[发明专利]具有损伤自感知能力的玄武岩纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了属于纤维增强复合材料技术领域的具有损伤自感知能力的玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：将导电填料、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸和去离子水混合超声，加入壳聚糖恒温搅拌得到带正电的悬浮液；将导电填料、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和去离子水混合超声得到带负电的悬浮液；将脱浆玄武岩纤维、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和去离子水混合超声，过滤；得到的玄武岩纤维依次浸泡在正、负电悬浮液中，过滤干燥；将得到的玄武岩纤维与聚合物混合，热压制成玄武岩纤维复合材料；本发明通过静电自组装在玄武岩纤维表面沉积导电填料，增加其表面粗糙度，提升复合材料的力、电性能，赋予复合材料损伤自感知的功能。

技术领域

本发明涉及具有损伤自感知能力的玄武岩纤维复合材料的制备方法，属于纤维增强复合材料技术领域。

背景技术

纤维增强复合材料因为其高的质量强度比、低密度、良好的力学性能和耐温性，作为结构材料，被广泛应用于航空航天、船舶、汽车工业、土木建筑等领域。随着纤维增强复合材料在各行各业市场价值的发掘，在其服役期间的安全性以及维修的经济效益受到了越来越多的关注。因此，纤维增强复合材料的线上监测，比如原位损伤监测，相较于线下监测的技术手段，对于纤维增强复合材料在市场的应用价值有着更为重要的意义。近年来，玄武岩纤维在国际和国内得到了大力的发展，因为玄武岩纤维比玻璃纤维更高的强度，比碳纤维更低的价格，受到了国内外企业和学者的追捧。

赋予玄武岩纤维复合材料损伤监测功能有以下三种方式。第一种是在玄武岩纤维复合材料中嵌入传感器。这种方式虽然可以对玄武岩纤维复合材料进行损伤检测，但嵌入传感器的同时会在复合材料中引入应力集中点，降低复合材料整体的力学性能；并且由于嵌入传感器与宿主材料之间的强度异质，导致其发生损伤的不同步性，嵌入传感器自身的损伤而被误识别成宿主材料的损伤，造成监测信息的误判。第二种方式是在复合材料的基体中加入导电纳米填料，包括碳纳米管、炭黑、石墨烯以及他们的混合物。在基体中加入导电纳米填料毫无疑问地增加基体的粘度，加大复合材料制备的难度和生产成本；另外，纤维的过滤效应使导电纳米填料不能有效地进入到纤维内部；导电纳米填料的团聚也是这种方法难以克服的一大缺点。第三种方式是通过物理或者化学的方式在纤维表面沉积导电纳米填料，这种方法是目前有效的玄武岩纤维复合材料损伤检测的实现方法。

然而，目前沉积导电纳米填料的方法，包括浸涂、喷涂、化学气相沉积、电泳沉积等，存在着一些问题，比如浸涂和喷涂在纤维表面沉积的导电纳米填料分布不均，不均匀的导电纳米填料在复合材料中产生应力集中点，导致复合材料性能的下降；化学气相沉积有着高温等苛刻的实施条件，会损伤纤维的自身结构，使纤维的固有性能退化，并且催化剂的分离加大了实际的操作难度；电泳沉积的实施设备较为昂贵，需要额外的导电材料作为玄武岩纤维沉积的电极，并且纤维在沉积的过程中需要多次翻面以达到导电纳米填料沉积均匀的目的。在这一系列的挑战中，我们提出一种通过静电吸附自组装的方法在玄武岩纤维表面沉积导电纳米填料，以制备具有损伤自感知功能的玄武岩纤维复合材料。相比较于其他沉积导电纳米填料的方法，静电吸附自组装具有操作简单、经济效益高、沉积均一性高、沉积条件温和等特点。因此，本发明采取静电吸附自组装的方法在玄武岩纤维表面沉积导电纳米填料，以制备具有损伤自感知功能的玄武岩纤维复合材料。

发明内容

本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出具有损伤自感知能力的玄武岩纤维复合材料的制备方法，该方法制备的玄武岩纤维复合材料不仅提高其力学性能，还实现了高的电导率，同时具备着损伤监测的功能。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：具有损伤自感知能力的玄武岩纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将导电填料、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸和去离子水混合超声，随后加入壳聚糖恒温搅拌，得到带正电的悬浮液；

S2、将导电填料、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和去离子水混合超声得到带负电的悬浮液；

S3、将脱浆玄武岩纤维、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和去离子水混合超声，过滤；