CN105291512A - 一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，本发明涉及复合薄膜的制备方法。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。方法：一、凯夫拉纳米纤维溶液的制备；二、含有聚氨酯的混合溶液的制备；三、基体表面覆膜；四、堆叠热压法处理复合薄膜。本发明用于高强聚氨酯基复合薄膜的制备。

Description

一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及复合薄膜的制备方法。
背景技术
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。
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。
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
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。
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：
一、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℃～150℃的条件下反应3天～5天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:(1～3)；所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:(400～600)mL；
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～1h，得到含有聚氨酯的混合溶液；
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)；
三、基体表面覆膜：
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～10nm的聚二烯丙基二甲基氯化铵，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2μm～5μm，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；
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：
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；
②、按步骤三①重复操作0次～49次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.02MPa～-0.01MPa的条件下反应10h～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；
④、按步骤三③重复0次～9次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
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2μm～5μm；
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℃～120℃及压力为4MPa～6MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为8MPa～12MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为14MPa～16MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为18MPa～22MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为24MPa～26MPa的条件下，压制8min～12min，即得到高强聚氨酯基复合薄膜。
本发明步骤三④中得到的薄膜为AmBn型，其中B为凯夫拉纳米纤维膜层，n＝1～50；A为聚氨酯膜层，m＝1～10；
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；
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AmBn型紫外光固化的层层自组装薄膜，实现结构可控性；
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。
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
图1为实施例一制备的高强聚氨酯基复合薄膜的照片图；
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；
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；
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
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。
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：
一、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℃～150℃的条件下反应3天～5天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:(1～3)；所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:(400～600)mL；
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～1h，得到含有聚氨酯的混合溶液；
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)；
三、基体表面覆膜：
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～10nm的聚二烯丙基二甲基氯化铵，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2μm～5μm，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；
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：
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；
②、按步骤三①重复操作0次～49次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.02MPa～-0.01MPa的条件下反应10h～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；
④、按步骤三③重复0次～9次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
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2μm～5μm；
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℃～120℃及压力为4MPa～6MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为8MPa～12MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为14MPa～16MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为18MPa～22MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为24MPa～26MPa的条件下，压制8min～12min，即得到高强聚氨酯基复合薄膜。
本具体实施方式步骤三④中得到的薄膜为AmBn型，其中B为凯夫拉纳米纤维膜层，n＝1～50；A为聚氨酯膜层，m＝1～10；
本具体实施方式步骤一制备的凯夫拉纳米纤维溶液为红棕色；本具体实施方式步骤二中1-羟基环己基苯基甲酮作为光引发剂，
在保持聚氨酯韧性基础上，通过凯夫拉纳米纤维的有效加入，增强聚氨酯强度和刚性，制备一种新型高性能复合材料，可以丰富聚氨酯的应用范围。且由于凯夫拉纳米纤维较强的作用力，可以对特定分子进行多层吸附，这给层层自组装法制备层数结构可控复合材料提供了新的选择。
本实施例采用紫外固化辅助层层自组装法，使聚氨酯与凯夫拉纳米纤维均匀混合，获得了优异力学性能的凯夫拉纳米纤维增强聚氨酯基复合薄膜。又基于凯夫拉自身分子间氢键结合成膜的特性和紫外固化增强界面结合，调节两者的沉积层数实现复合薄膜的结构可控，即从AB型复合材料扩展到AmBn型复合材料(n＝1-50，m＝1-10)；随后利用堆叠分段热-的处理方法，优化了生产工艺，实现了薄膜的厚度自由调控、复合薄膜的力学性能有进一步的提升，为制备高强、增厚的复合薄膜提供一种新思路。
本实施方式的有益效果是：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；
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AmBn型紫外光固化的层层自组装薄膜，实现结构可控性；
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。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述的带负电的玻璃片具体是按以下步骤制备的：将玻璃基片置于乙醇中超声20min～30min，得到超声处理后的玻璃基片，然后将超声处理后的玻璃基片浸渍于处理液中，处理2h～3h，处理后用去离子水冲洗干净，得到带负电的玻璃片；所述的处理液由质量百分数为98％的浓硫酸和质量百分数为30％的过氧化氢混合得到，所述的浓硫酸与过氧化氢的质量比为3:1。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一中所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:2。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:500mL。其它与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1:15。其它与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1:0.01。其它与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三③中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16cm，在功率为350W的紫外灯照射2min。其它与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三③中然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.015MPa的条件下反应10h，得到反应后的玻璃基体。其它与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二⑤按步骤三①至④循环操作，至基体表面的复合薄膜厚度为3μm。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中将20片紫外光固化的层层自组装薄膜膜叠放，将叠放后的紫外光固化的层层自组装薄膜在温度为100℃及压力为5MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为10MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为15MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为20MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为25MPa的条件下，压制10min。其它与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例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：
一、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3cm的凯夫拉纤维，将氢氧化钠与长度为3cm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℃的条件下反应4天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:2；所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:500mL；
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3h，磁力搅拌后静置1h，得到含有聚氨酯的混合溶液；
所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1:15；所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1:0.01；
三、基体表面覆膜：
以带负电的玻璃片作为基体，在基体表面涂覆一层厚度为10nm的聚二烯丙基二甲基氯化铵，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3μm，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1％的氢氟酸溶液中，静置20min并剥离，得到紫外光固化的层层自组装薄膜；
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：
①、置于凯夫拉纳米纤维溶液中，浸泡5min，浸泡后水洗并吹干；
②、按步骤三①重复操作2次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.015MPa的条件下反应10h，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16cm，在功率为350W的紫外灯照射2min；
④、按步骤三③重复0次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
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3μm；
四、堆叠热压法处理复合薄膜：将20片紫外光固化的层层自组装薄膜膜叠放，将叠放后的紫外光固化的层层自组装薄膜在温度为100℃及压力为5MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为10MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为15MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为20MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为25MPa的条件下，压制10min，即得到高强聚氨酯基复合薄膜。
步骤三中所述的带负电的玻璃片具体是按以下步骤进行的：将玻璃基片置于乙醇中超声30min，得到超声处理后的玻璃基片，然后将超声处理后的玻璃基片浸渍于处理液中，处理2.5h，处理后用去离子水冲洗干净，得到带负电的玻璃片；所述的处理液由质量百分数为98％的浓硫酸和质量百分数为30％的过氧化氢混合得到，所述的硫酸与过氧化氢的质量比为3:1。
本实施例步骤三④中得到的薄膜为A1B3型，其中B为凯夫拉纳米纤维膜层；A为聚氨酯膜层；
图1为实施例一制备的高强聚氨酯基复合薄膜的照片图；由图可知，玻璃片高度透明，表面光滑，厚度均一。
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；由图可知，玻璃片界面平整，厚度均一，厚度为3μm。
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为实施例一步骤三制备的紫外光固化的层层自组装薄膜，3为实施例一步骤四制备的高强聚氨酯基复合薄膜；由图可知，聚氨酯/凯夫拉复合薄膜具有优异的力学性能，紫外光固化有助于增强薄膜的力学性能；热压缩不仅可以制备厚度可控薄膜，还进一步提高了薄膜的力学性能。
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；由图可知，层层自组装法应用于凯夫拉/聚氨酯复合材料可以实现薄膜的结构可控。
对比实验：
一、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3cm的凯夫拉纤维，将氢氧化钠与长度为3cm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℃的条件下反应4天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:2；所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:500mL；
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3h，磁力搅拌后静置1h，得到含有聚氨酯的混合溶液；
所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1:15；所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1:0.01；
三、基体表面覆膜：
以带负电的玻璃片作为基体，在基体表面涂覆一层厚度为10nm的聚二烯丙基二甲基氯化铵，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3μm，得到表面覆有层层自组装薄膜的基体；将表面覆有层层自组装薄膜的基体置于质量百分数为1％的氢氟酸溶液中，静置20min并剥离，得到凯夫拉和聚氨酯层层自组装薄膜；
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：
①、置于凯夫拉纳米纤维溶液中，浸泡5min，浸泡后水洗并吹干；
②、按步骤三①重复操作2次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.015MPa的条件下反应10h，得到反应后的玻璃基体；
④、按步骤三③重复0次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
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3μm；
步骤三中所述的带负电的玻璃片具体是按以下步骤进行的：将玻璃基片置于乙醇中超声30min，得到超声处理后的玻璃基片，然后将超声处理后的玻璃基片浸渍于处理液中，处理2.5h，处理后用去离子水冲洗干净，得到带负电的玻璃片；所述的处理液由质量百分数为98％的浓硫酸和质量百分数为30％的过氧化氢混合得到，所述的硫酸与过氧化氢的质量比为3:1。

Claims (10)

1.一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、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℃～150℃的条件下反应3天～5天，得到凯夫拉纳米纤维溶液；
所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:(1～3)；所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:(400～600)mL；
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～1h，得到含有聚氨酯的混合溶液；
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)；
三、基体表面覆膜：
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～10nm的聚二烯丙基二甲基氯化铵，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2μm～5μm，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；
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：
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；
②、按步骤三①重复操作0次～49次，完成一次沉积凯夫拉纳米纤维膜层；
③、然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.02MPa～-0.01MPa的条件下反应10h～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；
④、按步骤三③重复0次～9次，完成一次沉积聚氨酯膜层；
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2μm～5μm；
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℃～120℃及压力为4MPa～6MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为8MPa～12MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为14MPa～16MPa的条件下，压制8min～12min，再置于温度为100℃～120℃及压力为18MPa～22MPa的条件下，压制8min～12min，然后置于温度为100℃～120℃及压力为24MPa～26MPa的条件下，压制8min～12min，即得到高强聚氨酯基复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的带负电的玻璃片具体是按以下步骤制备的：将玻璃基片置于乙醇中超声20min～30min，得到超声处理后的玻璃基片，然后将超声处理后的玻璃基片浸渍于处理液中，处理2h～3h，处理后用去离子水冲洗干净，得到带负电的玻璃片；所述的处理液由质量百分数为98％的浓硫酸和质量百分数为30％的过氧化氢混合得到，所述的浓硫酸与过氧化氢的质量比为3:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的凯夫拉纤维与氢氧化钠的质量比为1:2。
4.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤一中所述的凯夫拉纤维的质量与二甲基亚砜溶液的体积比为1g:500mL。
5.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的聚氨酯与乙酸乙酯溶液的质量比为1:15。
6.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤二中所述的聚氨酯与1-羟基环己基苯基甲酮的质量比为1:0.01。
7.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤三③中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16cm，在功率为350W的紫外灯照射2min。
8.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤三③中然后置于含有聚氨酯的混合溶液中，并在压力为-0.015MPa的条件下反应10h，得到反应后的玻璃基体。
9.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤二⑤按步骤三①至④循环操作，至基体表面的复合薄膜厚度为3μm。
10.根据权利要求1所述的一种高强聚氨酯基复合薄膜的制备方法，其特征在于步骤四中将20片紫外光固化的层层自组装薄膜膜叠放，将叠放后的紫外光固化的层层自组装薄膜在温度为100℃及压力为5MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为10MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为15MPa的条件下，压制10min，再置于温度为100℃及压力为20MPa的条件下，压制10min，然后置于温度为100℃及压力为25MPa的条件下，压制10min。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017190492A1 (zh) * 2016-05-05 2017-11-09 苏州大学张家港工业技术研究院 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法
CN109280526A (zh) * 2018-09-19 2019-01-29 广州市白云化工实业有限公司 双组份动力电池结构胶及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080261044A1 (en) * 2003-02-10 2008-10-23 Jennifer Hoyt Lalli Rapidly self-assembled thin films and functional decals
CN102815058A (zh) * 2012-09-07 2012-12-12 绵阳龙华薄膜有限公司 纤维增强薄膜
US20130288050A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 The Regents Of The University Of Michigan Synthesis and use of aramid nanofibers
CN104616836A (zh) * 2015-02-02 2015-05-13 西安建筑科技大学 一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080261044A1 (en) * 2003-02-10 2008-10-23 Jennifer Hoyt Lalli Rapidly self-assembled thin films and functional decals
US20130288050A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 The Regents Of The University Of Michigan Synthesis and use of aramid nanofibers
CN102815058A (zh) * 2012-09-07 2012-12-12 绵阳龙华薄膜有限公司 纤维增强薄膜
CN104616836A (zh) * 2015-02-02 2015-05-13 西安建筑科技大学 一种快速制备导电聚合物薄膜聚氨酯/金的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAOHUA JIANG ET AL.: "Novel Layer-by-Layer Procedure for Making Nylon‑6 Nanofiber", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017190492A1 (zh) * 2016-05-05 2017-11-09 苏州大学张家港工业技术研究院 一种表面改性芳纶纤维及其制备方法
CN109280526A (zh) * 2018-09-19 2019-01-29 广州市白云化工实业有限公司 双组份动力电池结构胶及其制备方法
CN109280526B (zh) * 2018-09-19 2021-02-02 广州市白云化工实业有限公司 双组份动力电池结构胶及其制备方法

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