蔚县石头如何织出月背中国红

　　6月4日，嫦娥六号完成月背“挖土”，携带的由玄武岩纤维制成的“石头版”五星红旗，在月球背面成功展开。阳光照射下，五星红旗光彩夺目，闪耀着鲜艳的中国红。

　　令很多人没想到的是，织成这面国旗的原材料玄武岩，竟然来自我省蔚县。

　　玄武岩并不罕见，蔚县玄武岩为何能“蟾宫折桂”？黑乎乎的玄武岩，如何变成月球上那抹鲜艳“中国红”？玄武岩纤维还有哪些应用新空间？

　　为啥选中蔚县石头

　　6月5日一大早，蔚县新源玄武岩矿业有限公司内，来参观的人络绎不绝。

　　就在前一天，嫦娥六号完成月背“挖土”，携带的五星红旗在月球背面成功展开。当鲜艳的五星红旗闪耀月球，作为其制作原料的蔚县玄武岩也迅速“火出圈”。

　　在临时被改造成玄武岩产品展示区的新源公司办公楼一楼大厅，十多个不锈钢器皿里，展示着不同型号的玄武岩纤维原料，大的直径6—9毫米，小的则呈粉末状。公司负责人朱兆春介绍，不同科研单位、企业的熔炉大小不同，对玄武岩纤维原料的需求也不同。

　　“国旗在月背展示后，我们的石头成了宝贝。”朱兆春说，很多客商都给他打来电话咨询产品。

　　记者了解到，此次选择玄武岩织五星红旗，是月面原位建造的实验需要。月球玄武岩较多，未来建造月球基地需要就地取材。月球玄武岩做成片状或者管状建材用于月面建造，比在地球上取材会大大节省成本。

　　可玄武岩在国内并不罕见，为何蔚县玄武岩能“蟾宫折桂”？

　　“河北境内的玄武岩，是国内地层最古老、数量最多、种类最全的玄武岩群之一，其中又以张家口蔚县、阳原县的玄武岩最为丰富优质。”河北地质大学玄武岩纤维材料研究所刘昶江博士介绍，玄武岩由从地球深处喷涌而出的岩浆冷凝形成，华北是中国玄武岩最集中的地区之一，资源储量非常丰富。

　　“我们调查发现，用蔚县玄武岩做出的纤维产品，在全行业首屈一指。”省地矿局国土资源勘查中心生态所负责人李艳晨说，评价拉丝用玄武岩的品质，主要看拉丝的连续性、直径以及抗拉强度等。

　　拿颜色来说，品质上乘的拉丝用玄武岩，拉成的成品丝会呈金色，品质稍差的会呈现深灰色、黑色。蔚县一带的拉丝用玄武岩，拉成的成品丝不仅呈金色，而且又长又细。

　　作为我省唯一开展玄武岩纤维试验及纤维复合材料研究的机构，河北地质大学玄武岩纤维材料研究所对蔚县玄武岩开展了系统研究。

　　“总体上，蔚县玄武岩特征适宜，体现在其主要成分上，比如二氧化硅、氧化铁等成分含量相对适宜，熔化后黏度范围较广，制成的纤维产品性能好而且稳定。”刘昶江表示。

　　凭借这样的优良性能，蔚县玄武岩最终“一步登天”，吸引了全世界的目光。

　　石头如何变国旗

　　“看，这就是制作月面五星红旗的玄武岩纤维原料。”抓起一把灰黑色的玄武岩颗粒，朱兆春向记者展示。

　　看着眼前黑乎乎的石头颗粒，让人很难与色彩鲜艳的五星红旗联想到一起。

　　这些质地坚硬的石头，如何变成软而薄、强而韧的国旗？

　　记者采访得知，嫦娥六号月面国旗展示系统由中国航天三江集团联合武汉纺织大学等单位共同研制。为了让国旗适应任务中高低温交变、高真空及强紫外辐射等极端环境要求，武汉纺织大学纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室徐卫林院士月面国旗团队攻克了玄武岩超细纤维纺丝、纺纱、织造及色彩构建等诸多国际难题。

　　和嫦娥五号在太空飞行仅7天就到达月面不同，此次嫦娥六号自5月3日出发后，在太空飞行了一个月才落月，飞行时间大幅增加。徐卫林院士团队成员曹根阳教授介绍，在奔月、绕月及落月的过程中，高低温反复交替，对国旗环境耐受性要求更高。

　　因此，制作月面国旗，首先要解决的是材料强度以及耐受性问题。

　　曹根阳也曾参与嫦娥五号国旗研发，他介绍，嫦娥五号五星红旗采用芳纶为主的新型复合材料制造，而嫦娥六号五星红旗则采用玄武岩为主的复合材料制造，两相比较，制作嫦娥六号国旗所使用的玄武岩纤维密度高出近一倍，材料强度也更高。

　　“这大大降低了国旗受极端高低温及宇宙辐射影响而产生形变、褶皱的可能性。”曹根阳表示，这保证了国旗不变形。

　　两面五星红旗大小均为300毫米·200毫米，按常理推断，因材料密度更高，嫦娥六号国旗会更重，但实际上，嫦娥六号国旗的重量只有11.3克，比嫦娥五号国旗还要轻0.5克。

　　“这要归功于团队研发的直径仅有头发丝三分之一的超细玄武岩纤维。”曹根阳说。

　　这么细的玄武岩纤维是怎么拉出来的？

　　曹根阳说，一开始玄武岩拉丝怎么也拉不细，后来他们发现拉丝时出现“毛细现象”，于是便改变了拉丝设备的内腔结构，解决了这一难题。最终，团队拉出了8.8特克斯（千米丝线只有8.8克）的玄武岩纤维，实现了突破。

　　将超细玄武岩纤维顺利纺纱、织造，是研究团队攻克的另一个难关。

　　在纺纱环节，为了解决超细玄武岩纤维刚性大、易折断的难题，研发团队试验了30余次，创新了复合成纱理论，并设计了新型复合纱线结构。最终，他们成功实现了高刚性无机纤维玄武岩的无损成纱。

　　纺纱难题克服后，团队还要面对“构建高牢度颜色”这一技术难题——光滑的玄武岩长丝，让国旗的染色、固色相比普通材料困难许多。

　　最终，团队利用织物表面的芳纶短纤毛羽，使颜料中的黏合剂与其形成类似“铆钉”锚定的效果，有效提升涂料界面结合牢度与国旗图案的饱满度，保障国旗的月面展示效果。

　　这一系列问题的解决，还不能意味大功告成。研究团队发现，在高低温交变和绝对真空条件下，五星红旗会串色，黄的串红，红的串黄。此时，徐卫林的科技成果——天然材料微纳米化技术派上用场，该技术让小粒子不再流动，串色问题迎刃而解。

　　2023年12月，首面制作出来的玄武岩五星红旗被送往北京，探月工程一位工程师双手一顿撕扯揉捏，小小五星红旗丝毫不变。

　　不褪色、不串色、不变形，能够抵御月表恶劣环境的玄武岩五星红旗，被正式交付，等待登月旅行。

　　“嫦娥六号国旗交付那天，大家都忍不住流下了眼泪，想到它将在月球上展示，我们每个人都感到自豪。”回忆当时的情形，曹根阳十分激动。

　　石头还能变出什么“神奇”

　　6月5日，行走在蔚县陈家洼乡西部山区一带，宽阔的采石剖面上，密密麻麻地布满了三四十米高的石柱。

　　制作“石头版”五星红旗的原料，就出自这里。

　　通过这面特殊的五星红旗，很多人第一次认识了玄武岩纤维这种神奇材料。

　　随着科技发展与创新，玄武岩纤维作为一种重要的基础纤维材料，成为我国重点发展的四大纤维（玄武岩纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维）之一，在航空航天、消防、环保、车船制造、石油化工、电力电子、体育、医疗以及土木工程等领域，有着广阔的应用前景。

　　在“石头版”国旗研制的同时，月面国旗团队已开启将玄武岩纤维拓展到耐热、阻燃等领域的应用研究，如对阻燃隔热性能要求很高的阻燃防护服装以及高阻燃性箱包等，以进一步发挥玄武岩纤维适应高温等特殊环境的能力。

　　徐卫林表示，作为轻质、柔性防护材料，玄武岩纤维未来在航空航天领域，如宇航服、太空舱、月球基地等场景会有越来越广泛的应用。

　　除了这些高大上领域，玄武岩纤维有没有可能出现在我们的日常生活中？

　　“未来，玄武岩纤维可以作为复合材料，应用在生活的各个方面。”刘昶江举例，玄武岩纤维材料可以制成汽车外壳、风力发电机叶片、自行车骨架、5G基站外层包装材料，以及对抗侵蚀要求较高的海水养殖箱、光伏发电的电池板支架等。“目前在这些领域，大部分都已经有成品了。”他说。

　　而一旦被制成纤维产品，玄武岩将身价倍增。

　　“玄武岩最常见的是用来生产石子，每吨售价只有几十元。”李艳晨介绍，可如果将玄武岩做成纤维，品质最次的每吨售价也得三五千元，好的能到两三万元。

　　最关键的是，玄武岩被拉成丝，理论上一吨原材料能生产一吨成品，损耗率几乎为零。因此，深加工收益相当可观。

　　不仅如此，玄武岩纤维在正常生产加工过程中不产生有毒物质，无废气、废水、废渣排放，是21世纪高新绿色工业材料。

　　去年，省自然资源厅曾在张家口专门开展“阳原县桥梁水一带拉丝用玄武岩调查评价”项目。该项目由省地矿局国土资源勘查中心具体实施，选取阳原县桥梁水一带的玄武岩为试点，调查拉丝用玄武岩分布特征，试验性开展玄武岩拉丝工作。

　　与此同时，项目组还赴贵州、四川等地进行专题调研，全面了解玄武岩开发利用现状。

　　“目前，贵州、四川等地已开始行动。”李艳晨说，四川对玄武岩纤维产业扶持力度很大，依托当地天然气资源丰富、价格低廉等优势，形成以达州和广安为代表的玄武岩纤维产业链。但四川玄武岩资源较少，品质欠佳，拉丝原料只能采用本地辉绿岩加蔚县等地的玄武岩调配而成。

　　“虽然玄武岩纤维市场前景广阔，但当前国内的生产企业成规模的只有三四十家。”刘昶江介绍，制约玄武岩纤维产业化的瓶颈，主要还是前期资金投入大，以及相关技术研发力量缺乏等。

　　我省虽然有大量优质玄武岩资源，但大部分加工企业还停留在售卖原材料的阶段。刘昶江建议，改变这一现状，需要加大政策扶持力度，加强研发投入，支持玄武岩纤维产业发展。“期待用玄武岩的刚柔转换，‘换’出河北新材料产业的新空间。”

　　（来源：《河北日报》记者 周聪聪 郭晓通 王思达）