài năng và sự nỗ lực của con người mà ngày nay chúng ta đã có thể chinh phục không gian. Vai trò của công nghệ hàng không cũng như ngành dệt may kỹ thuật hiện đại là những lý do chính đằng sau sự thành công của các sứ mệnh không gian. Dệt may hàng không vũ trụ là một trong những loại dệt may công nghệ cao, việc sản xuất và sử dụng dệt may trong công nghệ vũ trụ ngày càng tăng. Sự kết hợp giữa công nghệ dệt may và công nghệ hàng không đã tạo ra một lĩnh vực mới được gọi là dệt may hàng không vũ trụ.

Từ khóa: Vải dệt hàng không vũ trụ, Vải dệt kỹ thuật, Vải dệt vũ trụ, Bộ đồ du hành vũ trụ, Vải dệt máy bay, Sợi hiệu suất cao, Vải dệt trong công nghệ vũ trụ, Công nghệ hàng không vũ trụ, Bộ đồ chịu gia tốc (G-suit).

Hình 1: Vải dệt hàng không vũ trụ

Phân loại vải dệt hàng không vũ trụ​

Hiện nay, thiết kế, sản xuất và ứng dụng vật liệu composite dệt trong công nghệ hàng không vũ trụ đã trở thành một ngành công nghiệp rất quan trọng và đầy thách thức. Vật liệu dệt hàng không vũ trụ có thể được chia thành hai loại chính:

1. Vải dệt hàng không.
2. Vải dệt vũ trụ.

1. Vải dệt dùng trong máy bay/tàu vũ trụ:​

Các vật liệu dệt được sử dụng trong máy bay hoặc tàu vũ trụ được gọi là vải dệt hàng không. Ví dụ như: thảm sàn, bọc ghế, các bộ phận cơ thể, tai nghe, tấm ốp tường, thiết kế nội thất máy bay, dù nhảy, v.v. Những sản phẩm này được làm từ một số loại sợi hiệu suất cao và sợi tổng hợp.

2. Vải dệt vũ trụ:​

Ngoài ứng dụng trong ngành hàng không, sợi dệt còn được sử dụng trong sản xuất bộ đồ du hành vũ trụ. Nhiều nguyên liệu thô được sử dụng để may bộ đồ du hành vũ trụ, hay còn gọi là bộ đồ G, bao gồm các loại vải làm từ các sợi tổng hợp khác nhau. Ví dụ, lớp trong cùng của bộ đồ du hành vũ trụ được làm từ vải nylon tricot, lớp giữa được làm bằng spandex, giúp tạo độ đàn hồi cho bộ đồ, và lớp ngoài cùng được làm bằng nylon phủ urethane.

Một số đặc điểm quan trọng của vải dệt hàng không vũ trụ​

1. Khả năng chống mệt mỏi và căng thẳng tốt
2. Chống chịu được các dung môi hóa học và hữu cơ.
3. cách nhiệt và chịu nhiệt
4. Chống cháy
5. Mô đun đàn hồi và độ bền riêng cao
6. Độ ổn định kích thước tốt và sự thoải mái khi sử dụng.
7. Chống lại bức xạ có hại
8. Trọng lượng nhẹ và dễ thao tác.
9. Chống mài mòn và rách
10. Chống ẩm
11. Nên thoải mái và dễ giặt.

Nguyên liệu thô được sử dụng trong ngành dệt may hàng không vũ trụ​

Các loại sợi hiệu năng cao, sợi nano và công nghệ thông minh được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các loại vải đặc biệt như: Polyester, Nylon tricot, Nylon phủ Urethane, Dacron, Kevlar , Carbon, Thủy tinh, Aramid, Nomex, Spandex, Spectra, Lụa, v.v.

Sợi carbon:​

Đây là một loại vật liệu dạng sợi rất mỏng với đường kính khoảng 0,0002 – 0,0004 inch và chứa một lượng lớn nguyên tử carbon vì nó được tạo ra như một sản phẩm phụ trong quá trình cracking dầu thô. Nó còn được gọi là sợi than chì. Sợi carbon nổi tiếng với độ bền riêng cao trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Một số đặc tính cơ bản là:

• Độ bền kéo rất cao.
• Chịu nhiệt
• Không được tiếp xúc với hóa chất.

Sợi Aramid/Kevlar:​

Sợi Aramid được sản xuất từ phản ứng ngưng tụ giữa paraphenylenediamine và terephthaloyl chloride. Nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp dệt may vũ trụ. Kevlar là tên thương mại của sợi Aramid. Một số đặc điểm nổi bật của loại sợi này là: Chịu nhiệt, độ bền riêng cao, mô đun đàn hồi cao, chống mài mòn, độ dẻo dai, chịu nhiệt độ cao, không bắt lửa và độ giòn thấp của vải. Loại sợi này đặc biệt nổi tiếng về chất lượng và hiệu quả cung cấp ổn định, điều này rất quan trọng đối với các sản phẩm hàng không vũ trụ.

Sợi thủy tinh E-Glass:​

Sợi thủy tinh là vật liệu gia cường phổ biến nhất được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Mật độ của sợi thủy tinh cao hơn sợi carbon và bền hơn bất kỳ loại sợi vô cơ nào khác. Thủy tinh E-glass ban đầu được sản xuất để làm dây dẫn điện. Sau đó, người ta nhận thấy nó có khả năng tạo sợi tuyệt vời và nó thường được gọi là sợi thủy tinh. Nó được sử dụng độc quyền để làm cho bất kỳ vật thể nào trở nên bền chắc hơn. Thủy tinh E-glass còn được gọi là sợi borosilicate. Các đặc tính quan trọng của sợi thủy tinh E-glass được trình bày dưới đây.

• Độ bền kéo cao
• Khả năng chịu nhiệt cao
• Tính ổn định chiều cao
• Khả năng chống cháy và dẫn nhiệt tốt
• Khả năng kháng hóa chất tốt
• Khả năng chống ăn mòn

Sợi alumina-boria-silica:​

Nextel là tên thương mại của sợi alumina-boria-silica. Độ bền của sợi này vẫn không thay đổi. Nó thể hiện tính dẻo dai ngay cả khi bị nén nhẹ ở nhiệt độ lên đến 1100 ° C.

Sợi cacbua silic:​

Loại sợi này rất giống với sợi carbon.

• Khả năng chịu nhiệt.
• Độ đàn hồi
• Khả năng chống ăn mòn
• Chịu được nhiệt độ lên đến khoảng 1500 ° C.

Sợi nylon:​

Nylon 6: Sợi nylon 6 được làm từ hexamethylene diamine và axit adipic. Một số đặc tính cơ bản của nylon là khả năng chịu nhiệt, chống mài mòn, v.v. Điểm nóng chảy của sợi là 258 ° C.

Graphene:​

Graphene là một vật liệu quan trọng trong công nghệ hàng không vũ trụ. Nó bao gồm một lớp màng mỏng chỉ dày một nguyên tử và một nhóm các nguyên tử carbon. Một số ứng dụng gần đây bao gồm lớp phủ graphene làm vật liệu đa chức năng cho cấu trúc tàu vũ trụ và máy bay, nhựa epoxy dẫn điện và thiết bị điện tử hàng không.

Một số ứng dụng quan trọng của vải dệt hàng không vũ trụ​

1. Bộ đồ vũ trụ
2. G-Suite
3. Dù và Khinh khí cầu
4. Thảm trải sàn
5. Bọc ghế và dây an toàn
6. Các bộ phận cơ thể và đôi cánh
7. Tai nghe
8. Giấy dán tường & Rèm cửa
9. Bọc ghế tàu con thoi
10. Bọc ghế máy bay
11. Vải kỹ thuật
12. Vật liệu composite gia cường bằng sợi
13. Bình nhiên liệu và cánh quạt
14. Túi khí , v.v.

Bộ đồ vũ trụ​

Trên thực tế, bộ đồ du hành vũ trụ không chỉ là một bộ quần áo, nó còn được gọi là "Tàu vũ trụ một người". Tên chính thức của bộ đồ du hành vũ trụ là "Bộ đồ di chuyển ngoài không gian - EMU". Một phi hành gia cần mặc một bộ đồ du hành vũ trụ được chuẩn bị kỹ lưỡng, trang bị đầy đủ và không có lỗi, nhờ đó phi hành gia có thể ra khỏi tàu vũ trụ và tự điều khiển bản thân. Bộ đồ du hành vũ trụ là cần thiết để hạ cánh xuống các hành tinh mới. Nói chung, bộ đồ du hành vũ trụ hay EMU là một bộ quần áo và thiết bị bảo hộ được thiết kế đặc biệt, đảm bảo vị trí an toàn, khả năng điều hướng và sự sống còn của phi hành gia trong môi trường khắc nghiệt bên trong và bên ngoài tàu vũ trụ.

Cấu trúc và chức năng của các bộ phận khác nhau trong bộ đồ du hành vũ trụ​

• Cụm thiết bị truyền thông (CCA)
• Áo khoác làm mát và thông gió bằng chất lỏng (LCVG)
• Quần áo thấm hút tối đa (MAG)
• Bộ mũ bảo hiểm và tấm che mặt ngoài không gian (HEVA)
• Thân trên cứng cáp kèm cụm tay (HUT)
• Mô-đun hiển thị và điều khiển (DCM)
• Lắp ráp cánh tay và găng tay
• Cụm thân dưới
• Hệ thống hỗ trợ sự sống di động (PLSS)

Hình 3: Các bộ phận của bộ đồ du hành vũ trụ

Bộ đồ G​

Bộ đồ G-suit là một loại trang phục bay đặc biệt, được các phi công, nhà du hành vũ trụ hoặc phi công chiến đấu mặc trong các máy bay phải chịu lực gia tốc trọng trường cao. Bộ đồ G-suit được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau như mũ bảo hiểm, bộ phận giảm áp (LPU), áo phao cứu sinh, bộ đồ bay Nomex, giày chiến đấu, găng tay, v.v. Bộ đồ G-suit chứa không khí hoặc chất lỏng có thể duy trì/kiểm soát áp suất cao và cân bằng các bộ phận cơ thể của phi hành gia hoặc phi công bằng van cảm biến gia tốc. Đây là một loại vải thông minh dành cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ.

Hình 4: Bộ đồ G-Suit

Dù​

Dù cũng là một phần của ngành dệt may hàng không vũ trụ. Dù được sử dụng làm vật liệu bảo hộ cho phi công, người điều khiển máy bay và hành khách. Dù được làm từ nhiều loại sợi hiệu suất cao khác nhau như Nylon, Polyester, Kevlar, Nomex, v.v. Có nhiều loại dù khác nhau như dù tròn, dù hình chữ thập, dù hình vòng, dù cánh Rogallo, dù ruy băng và vòng, dù khí nén, v.v. Một số đặc điểm quan trọng là khả năng chống tia cực tím, chịu nhiệt và chống mài mòn, chống thấm nước, độ bền riêng cao và trọng lượng nhẹ.

Hình 5: Dù

Thiết kế nội thất máy bay/tàu vũ trụ​

Bên trong tàu vũ trụ và máy bay, nhiều loại vật liệu composite dệt được sử dụng để thiết kế nội thất. Từ vải bọc nội thất đến vật liệu phủ tường, thảm trải sàn, ghế ngồi và dây an toàn, rèm cửa và các chi tiết thiết kế nội thất khác đều được làm từ vật liệu composite dệt. Các công nghệ tiên tiến như sợi siêu nhỏ và nano, sợi hiệu suất cao, polyme, v.v. đã cách mạng hóa việc ứng dụng vật liệu dệt trong thiết kế nội thất của máy bay/tàu vũ trụ.

Hình 6: Thiết kế nội thất máy bay và tàu vũ trụ

Những hướng phát triển tương lai của​

Bộ đồ du hành vũ trụ thực hiện nhiều nhiệm vụ chức năng, bảo vệ các phi hành gia trong tàu vũ trụ và ngoài không gian. Tuy nhiên, bộ đồ du hành vũ trụ hiện đại vẫn chưa đủ tiên tiến. NASA đang chuẩn bị bộ đồ du hành vũ trụ Z-2 nguyên mẫu cho các thế hệ tiếp theo. Thời tiết trên sao Hỏa cực kỳ khắc nghiệt, đây là thách thức lớn nhất trong việc chế tạo bộ đồ du hành vũ trụ. Chưa có mẫu vật nào từ sao Hỏa trở về Trái đất. Trong trường hợp đó, các kỹ sư chế tạo bộ đồ du hành vũ trụ đang cân nhắc rằng bộ đồ du hành vũ trụ do NASA chế tạo không được bị ảnh hưởng bởi môi trường sao Hỏa.

Các nhà sản xuất dệt may hàng không vũ trụ​

1. Boeing, Hoa Kỳ
2. Airbus
3. Lockheed Mastin, Hoa Kỳ
4. Nhà công nghệ liên hiệp, Hoa Kỳ
5. Raytheon, Hoa Kỳ

Nữ phi hành gia đầu tiên (Công nhân dệt may)​

Rất ít người chưa từng nghe đến “Valentina Tereshkova”. Bà là nữ phi hành gia trẻ tuổi đầu tiên. Từ nhỏ, ước mơ của bà là trở thành phi hành gia, luôn nghĩ rằng một ngày nào đó mình sẽ trở thành phi công và nhảy dù từ máy bay. Từ giấc mơ đó, bà đã có thể du hành vào vũ trụ, trải qua ba ngày ngoài không gian và bay quanh Trái đất 48 lần. Điều đáng ngạc nhiên là bà từng là một công nhân dệt may. Valentina Tereshkova hiện đã 88 tuổi. Ước mơ của người phụ nữ dũng cảm này vẫn chưa thành hiện thực. Bà vẫn mơ về việc chinh phục sao Hỏa một lần nữa. NASA muốn đưa con người lên sao Hỏa vào những năm 1930 của thế kỷ này. Biết rằng các phi hành gia sẽ không bao giờ trở về Trái đất, Tereshkova gần đây đã bày tỏ mong muốn được tham gia vào sứ mệnh đó.

Hình 7: Valentina Tereshkova

Phần kết luận​

Ngành dệt may luôn đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ. Có lẽ, chính nhờ công nghệ dệt may thông minh mà con người mới có thể chinh phục không gian ngày nay. Việc cải thiện các đặc tính chức năng của vải dệt vũ trụ thông qua nghiên cứu sâu hơn là điều hoàn toàn khả thi. Và biết đâu một ngày nào đó, chúng ta sẽ chinh phục sao Hỏa bằng công nghệ mới kết hợp với vải dệt. Vải dệt vũ trụ là một phần quan trọng để hiện thực hóa giấc mơ đó.

Tài liệu tham khảo:​

1. Roshan Paul “Vải dệt kỹ thuật hiệu năng cao” Ấn bản này được xuất bản lần đầu năm 2019.
2. Richard Horrocks, Subhash C. Anand “Cẩm nang về vải kỹ thuật”, Tập 1: Các quy trình dệt kỹ thuật, Phiên bản thứ hai.
3. Ứng dụng dệt may trong ngành hàng không vũ trụ, do Tiến sĩ Faheem Uddin, Khoa Dệt may, Trường Khoa học và Công nghệ, Đại học Quản lý và Công nghệ biên soạn.
4. textilelearner.net Ngày truy cập: 09/03/2021
5. www.textileblog.com Ngày truy cập: 09/03/2021
6. textilefocus.com | Ngày truy cập: 09/03/2021
7. www.slideshare.net | Ngày truy cập: 07/03/2021
8. indiantextilejournal.com | Ngày truy cập: 07/03/2021

Tác giả bài viết:
Md. Imran Hossain,
Cử nhân Kỹ thuật Dệt may,
Trường Cao đẳng Kỹ thuật Dệt may Shahid Abdur Rab Serniabat, Barisal.
Email: mdimranhossain.te@gmail.com

Nguồn: www.textileblog.com