本发明涉及一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体及其制备方法，属于复合材料。
背景技术：
1、玄武岩纤维是一种新型的环保型硅酸盐纤维，由天然火山喷出岩玄武岩经过铂铑合金漏板拉丝而成。玄武岩纤维具有与玻璃纤维、碳纤维相近的物理和力学性能，与芳纶纤维、碳纤维和超高分子量聚乙烯纤维并列为四大高性能纤维。近年来，玄武岩纤维的制备及其在复合材料中的应用均已取得突飞猛进的发展。在众多领域，玄武岩纤维在性能上已经可以达到，甚至超过芳纶纤维、碳纤维等材料，被广泛用于道路土建、航空航天、军事装备、汽车船舶等领域。
2、凝胶材料以其高拉伸性能、高弹性和柔软性而受到广泛关注。传统有机交联剂的使用导致聚合物交联不均匀，在外力作用下缺乏有效的能量耗散基质，导致拉伸性能降低。为了在其原有性能的基础上增强其强度，引入了超细纤维、纤维织物、碳纳米管、粘土和无机纳米复合材料等。这些方法有效地促进了交联点的分散，强化了消耗能量的结构。弹性体在浸泡后吸收溶剂会变成凝胶，交联剂的存在阻止了弹性体向凝胶的转变，但在一定的交联剂浓度下，链段的高度缠结也可以导致相同的结果。交联剂和高度缠结都可以使聚合物变硬，后者不会像前者那样使聚合物变得脆弱。已有文献将凝胶作为基质引入到复合材料中，表现出协同增韧效果(advanced materials,2020,32(31):1907180)。考虑到凝胶在水中通常含有很高的膨胀率，与增强体的相互作用较弱，限制了载荷从应力点向整个复合材料的传递。多组分复合材料的力学性能，尤其是抗裂纹扩展能力受界面粘结区、基体与纤维表面之间区域的影响较大。
3、玄武岩纤维表面上大量的氢键和硅烷醇基团使得其与许多聚合物基质具有良好的相容性，有利于与环氧树脂、聚氨酯树脂等聚合物形成稳定且牢固的界面结合，从而用作纤维增强复合材料的增强材料。但是这种纤维增强复合材料的抗裂纹扩展能力较差，难以适应越来越复杂的使用环境。发明人前期提交的专利申请cn116655260a中公开了一种基于纳米复合微凝胶的玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。该方法采用自由基原位聚合制备纳米复合水凝胶，然后采用粉碎-溶胀的方法制备纳米复合微凝胶。得到的浸润剂可显著改善玄武岩纤维的集束性，提高力学性能，进而改善玄武岩纤维复合材料界面性能。该方法得到了高力学性能的玄武岩纤维，然而在将其应用于制备具有高撕裂性能的弹性体材料方面，仍然需要进一步研究以充分发挥其市场应用价值。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体及其制备方法。
2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
3、一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，所述弹性体以纳米复合凝胶为基体，玄武岩纤维平纹织布为增强材料，纳米复合凝胶位于玄武岩纤维平纹织布的两侧形成三层夹心结构；所述弹性体通过在玄武岩纤维两侧浇注纳米复合凝胶预聚液后聚合而成；所述预聚液由丙烯类聚合单体、无机纳米粒子溶胶、引发剂和催化剂组成。
4、优选的，丙烯类聚合单体占预聚液总质量的50％～80％，无机纳米粒子溶胶的固含量占丙烯类聚合单体质量的1％～4％，引发剂的固含量占丙烯类聚合单体质量的0.005％～0.02％，催化剂的固含量占丙烯类聚合单体质量的0.1％～0.2％。
5、优选的，所述玄武岩纤维平纹织布的密度为200～600g/cm2，厚度为0.2～0.6mm。
6、优选的，所述玄武岩纤维平纹织布两侧纳米复合凝胶的厚度分别为0.4～1mm。
7、优选的，所述丙烯类聚合单体为丙烯酸(aa)、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟乙酯(hea)和n-异丙基丙烯酰胺中的一种以上。更优选的，所述丙烯类聚合单体为丙烯酸(aa)和丙烯酸-2-羟乙酯(hea)，hea在丙烯酸类聚合单体中的的摩尔占比为8％～15％。
8、优选的，所述无机纳米粒子溶胶为al(oh)3纳米粒子溶胶和/或ze(oh)4纳米溶胶的水溶液，水溶液浓度为2％～3％。
9、优选的，所述引发剂为过硫酸铵和/或过硫酸钾。
10、优选的，所述催化剂为n,n,n',n'-四甲基乙二胺(temed)。
11、一种本发明所述的玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体的制备方法，方法步骤包括：
12、将丙烯类聚合单体、无机纳米粒子溶胶混合均匀后，加入引发剂和催化剂，搅拌混合均匀，得到纳米复合凝胶预聚液；
13、将玄武岩纤维平纹织布固定在模具中，两侧留有预聚液注入空间，注入预聚液后，在25～70℃下聚合18～48h，脱模，得到一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体。
14、优选的，在30～40℃下聚合22～26h。
15、有益效果
16、本发明以纳米复合凝胶为基体，玄武岩纤维平纹织布为增强材料通过自由基原位聚合制备了玄武岩纤维增强的高撕裂韧性纳米复合弹性体，借助纳米复合凝胶的高力学性能和对玄武岩纤维材料界面优化的能力，所述弹性体具有更强的撕裂能，表现出更强的力学性能。
17、本发明所述方法工艺简单，成本较低，利于大规模工业化生产。
1.一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述弹性体以纳米复合凝胶为基体，玄武岩纤维平纹织布为增强材料，纳米复合凝胶位于玄武岩纤维平纹织布的两侧形成三层夹心结构；所述弹性体通过在玄武岩纤维两侧浇注纳米复合凝胶预聚液后聚合而成；所述预聚液由丙烯类聚合单体、无机纳米粒子溶胶、引发剂和催化剂组成。
2.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：丙烯类聚合单体占预聚液总质量的50%~80%，无机纳米粒子溶胶的固含量占丙烯类聚合单体质量的1%~4%，引发剂的固含量占丙烯类聚合单体质量的0.005%~0.02%，催化剂的固含量占丙烯类聚合单体质量的0.1%~0.2%。
3.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述玄武岩纤维平纹织布的密度为200~600g/cm2，厚度为0.2~0.6mm。
4.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述玄武岩纤维平纹织布两侧纳米复合凝胶的厚度分别为0.4~1mm。
5.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述丙烯类聚合单体为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸-2-羟乙酯和n-异丙基丙烯酰胺中的一种以上。
6.如权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述丙烯类聚合单体为丙烯酸和丙烯酸-2-羟乙酯，丙烯酸-2-羟乙酯在丙烯酸类聚合单体中的的摩尔占比为8%~15%。
7.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述无机纳米粒子溶胶为al(oh)3纳米粒子溶胶和/或ze(oh)4纳米溶胶的水溶液，水溶液浓度为2%~3%。
8.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵和/或过硫酸钾。
9.如权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体，其特征在于：所述催化剂为n,n,n',n'-四甲基乙二胺。
10.一种如权利要求1~9任意一项所述的玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：
11.如权利要求10所述的一种玄武岩纤维增强的高撕裂韧性弹性体的制备方法，其特征在于：在30~40℃下聚合22~26h。
