新聞縱深｜蔚縣石頭如何織出月背中國紅

　　■閱讀提示

　　6月4日，嫦娥六號完成月背“挖土”，攜帶的由玄武巖纖維制成的“石頭版”五星紅旗，在月球背面成功展開。陽光照射下，五星紅旗光彩奪目，閃耀著鮮艷的中國紅。

　　令很多人沒想到的是，織成這面國旗的原材料玄武巖，竟然來自河北蔚縣。

　　玄武巖并不罕見，蔚縣玄武巖為何能“蟾宮折桂”？黑乎乎的玄武巖，如何變成月球上那抹鮮艷“中國紅”？玄武巖纖維還有哪些應(yīng)用新空間？

　　6月4日，五星紅旗在落在月背的嫦娥六號探測器上展開。  新華社發(fā)（國家航天局供圖）

　　為啥選中蔚縣石頭

　　6月5日一大早，蔚縣新源玄武巖礦業(yè)有限公司內(nèi)，來參觀的人絡(luò)繹不絕。

　　就在前一天，嫦娥六號完成月背“挖土”，攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開。當(dāng)鮮艷的五星紅旗閃耀月球，作為其制作原料的蔚縣玄武巖也迅速“火出圈”。

　　在臨時被改造成玄武巖產(chǎn)品展示區(qū)的新源公司辦公樓一樓大廳，十多個不銹鋼器皿里，展示著不同型號的玄武巖纖維原料，大的直徑6—9毫米，小的則呈粉末狀。公司負責(zé)人朱兆春介紹，不同科研單位、企業(yè)的熔爐大小不同，對玄武巖纖維原料的需求也不同。

　　“國旗在月背展示后，我們的石頭成了寶貝。”朱兆春說，很多客商都給他打來電話咨詢產(chǎn)品。

　　記者了解到，此次選擇玄武巖織五星紅旗，是月面原位建造的實驗需要。月球玄武巖較多，未來建造月球基地需要就地取材。月球玄武巖做成片狀或者管狀建材用于月面建造，比在地球上取材會大大節(jié)省成本。

　　可玄武巖在國內(nèi)并不罕見，為何蔚縣玄武巖能“蟾宮折桂”？

　　“河北境內(nèi)的玄武巖，是國內(nèi)地層最古老、數(shù)量最多、種類最全的玄武巖群之一，其中又以張家口蔚縣、陽原縣的玄武巖最為豐富優(yōu)質(zhì)。”河北地質(zhì)大學(xué)玄武巖纖維材料研究所劉昶江博士介紹，玄武巖由從地球深處噴涌而出的巖漿冷凝形成，華北是中國玄武巖最集中的地區(qū)之一，資源儲量非常豐富。

　　“我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，用蔚縣玄武巖做出的纖維產(chǎn)品，在全行業(yè)首屈一指。”省地礦局國土資源勘查中心生態(tài)所負責(zé)人李艷晨說，評價拉絲用玄武巖的品質(zhì)，主要看拉絲的連續(xù)性、直徑以及抗拉強度等。

　　拿顏色來說，品質(zhì)上乘的拉絲用玄武巖，拉成的成品絲會呈金色，品質(zhì)稍差的會呈現(xiàn)深灰色、黑色。蔚縣一帶的拉絲用玄武巖，拉成的成品絲不僅呈金色，而且又長又細。

　　作為我省唯一開展玄武巖纖維試驗及纖維復(fù)合材料研究的機構(gòu)，河北地質(zhì)大學(xué)玄武巖纖維材料研究所對蔚縣玄武巖開展了系統(tǒng)研究。

　　“總體上，蔚縣玄武巖特征適宜，體現(xiàn)在其主要成分上，比如二氧化硅、氧化鐵等成分含量相對適宜，熔化后黏度范圍較廣，制成的纖維產(chǎn)品性能好而且穩(wěn)定?！眲㈥平硎?。

　　憑借這樣的優(yōu)良性能，蔚縣玄武巖最終“一步登天”，吸引了全世界的目光。

　　6月5日，在蔚縣新源玄武巖礦業(yè)有限公司辦公樓一樓大廳，公司負責(zé)人朱兆春展示玄武巖纖維原料。 河北日報記者 郭曉通攝

　　石頭如何變國旗

　　“看，這就是制作月面五星紅旗的玄武巖纖維原料。”抓起一把灰黑色的玄武巖顆粒，朱兆春向記者展示。

　　看著眼前黑乎乎的石頭顆粒，讓人很難與色彩鮮艷的五星紅旗聯(lián)想到一起。

　　這些質(zhì)地堅硬的石頭，如何變成軟而薄、強而韌的國旗？

　　記者采訪得知，嫦娥六號月面國旗展示系統(tǒng)由中國航天三江集團聯(lián)合武漢紡織大學(xué)等單位共同研制。為了讓國旗適應(yīng)任務(wù)中高低溫交變、高真空及強紫外輻射等極端環(huán)境要求，武漢紡織大學(xué)紡織新材料與先進加工技術(shù)國家重點實驗室徐衛(wèi)林院士月面國旗團隊攻克了玄武巖超細纖維紡絲、紡紗、織造及色彩構(gòu)建等諸多國際難題。

　　和嫦娥五號在太空飛行僅7天就到達月面不同，此次嫦娥六號自5月3日出發(fā)后，在太空飛行了一個月才落月，飛行時間大幅增加。徐衛(wèi)林院士團隊成員曹根陽教授介紹，在奔月、繞月及落月的過程中，高低溫反復(fù)交替，對國旗環(huán)境耐受性要求更高。

　　因此，制作月面國旗，首先要解決的是材料強度以及耐受性問題。

　　曹根陽也曾參與嫦娥五號國旗研發(fā)，他介紹，嫦娥五號五星紅旗采用芳綸為主的新型復(fù)合材料制造，而嫦娥六號五星紅旗則采用玄武巖為主的復(fù)合材料制造，兩相比較，制作嫦娥六號國旗所使用的玄武巖纖維密度高出近一倍，材料強度也更高。

　　“這大大降低了國旗受極端高低溫及宇宙輻射影響而產(chǎn)生形變、褶皺的可能性?！辈芨柋硎?，這保證了國旗不變形。

　　兩面五星紅旗大小均為300毫米×200毫米，按常理推斷，因材料密度更高，嫦娥六號國旗會更重，但實際上，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。

　　“這要歸功于團隊研發(fā)的直徑僅有頭發(fā)絲三分之一的超細玄武巖纖維。”曹根陽說。

　　這么細的玄武巖纖維是怎么拉出來的？

　　曹根陽說，一開始玄武巖拉絲怎么也拉不細，后來他們發(fā)現(xiàn)拉絲時出現(xiàn)“毛細現(xiàn)象”，于是便改變了拉絲設(shè)備的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，解決了這一難題。最終，團隊拉出了8.8特克斯（千米絲線只有8.8克）的玄武巖纖維，實現(xiàn)了突破。

　　將超細玄武巖纖維順利紡紗、織造，是研究團隊攻克的另一個難關(guān)。

　　在紡紗環(huán)節(jié)，為了解決超細玄武巖纖維剛性大、易折斷的難題，研發(fā)團隊試驗了30余次，創(chuàng)新了復(fù)合成紗理論，并設(shè)計了新型復(fù)合紗線結(jié)構(gòu)。最終，他們成功實現(xiàn)了高剛性無機纖維玄武巖的無損成紗。

　　紡紗難題克服后，團隊還要面對“構(gòu)建高牢度顏色”這一技術(shù)難題——光滑的玄武巖長絲，讓國旗的染色、固色相比普通材料困難許多。

　　最終，團隊利用織物表面的芳綸短纖毛羽，使顏料中的黏合劑與其形成類似“鉚釘”錨定的效果，有效提升涂料界面結(jié)合牢度與國旗圖案的飽滿度，保障國旗的月面展示效果。

　　這一系列問題的解決，還不能意味大功告成。研究團隊發(fā)現(xiàn)，在高低溫交變和絕對真空條件下，五星紅旗會串色，黃的串紅，紅的串黃。此時，徐衛(wèi)林的科技成果——天然材料微納米化技術(shù)派上用場，該技術(shù)讓小粒子不再流動，串色問題迎刃而解。

　　2023年12月，首面制作出來的玄武巖五星紅旗被送往北京，探月工程一位工程師雙手一頓撕扯揉捏，小小五星紅旗絲毫不變。

　　不褪色、不串色、不變形，能夠抵御月表惡劣環(huán)境的玄武巖五星紅旗，被正式交付，等待登月旅行。

　　“嫦娥六號國旗交付那天，大家都忍不住流下了眼淚，想到它將在月球上展示，我們每個人都感到自豪?！被貞洰?dāng)時的情形，曹根陽十分激動。

　　6月5日，航拍的位于蔚縣陳家洼鄉(xiāng)西部山區(qū)一帶的玄武巖礦。 河北日報記者 耿 輝攝

　　石頭還能變出什么“神奇”

　　6月5日，行走在蔚縣陳家洼鄉(xiāng)西部山區(qū)一帶，寬闊的采石剖面上，密密麻麻地布滿了三四十米高的石柱。

　　制作“石頭版”五星紅旗的原料，就出自這里。

　　通過這面特殊的五星紅旗，很多人第一次認識了玄武巖纖維這種神奇材料。

　　隨著科技發(fā)展與創(chuàng)新，玄武巖纖維作為一種重要的基礎(chǔ)纖維材料，成為我國重點發(fā)展的四大纖維（玄武巖纖維、碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維）之一，在航空航天、消防、環(huán)保、車船制造、石油化工、電力電子、體育、醫(yī)療以及土木工程等領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　在“石頭版”國旗研制的同時，月面國旗團隊已開啟將玄武巖纖維拓展到耐熱、阻燃等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，如對阻燃隔熱性能要求很高的阻燃防護服裝以及高阻燃性箱包等，以進一步發(fā)揮玄武巖纖維適應(yīng)高溫等特殊環(huán)境的能力。

　　徐衛(wèi)林表示，作為輕質(zhì)、柔性防護材料，玄武巖纖維未來在航空航天領(lǐng)域，如宇航服、太空艙、月球基地等場景會有越來越廣泛的應(yīng)用。

　　除了這些高大上領(lǐng)域，玄武巖纖維有沒有可能出現(xiàn)在我們的日常生活中？

　　“未來，玄武巖纖維可以作為復(fù)合材料，應(yīng)用在生活的各個方面?！眲㈥平e例，玄武巖纖維材料可以制成汽車外殼、風(fēng)力發(fā)電機葉片、自行車骨架、5G基站外層包裝材料，以及對抗侵蝕要求較高的海水養(yǎng)殖箱、光伏發(fā)電的電池板支架等。“目前在這些領(lǐng)域，大部分都已經(jīng)有成品了?！彼f。

　　而一旦被制成纖維產(chǎn)品，玄武巖將身價倍增。

　　“玄武巖最常見的是用來生產(chǎn)石子，每噸售價只有幾十元?！崩钇G晨介紹，可如果將玄武巖做成纖維，品質(zhì)最次的每噸售價也得三五千元，好的能到兩三萬元。

　　最關(guān)鍵的是，玄武巖被拉成絲，理論上一噸原材料能生產(chǎn)一噸成品，損耗率幾乎為零。因此，深加工收益相當(dāng)可觀。

　　不僅如此，玄武巖纖維在正常生產(chǎn)加工過程中不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，無廢氣、廢水、廢渣排放，是21世紀(jì)高新綠色工業(yè)材料。

　　去年，省自然資源廳曾在張家口專門開展“陽原縣橋梁水一帶拉絲用玄武巖調(diào)查評價”項目。該項目由省地礦局國土資源勘查中心具體實施，選取陽原縣橋梁水一帶的玄武巖為試點，調(diào)查拉絲用玄武巖分布特征，試驗性開展玄武巖拉絲工作。

　　與此同時，項目組還赴貴州、四川等地進行專題調(diào)研，全面了解玄武巖開發(fā)利用現(xiàn)狀。

　　“目前，貴州、四川等地已開始行動?！崩钇G晨說，四川對玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)扶持力度很大，依托當(dāng)?shù)靥烊粴赓Y源豐富、價格低廉等優(yōu)勢，形成以達州和廣安為代表的玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)鏈。但四川玄武巖資源較少，品質(zhì)欠佳，拉絲原料只能采用本地輝綠巖加蔚縣等地的玄武巖調(diào)配而成。

　　“雖然玄武巖纖維市場前景廣闊，但當(dāng)前國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)成規(guī)模的只有三四十家?！眲㈥平榻B，制約玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，主要還是前期資金投入大，以及相關(guān)技術(shù)研發(fā)力量缺乏等。

　　我省雖然有大量優(yōu)質(zhì)玄武巖資源，但大部分加工企業(yè)還停留在售賣原材料的階段。劉昶江建議，改變這一現(xiàn)狀，需要加大政策扶持力度，加強研發(fā)投入，支持玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！捌诖眯鋷r的剛?cè)徂D(zhuǎn)換，‘換’出河北新材料產(chǎn)業(yè)的新空間?！? （河北日報記者 周聰聰 郭曉通 王思達）

　　6月5日，在蔚縣新源玄武巖礦業(yè)有限公司辦公樓一樓大廳，工作人員展示玄武巖纖維。河北日報記者 郭曉通攝

　　■相 關(guān)

　　“點石成金”的玄武巖纖維

　　玄武巖纖維是一種新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料，主要由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成。

　　如果看一看玄武巖纖維的制作工藝，你一定會被它的“硬核”所震驚：用火山噴發(fā)形成的天然玄武巖石為原料，將其破碎后投入熔窯中，加熱至1450℃—1500℃熔融狀態(tài)，通過鉑銠合金拉絲漏板快速拉制，玄武巖纖維就是這樣被制作出來的。

　　簡而言之，制作玄武巖纖維的工藝，就是把堅硬的火山玄武巖石在高溫下“拉成絲”。

　　玄武巖纖維被制造出來后，具備優(yōu)異的耐高溫和熱震穩(wěn)定性能，能夠在650℃溫度下依然保持不變，還具備與天然玄武巖石頭相媲美的耐久性、耐水性、抗氧化性等。除此之外，玄武巖纖維還具備高彈性模量和抗拉強度、良好的電絕緣性和介電性能、較低的吸濕性以及較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)等特性。

　　這些都使得玄武巖纖維應(yīng)用廣泛。

　　玄武巖纖維的應(yīng)用，最常見的便是建筑領(lǐng)域。由于玄武巖纖維耐腐蝕性能優(yōu)異，因此用玄武巖纖維制成的復(fù)合筋具備高強度，可代替部分鋼筋用于土木工程中，而且由于玄武巖纖維的膨脹系數(shù)與混凝土相近，兩者之間不會產(chǎn)生大的溫度應(yīng)力。

　　除了在建筑行業(yè)的應(yīng)用，玄武巖纖維對于公路建設(shè)而言，起到了“材料革命”的作用。試驗結(jié)果顯示，將玄武巖纖維加入瀝青混料后，與普通改性瀝青混凝土路面相比，高溫穩(wěn)定性提高了62%，低溫抗裂性提高了35%，水穩(wěn)定性提高了25%，路面各項性能均全面提升，路面壽命預(yù)估延長6—8年左右。同時，路面總厚度、工程造價、各階段機械燃油消耗綜合指標(biāo)均不同程度下降。

　　此外，玄武巖纖維還可制成粗紗、細紗、土工布、套管等材料，或者以它為增強體制成用途不同的多種復(fù)合材料，如短切紗、單向布、無捻粗紗、網(wǎng)格等。在車船、航空航天等領(lǐng)域，它還有替代現(xiàn)有玻璃纖維復(fù)合材料的能力，應(yīng)用前景極為廣闊。

　　在軍工方面，玄武巖纖維同樣可以大展身手。由于玄武巖纖維隔熱、耐溫、防火，玄武巖纖維制備的復(fù)合材料可廣泛應(yīng)用于耐溫防熱材料，例如導(dǎo)彈、火箭、火炮的防熱部件。 整理/河北日報記者 王思達