本發明涉及領域,特別涉及一種高分子薄膜基復合鎳膜及其制備方法。
背景技術:
1、當前,隨著電子、能源、航空航天等領域的快速發展,對高性能材料的需求日益增長,尤其是在電池電極材料、電磁屏蔽、傳感器及微電子器件等應用中,材料的綜合性能要求尤為嚴格。傳統的單一材料如純鎳膜或高分子薄膜雖各有特點,但在實際應用中均面臨局限性。純鎳膜擁有良好的導電性和耐腐蝕性,但其機械強度不足,易斷裂;而高分子薄膜雖在機械強度和柔韌性上表現出色,卻在導電性和耐腐蝕性上不盡人意。因此,研發一種新型復合材料,整合高分子薄膜的力學性能和金屬膜的電學性能,成為解決上述問題的關鍵。
2、現有技術中,已有嘗試將金屬與高分子材料復合,以期達到性能互補,但這些嘗試往往面臨結合力弱、制備工藝復雜、成本高昂或環境不友好等問題。例如,一些研究采用簡單的物理混合或涂覆方法,但界面結合不牢,易分層;而其他研究則可能采用復雜的多步化學反應,雖提高了結合強度,卻犧牲了工藝的簡便性和成本效益。
3、現有技術中的主要缺點包括:1、界面結合力弱,導致復合材料在使用過程中易分層或剝落。2、制備工藝復雜,成本較高,不利于大規模生產。3、環境兼容性差,使用有害化學物質,不符合可持續發展要求。
技術實現思路
1、本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足,提供一種高分子薄膜基復合鎳膜及其制備方法。本發明創新性地結合了高分子材料的高強度和韌性,以及鎳金屬的導電性和耐腐蝕性,通過優化的制備工藝,確保了界面的強固結合,同時簡化了工藝流程,降低了生產成本,并注重環境友好性,以滿足高性能材料的市場需求。
2、為解決上述技術問題,本發明采用的技術方案是:本發明的第一方面,提供一種高分子薄膜基復合鎳膜的制備方法,包括以下步驟:
3、s1、基底預處理:對基底表面依次進行等離子處理和紫外輻照處理,得到預處理基底;
4、s2、在預處理基底上制備中間粘接層;
5、s3、在中間粘接層上制備鎳金屬層;
6、s4、在鎳金屬層上電沉積增厚鍍鎳層,得到高分子薄膜基復合鎳膜;
7、所述基底為pi薄膜、增強改性pi基底、增強型pet基底、表面改性pi基底、表面改性pet基底中的任意一種。
8、優選的是,步驟s1具體為:采用氧氣等離子體工藝對基底表面進行處理,處理參數設定為:功率50w,處理時間3分鐘,真空度10-3torr;然后紫外線光輻照處理1min,得到預處理基底。
9、優選的是,步驟s2具體為:
10、s2-1、制備粘接劑溶液:
11、按重量份計,將聚醚多元醇50份、異氰酸酯45份、溶劑5份、交聯劑3份、催化劑2份混合均勻,得到聚氨酯預聚體;
12、按照鈦酸四丁酯:聚氨酯預聚體的重量比為1:100,將鈦酸四丁酯加入到聚氨酯預聚體中,攪拌均勻,得到粘接劑溶液;
13、s2-2、采用旋涂、浸涂或噴霧涂布的方式,將粘接劑溶液均勻涂布在預處理基底表面,70-90℃下固化15-60min,形成中間粘接層。
14、優選的是,步驟s3具體為:
15、采用直流磁控濺射工藝,在中間粘接層上沉積鎳金屬層,工藝條件為:工作氣體為氬氣,功率設定為100w,氣體壓強為1pa,濺射時間為30分鐘。
16、優選的是,步驟s4具體為:
17、將步驟s3得到的沉積鎳金屬層后的基底作為陰極,使用純鎳板作為陽極,在沉積鎳金屬層上電沉積增厚鍍鎳層,采用的電解液配方為:硫酸鎳濃度為200g/l,硼酸濃度為30g/l,氯化鈉濃度為10g/l,氯化鎳濃度為10g/l;
18、電沉積工藝參數為:電流密度為10ma/cm2,電沉積時間為1小時,電解液ph值保持在4-5,溫度控制在50℃。
19、優選的是,所述基底為增強改性pi基底,其通過以下方法制備得到:
20、1-1)按重量份計,將均苯四甲酸酐20份、4,4'-二氨基二苯醚10份、3,4'-二氨基二苯醚二縮水甘油醚2份加入100份的n,n-二甲基甲酰胺中,冰浴下攪拌反應24h,得到預聚物溶液;
21、1-2)將預聚物溶液經脫泡處理后,均勻涂覆于清潔的玻璃基板上,然后以5℃/分鐘的升溫速率升溫至250℃,反應3h,最后將所得薄膜從玻璃基板完整取下,得到增強改性pi基底,厚度為25μm。
22、優選的是,所述基底為增強型pet基底,其通過以下方法制備得到:
23、2-1)將玻璃纖維加入質量濃度為1%的硅烷偶聯劑的乙醇溶液中,50℃下浸泡處理2小時,過濾,干燥至恒重,得到預處理玻璃纖維;
24、2-2)將預處理玻璃纖維與pet樹脂按照質量比1:10混合均勻,通過雙螺桿擠出機在200℃下進行熔融擠出,得到片材;
25、2-3)將擠出的片材在120℃下進行雙向拉伸,縱向拉伸倍率為3倍,橫向拉伸倍率為3倍,雙向拉伸后產品厚度為25μm,然后在150℃下熱定型,冷卻,收卷,得到增強型pet基底。
26、優選的是,所述基底為表面改性pi基底,其通過以下方法制備得到:
27、3-1)對厚度為25μm的pi薄膜進行氧氣等離子體處理,功率設置為200w,處理時間為5分鐘;
28、3-2)將3-氨丙基三乙氧基硅烷加入無水乙醇中,制備成濃度為1%的硅烷偶聯劑溶液,將硅烷偶聯劑溶液均勻涂布在步驟3-1)得到的pi薄膜表面,控制涂布量為10mg/m2,然后在140℃固化30分鐘,得到表面改性pi基底
29、優選的是,所述基底為表面改性pet基底,其通過以下方法制備得到:
30、4-1)對厚度50μm的pet基底進行電暈處理,電暈放電功率設置為1.5kw,處理速度為1m/min;
31、4-2)將3-(三乙氧基硅基)丙基甲基二甲氧基硅烷加入無水乙醇中,制備成濃度為1%的硅烷偶聯劑溶液,將硅烷偶聯劑溶液均勻涂布在步驟4-1)得到的pet基底表面,控制涂布量為10mg/m2,然后在120℃固化30分鐘,最終得到表面改性pet基底。
32、本發明的第二方面,提供一種高分子薄膜基復合鎳膜,其通過如上所述的方法制備得到。
33、本發明的有益效果是:
34、1.綜合性能優異:本發明提供的高分子薄膜基復合鎳膜成功地集成了高分子薄膜與純鎳膜的各自優勢,高分子基底帶來了卓越的機械強度和韌性,有效抵抗物理損傷,而鎳層則提供了優良的導電性和耐腐蝕特性;這種獨特的組合使得復合鎳膜在保持輕質、柔韌性的同時,還具備了廣泛的應用潛力,特別是在那些既要求高強度又需要良好導電性的領域,如可穿戴電子設備、柔性顯示屏、航空航天材料及新能源汽車部件等。
35、2.制備工藝簡便可控:本發明的另一大亮點在于其優化的制備流程,通過精確調控濺射、電鍍等關鍵步驟的參數,能夠高效且穩定地控制鎳層的厚度、均勻度及與基底的結合強度;這種高度的可調節性不僅確保了產品的一致性和可靠性,還大大提升了制備過程的靈活性,能夠根據不同的應用需求快速調整,實現個性化定制,從而拓寬了其市場應用范圍。
36、3.環境適應性強:本發明提供的高分子薄膜基復合鎳膜展現出的出色耐腐蝕性和電氣穩定性,意味著它能在高溫、潮濕、鹽霧等惡劣環境中保持長期穩定的工作性能;這一點對于戶外電子設備、海洋工程材料及化學工業中的應用尤為重要,能夠在減少維護成本的同時,延長使用壽命,提升整體系統的可靠性和經濟性。
37、綜上所述,本發明提供的高分子薄膜基復合鎳膜通過整合材料科學與精密加工技術的最新成果,不僅在性能上實現了跨越,而且在工藝可行性和環境適應性上也取得了突破,為多個行業的發展提供了強有力的技術支撐,具有顯著的創新價值和社會經濟效益。