本發明涉及一種可自感知、自發熱的玄武巖纖維復合材料及制備方法，屬于纖維增強復合材料。

背景技術：

1、隨著現代工程技術的不斷發展，纖維增強復合材料因其優異的力學性能、耐腐蝕性和輕質特性，廣泛應用于航空航天、汽車制造、建筑結構等領域。其中玄武巖纖維作為一種新型的天然纖維，因其具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、環保等優點，逐漸成為替代傳統玻璃纖維和碳纖維的理想材料。在實際應用中，玄武巖纖維復合材料不僅具備優異的力學性能，還能夠承受高溫和惡劣環境，因此在建筑、交通、能源等領域的應用前景廣泛。然而，當前大多數玄武巖纖維復合材料的應用過程中，缺乏有效的損傷監測技術，無法及時獲取復合材料的損傷信息，也不能主動調節材料溫度，導致其在惡劣環境下長期使用時，會出現結構失效，進而影響結構的安全性和可靠性。

2、傳統纖維增強復合材料無法主動控制自身溫度，特別是在寒冷環境下，面臨低溫凍裂的風險，自發熱功能能夠使纖維增強復合材料在必要時產生熱量，防止凍結，從而保證纖維增強復合材料在極端條件下的性能穩定。而自感知功能能夠實時監測復合材料內部的結構健康，及時發現復合材料的裂紋、變形或其他損傷，這對于提高結構安全性和延長材料的使用壽命具有重要意義。

3、目前，賦予纖維增強復合材料具有自感知和自發熱功能的技術主要有以下三種，分別是在纖維表面沉積導電粒子、向基體中添加導電粒子以及在復合材料中嵌入導電薄膜。由于纖維增強復合材料的力學性能主要由纖維承擔，在纖維表面沉積導電粒子改變了纖維表面結構，影響了纖維的力學性能，且將導電粒子均勻地沉積在纖維上需要較為復雜的工藝，增加了生產成本和工藝難度，在長期使用中，導電粒子與纖維表面結合不緊密，出現脫落會導致纖維增強復合材料性能下降；而向基體中添加導電粒子，導電粒子的分布受制于材料的混合性和顆粒尺寸，尤其在高應變或疲勞環境下，導電粒子容易發生聚集，從而影響自感知的準確性，此外，導電粒子的加入會使基體的粘度急劇增加，不利于復合材料成型過程。相比于其他兩種方法，在復合材料中嵌入導電薄膜更容易操作，并均勻分布在復合材料中，能夠實現規模化生產，且導電薄膜具有高導電率能夠實現快速發熱，其多孔結構也方便樹脂的滲透，實現與復合材料的牢固結合。

4、然而，由于導電薄膜力學性能差，容易在制備過程中發生損壞，因此我們提出了在兩層碳納米管導電薄膜中加入一層聚丙烯薄膜的方式制備導電復合薄膜，并將其嵌入到玄武巖纖維復合材料表面實現自感知和自發熱功能。與其他可自感知、自發熱的纖維復合材料相比，本發明提出的方法具有操作簡單、經濟效益高、高靈敏度、快速發熱等特點。

技術實現思路

1、本發明主要是克服現有技術中的不足之處，提出了一種可自感知、自發熱的玄武巖纖維復合材料及制備方法，該方法制備的玄武巖纖維復合材料賦予了玄武巖纖維復合材料導電性，使玄武巖纖維復合材料具備了自感知、自發熱功能。

2、本發明解決上述技術問題所提供的技術方案是：一種可自感知、自發熱的玄武巖纖維復合材料及制備方法，包括以下步驟：

3、s1、利用超聲將碳納米管、表面活性劑均勻分散在去離子水中，將得到的碳納米管溶液通過抽濾、烘干，得到碳納米管導電薄膜；

4、s2、將聚丙烯粉末熱壓，得到聚丙烯薄膜；

5、s3、將s2得到的聚丙烯薄膜夾在兩層s1得到的碳納米管導電薄膜中間熱壓，得到導電復合薄膜；

6、s4、將s3得到的導電復合薄膜與玄武巖纖維織物預浸料鋪層，熱壓得到玄武巖纖維復合材料；

7、s5、對s4得到的玄武巖纖維復合材料切割成標準試樣后使用導電銀膠連接電極。

8、進一步的技術方案是，所述步驟s1中的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸鈉、曲拉通x-100中的任意兩種并按比例1：1混合使用。

9、進一步的技術方案是，所述步驟s1中的碳納米管、表面活性劑的質量比為1：4，所述碳納米管的濃度為0.5mg/ml。

10、進一步的技術方案是，所述步驟s1中抽濾采用的濾膜為孔徑為0.22μm的聚四氟乙烯濾膜，抽濾時間為90min。

11、進一步的技術方案是，所述步驟s1中的碳納米管導電薄膜的厚度為120-140μm。

12、進一步的技術方案是，所述步驟s2中的熱壓溫度為180°c、壓力為10mpa，時間為30min。

13、進一步的技術方案是，所述步驟s2中的聚丙烯薄膜厚度為120-150μm。

14、進一步的技術方案是，所述步驟s3中的熱壓溫度為180°c，壓力為1mpa，時間為30-60min。

15、進一步的技術方案是，所述步驟s3中導電復合薄膜厚度為290-350μm，其中聚丙烯薄膜厚度為50-70μm，碳納米管導電薄膜厚度為120-140μm。

16、進一步的技術方案是，所述步驟s4中玄武巖纖維織物預浸料的數量為8片，每4片的鋪層方法為(0/90)/(±45)/(±45)/(0/90)。

17、進一步的技術方案是，所述步驟s4中鋪層方式為將一片導電復合薄膜嵌入玄武巖纖維織物預浸料表面。

18、進一步的技術方案是，所述步驟s5中電極安裝位置為距玄武巖纖維復合材料的兩端5-7mm的位置。

19、進一步的技術方案是，所述步驟s5中電極安裝方式為電極緊貼試樣并沿著寬度方向纏繞試樣一圈。

20、進一步的技術方案是，所述導電銀膠連接電極與標準試樣，厚度為100-150μm。

21、本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種由上述方法制備而成的可自感知、自發熱的玄武巖纖維復合材料。

22、本發明具有以下有益效果：

23、（1）本發明通過在兩層碳納米管導電薄膜中加入一層聚丙烯薄膜熱壓制備導電復合薄膜，與碳納米管導電薄膜相比，導電復合薄膜力學性能得到了提升，從而保證了在后續制備過程中導電復合薄膜的完整性。

24、（2）采用導電復合薄膜集成在玄武巖纖維織物預浸料表面的方法制備玄武巖纖維復合材料，其中導電復合薄膜的多孔結構有利于樹脂浸潤，實現導電復合薄膜與玄武巖纖維復合材料牢固結合，保證了導電復合薄膜與玄武巖纖維復合材料的整體性。

25、（3）通過簡單的抽濾和熱壓方法制備了導電復合薄膜，進一步將導電復合薄膜集成在玄武巖纖維織物預浸料表面制備玄武巖纖維復合材料，這樣的方法操作簡單，可提高玄武巖纖維復合材料的生產效率，實現玄武巖纖維復合材料的規模化生產。

26、（4）本發明通過在玄武巖纖維織物預浸料表面集成導電復合薄膜，使絕緣的玄武巖纖維復合材料表面形成導電網絡，當復合材料表面受到外力作用或發生損傷時，導電復合薄膜原本的導電路徑發生變形，導致玄武巖纖維復合材料電阻發生變化，可通過玄武巖纖維復合材料電阻變化判斷玄武巖纖維復合材料損傷情況，并且由于導電復合薄膜具有密集的導電網絡，因而具有高導電率，當對玄武巖纖維復合材料施加電壓時，由于焦耳效應，玄武巖纖維復合材料表面便會發熱且表面溫度隨電壓變化而變化。因此，玄武巖纖維復合材料表面的導電網絡賦予了玄武巖纖維復合材料自感知和自發熱功能。