一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚氨酯以其韧性好、抗冲击性能优、耐油性和耐磨性佳等优点使其在复合材料领域脱颖而出。传统的溶剂浇铸法制备聚氨酯基复合材料存在两相混合不均匀，物质之间结合力弱等问题。表现为增强剂对聚氨酯基复合材料的力学性能提升效果并不明显。
[0003]凯夫拉作为一种高性能芳纶纤维材料，具有强度高，模量大等突出力学性能。2010年新合成的凯夫拉纳米纤维继承了宏观纤维的优异性能，且分子间存在大量的氢键与共轭作用，极易与其他分子产生相互吸引，在作为复合材料的增强剂方面表现出潜在发展空间，但并未发现相关研究报到。
[0004]层层自组装是一种简易制备聚电解质自组装多层膜的方法，它可以利用不同材料之间的相互作用达到纳米尺度的混合，解决两相混合不充分的问题。而之前所运用传统层层自组装法制备的材料结构单一，不能调整每种物质的连续沉积层数。并且层与层之间作用力有限，缺少固化技术。并且传统层层自组装制备工艺性差，中间一步出错，薄膜就要重新制备，急需方案解决传统工艺制备过程中的不足。
【发明内容】
[0005]本发明要解决现有传统的溶剂浇铸法制备聚氨酯基复合材料存在两相混合不均匀，增强剂对聚氨酯基复合材料的力学性能提升效果不明显的问题，且传统层层自组装法制备的材料结构单一，工艺性差，不能调整每种物质的连续沉积层数，并且层与层之间作用力有限，缺少固化技术的问题，而提供一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法。
[0006]—种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0007]—、凯夫拉纳米纤维溶液的制备:将凯夫拉纤维剪碎并干燥，得到长度为2cm?5cm的凯夫拉纤维，将氢氧化钠与长度为2cm?5cm的凯夫拉纤维加入到装有二甲基亚砜溶液的高压釜中，然后将高压釜置于温度为120°C?150°C的条件下反应3天?5天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
[0008]所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1: (I?3);所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为Ig: (400?600)mL ；
[0009]二、含有聚氨酯的混合溶液的制备:将聚氨酯溶于乙酸乙酯溶液中，再加入1-羟基环己基苯基甲酮，得到混合溶液，将混合溶液磁力搅拌2h?3h，磁力搅拌后静置0.5h?lh，得到含有聚氨酯的混合溶液；
[0010]所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1: (10?20);所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1: (0.005?0.01)；
[0011]三、基体表面覆膜:
[0012]以带负电的玻璃片作为基体，在基体表面涂覆一层厚度为5nm?1nm的聚二稀丙基二甲基氯化铵，再依次按照凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层循环涂覆凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层，至基体表面的复合薄膜厚度为2 μπι?5 μ m，得到表面覆有紫外光固化的层层自组装薄膜的基体；将表面覆有紫外光固化的层层自组装薄膜的基体置于质量百分数为0.5% -1.5%的氢氟酸溶液中，静置20min?30min并剥离，得到紫外光固化的层层自组装薄膜；
[0013]依次按照凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层循环涂覆凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层具体是按以下步骤完成的:
[0014]①、置于凯夫拉纳米纤维溶液中，浸泡3min?5min，浸泡后水洗并吹干；
[0015]②、按步骤三①重复操作O次?49次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
[0016]③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.02MPa?-0.0lMPa的条件下反应1h?12h，得到反应后的玻璃基体，将反应后的玻璃基体置于紫外光固化机中，紫外灯与反应后的玻璃基体之间的距离为12cm?18cm，在功率为350W?400W的紫外灯照射2min ?3min ；
[0017]④、按步骤三③重复O次?9次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
[0018]⑤、按步骤三①至④循环操作，至基体表面的复合薄膜厚度为2 μπι?5 μπι ;
[0019]四、堆叠热压法处理复合薄膜:将10片?50片紫外光固化的层层自组装薄膜叠放，将叠放后的紫外光固化的层层自组装薄膜在温度为100 °C?120°C及压力为4MPa?6MPa的条件下，压制8min?12min，再置于温度为100°C?120°C及压力为8MPa?12MPa的条件下，压制8min?12min，然后置于温度为100°C?120°C及压力为14MPa?16MPa的条件下，压制8min?12min，再置于温度为100°C?120°C及压力为18MPa?22MPa的条件下，压制8min?12min，然后置于温度为100°C?120°C及压力为24MPa?26MPa的条件下，压制Smin?12min，即得到高强聚氨酯基复合薄膜。
[0020]本发明步骤三④中得到的薄膜为AniBn型，其中B为凯夫拉纳米纤维膜层，η = I?50 ；Α为聚氨酯膜层，m = I?10 ;
[0021]本发明的有益效果是:1、利用紫外辅助层层自主装法将聚氨酯与凯夫拉纳米纤维进行复合，并对复合薄膜进行热压缩处理，首次获得了具有高强力学性能的凯夫拉纳米纤维增强聚氨酯基复合薄膜，断裂强度达到140MPa以上；
[0022]2、通过调控凯夫拉溶液沉积次数，本发明步骤三中制备出了 AA型紫外光固化的层层自组装薄膜，实现结构可控性；
[0023]3、提出堆叠分段热压法用于增强层层自组装复合薄膜。该法不仅保持了层层自组装膜的优势，又可以宏观控制薄膜厚度，增强薄膜的力学性能，还具备省时、工艺性强等特点。
[0024]本发明用于一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法。
【附图说明】
[0025]图1为实施例一制备的高强聚氨酯基复合薄膜的照片图；
[0026]图2为实施例一制备的高强聚氨酯基复合薄膜的截面扫描电镜图；
[0027]图3为力学性能曲线；1为对比实验制备的凯夫拉和聚氨酯层层自组装薄膜，2为实施例一步骤二⑧制备的紫外光固化的层层自组装薄膜，3为实施例一步骤三制备的高强聚氨酯基复合薄膜；
[0028]图4为实施例一步骤三制备的紫外光固化的层层自组装薄膜结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0030]【具体实施方式】一:本实施方式所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0031]—、凯夫拉纳米纤维溶液的制备:将凯夫拉纤维剪碎并干燥，得到长度为2cm?5cm的凯夫拉纤维，将氢氧化钠与长度为2cm?5cm的凯夫拉纤维加入到装有二甲基亚砜溶液的高压釜中，然后将高压釜置于温度为120°C?150°C的条件下反应3天?5天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
[0032]所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1: (I?3);所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为Ig: (400?600)mL ；
[0033]二、含有聚氨酯的混合溶液的制备:将聚氨酯溶于乙酸乙酯溶液中，再加入1-羟基环己基苯基甲酮，得到混合溶液，将混合溶液磁力搅拌2h?3h，磁力搅拌后静置0.5h?lh，得到含有聚氨酯的混合溶液；
[0034]所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1: (10?20);所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1: (0.005?0.01)；
[0035]三、基体表面覆膜:
[0036]以带负电的玻璃片作为基体，在基体表面涂覆一层厚度为5nm?1nm的聚二稀丙基二甲基氯化铵，再依次按照凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层循环涂覆凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层，至基体表面的复合薄膜厚度为2 μπι?5 μm，得到表面覆有紫外光固化的层层自组装薄膜的基体；将表面覆有紫外光固化的层层自组装薄膜的基体置于质量百分数为0.5% -1.5%的氢氟酸溶液中，静置20min?30min并剥离，得到紫外光固化的层层自组装薄膜；
[0037]依次按照凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层循环涂覆凯夫拉纳米纤维膜层和聚氨酯膜层具体是按以下步骤完成的:
[0038]①、置于凯夫拉纳米纤维溶液中，浸泡3min?5min，浸泡后水洗并吹干；
[0039]②、按步骤三①重复操作O次?49次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
[0040]③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.02MPa?-0.0lMPa的条件下反应1h?12h，得到反应后的玻璃基体，将反应后的玻璃基体置于紫外光固化机中，紫外灯与反应后的玻璃基体之间的距离为12cm?18cm，在功率为350W?400W的紫外灯照射2min ?3min ；
[0041]④、按步骤三③重复O次?9次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
[0042]⑤、按步骤三①至④循环操作，至基体表面的复合薄膜厚度为2 μπι?5 μπι ;
[0043]四、堆叠热压法处理复合薄膜:将10片?50片紫外光固化的层层自组装薄膜叠放，将叠放后的紫外光固化的层层自组装薄膜在温度为