一種高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯以其韌性好、抗沖擊性能優(yōu)、耐油性和耐磨性佳等優(yōu)點使其在復(fù)合材料領(lǐng)域脫穎而出。傳統(tǒng)的溶劑澆鑄法制備聚氨酯基復(fù)合材料存在兩相混合不均勻，物質(zhì)之間結(jié)合力弱等問題。表現(xiàn)為增強劑對聚氨酯基復(fù)合材料的力學(xué)性能提升效果并不明顯。
[0003]凱夫拉作為一種高性能芳綸纖維材料，具有強度高，模量大等突出力學(xué)性能。2010年新合成的凱夫拉納米纖維繼承了宏觀纖維的優(yōu)異性能，且分子間存在大量的氫鍵與共軛作用，極易與其他分子產(chǎn)生相互吸引，在作為復(fù)合材料的增強劑方面表現(xiàn)出潛在發(fā)展空間，但并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)研究報到。
[0004]層層自組裝是一種簡易制備聚電解質(zhì)自組裝多層膜的方法，它可以利用不同材料之間的相互作用達到納米尺度的混合，解決兩相混合不充分的問題。而之前所運用傳統(tǒng)層層自組裝法制備的材料結(jié)構(gòu)單一，不能調(diào)整每種物質(zhì)的連續(xù)沉積層數(shù)。并且層與層之間作用力有限，缺少固化技術(shù)。并且傳統(tǒng)層層自組裝制備工藝性差，中間一步出錯，薄膜就要重新制備，急需方案解決傳統(tǒng)工藝制備過程中的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決現(xiàn)有傳統(tǒng)的溶劑澆鑄法制備聚氨酯基復(fù)合材料存在兩相混合不均勻，增強劑對聚氨酯基復(fù)合材料的力學(xué)性能提升效果不明顯的問題，且傳統(tǒng)層層自組裝法制備的材料結(jié)構(gòu)單一，工藝性差，不能調(diào)整每種物質(zhì)的連續(xù)沉積層數(shù)，并且層與層之間作用力有限，缺少固化技術(shù)的問題，而提供一種高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的制備方法。
[0006]—種高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0007]—、凱夫拉納米纖維溶液的制備:將凱夫拉纖維剪碎并干燥，得到長度為2cm?5cm的凱夫拉纖維，將氫氧化鈉與長度為2cm?5cm的凱夫拉纖維加入到裝有二甲基亞砜溶液的高壓釜中，然后將高壓釜置于溫度為120°C?150°C的條件下反應(yīng)3天?5天，得到凱夫拉納米纖維溶液；
[0008]所述的凱夫拉纖維與氫氧化鈉的質(zhì)量比為1: (I?3);所述的凱夫拉纖維的質(zhì)量與二甲基亞砜溶液的體積比為Ig: (400?600)mL ；
[0009]二、含有聚氨酯的混合溶液的制備:將聚氨酯溶于乙酸乙酯溶液中，再加入1-羥基環(huán)己基苯基甲酮，得到混合溶液，將混合溶液磁力攪拌2h?3h，磁力攪拌后靜置0.5h?lh，得到含有聚氨酯的混合溶液；
[0010]所述的聚氨酯與乙酸乙酯溶液的質(zhì)量比為1: (10?20);所述的聚氨酯與1-羥基環(huán)己基苯基甲酮的質(zhì)量比為1: (0.005?0.01)；
[0011]三、基體表面覆膜:
[0012]以帶負電的玻璃片作為基體，在基體表面涂覆一層厚度為5nm?1nm的聚二稀丙基二甲基氯化銨，再依次按照凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層循環(huán)涂覆凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層，至基體表面的復(fù)合薄膜厚度為2 μπι?5 μ m，得到表面覆有紫外光固化的層層自組裝薄膜的基體；將表面覆有紫外光固化的層層自組裝薄膜的基體置于質(zhì)量百分數(shù)為0.5% -1.5%的氫氟酸溶液中，靜置20min?30min并剝離，得到紫外光固化的層層自組裝薄膜；
[0013]依次按照凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層循環(huán)涂覆凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層具體是按以下步驟完成的:
[0014]①、置于凱夫拉納米纖維溶液中，浸泡3min?5min，浸泡后水洗并吹干；
[0015]②、按步驟三①重復(fù)操作O次?49次，完成一次沉積凱夫拉納米纖維膜層；
[0016]③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在壓力為-0.02MPa?-0.0lMPa的條件下反應(yīng)1h?12h，得到反應(yīng)后的玻璃基體，將反應(yīng)后的玻璃基體置于紫外光固化機中，紫外燈與反應(yīng)后的玻璃基體之間的距離為12cm?18cm，在功率為350W?400W的紫外燈照射2min ?3min ；
[0017]④、按步驟三③重復(fù)O次?9次，完成一次沉積聚氨酯膜層；
[0018]⑤、按步驟三①至④循環(huán)操作，至基體表面的復(fù)合薄膜厚度為2 μπι?5 μπι ;
[0019]四、堆疊熱壓法處理復(fù)合薄膜:將10片?50片紫外光固化的層層自組裝薄膜疊放，將疊放后的紫外光固化的層層自組裝薄膜在溫度為100 °C?120°C及壓力為4MPa?6MPa的條件下，壓制8min?12min，再置于溫度為100°C?120°C及壓力為8MPa?12MPa的條件下，壓制8min?12min，然后置于溫度為100°C?120°C及壓力為14MPa?16MPa的條件下，壓制8min?12min，再置于溫度為100°C?120°C及壓力為18MPa?22MPa的條件下，壓制8min?12min，然后置于溫度為100°C?120°C及壓力為24MPa?26MPa的條件下，壓制Smin?12min，即得到高強聚氨酯基復(fù)合薄膜。
[0020]本發(fā)明步驟三④中得到的薄膜為AniBn型，其中B為凱夫拉納米纖維膜層，η = I?50 ；Α為聚氨酯膜層，m = I?10 ;
[0021]本發(fā)明的有益效果是:1、利用紫外輔助層層自主裝法將聚氨酯與凱夫拉納米纖維進行復(fù)合，并對復(fù)合薄膜進行熱壓縮處理，首次獲得了具有高強力學(xué)性能的凱夫拉納米纖維增強聚氨酯基復(fù)合薄膜，斷裂強度達到140MPa以上；
[0022]2、通過調(diào)控凱夫拉溶液沉積次數(shù)，本發(fā)明步驟三中制備出了 AA型紫外光固化的層層自組裝薄膜，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)可控性；
[0023]3、提出堆疊分段熱壓法用于增強層層自組裝復(fù)合薄膜。該法不僅保持了層層自組裝膜的優(yōu)勢，又可以宏觀控制薄膜厚度，增強薄膜的力學(xué)性能，還具備省時、工藝性強等特點。
[0024]本發(fā)明用于一種高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的制備方法。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例一制備的高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的照片圖；
[0026]圖2為實施例一制備的高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的截面掃描電鏡圖；
[0027]圖3為力學(xué)性能曲線；1為對比實驗制備的凱夫拉和聚氨酯層層自組裝薄膜，2為實施例一步驟二⑧制備的紫外光固化的層層自組裝薄膜，3為實施例一步驟三制備的高強聚氨酯基復(fù)合薄膜；
[0028]圖4為實施例一步驟三制備的紫外光固化的層層自組裝薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0030]【具體實施方式】一:本實施方式所述的一種高強聚氨酯基復(fù)合薄膜的制備方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0031]—、凱夫拉納米纖維溶液的制備:將凱夫拉纖維剪碎并干燥，得到長度為2cm?5cm的凱夫拉纖維，將氫氧化鈉與長度為2cm?5cm的凱夫拉纖維加入到裝有二甲基亞砜溶液的高壓釜中，然后將高壓釜置于溫度為120°C?150°C的條件下反應(yīng)3天?5天，得到凱夫拉納米纖維溶液；
[0032]所述的凱夫拉纖維與氫氧化鈉的質(zhì)量比為1: (I?3);所述的凱夫拉纖維的質(zhì)量與二甲基亞砜溶液的體積比為Ig: (400?600)mL ；
[0033]二、含有聚氨酯的混合溶液的制備:將聚氨酯溶于乙酸乙酯溶液中，再加入1-羥基環(huán)己基苯基甲酮，得到混合溶液，將混合溶液磁力攪拌2h?3h，磁力攪拌后靜置0.5h?lh，得到含有聚氨酯的混合溶液；
[0034]所述的聚氨酯與乙酸乙酯溶液的質(zhì)量比為1: (10?20);所述的聚氨酯與1-羥基環(huán)己基苯基甲酮的質(zhì)量比為1: (0.005?0.01)；
[0035]三、基體表面覆膜:
[0036]以帶負電的玻璃片作為基體，在基體表面涂覆一層厚度為5nm?1nm的聚二稀丙基二甲基氯化銨，再依次按照凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層循環(huán)涂覆凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層，至基體表面的復(fù)合薄膜厚度為2 μπι?5 μm，得到表面覆有紫外光固化的層層自組裝薄膜的基體；將表面覆有紫外光固化的層層自組裝薄膜的基體置于質(zhì)量百分數(shù)為0.5% -1.5%的氫氟酸溶液中，靜置20min?30min并剝離，得到紫外光固化的層層自組裝薄膜；
[0037]依次按照凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層循環(huán)涂覆凱夫拉納米纖維膜層和聚氨酯膜層具體是按以下步驟完成的:
[0038]①、置于凱夫拉納米纖維溶液中，浸泡3min?5min，浸泡后水洗并吹干；
[0039]②、按步驟三①重復(fù)操作O次?49次，完成一次沉積凱夫拉納米纖維膜層；
[0040]③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在壓力為-0.02MPa?-0.0lMPa的條件下反應(yīng)1h?12h，得到反應(yīng)后的玻璃基體，將反應(yīng)后的玻璃基體置于紫外光固化機中，紫外燈與反應(yīng)后的玻璃基體之間的距離為12cm?18cm，在功率為350W?400W的紫外燈照射2min ?3min ；
[0041]④、按步驟三③重復(fù)O次?9次，完成一次沉積聚氨酯膜層；
[0042]⑤、按步驟三①至④循環(huán)操作，至基體表面的復(fù)合薄膜厚度為2 μπι?5 μπι ;
[0043]四、堆疊熱壓法處理復(fù)合薄膜:將10片?50片紫外光固化的層層自組裝薄膜疊放，將疊放后的紫外光固化的層層自組裝薄膜在溫度為