本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种用于冰刀的浇铸尼龙材料及其制备方法。
背景技术：
滑冰是人们普遍喜爱的健身活动，对于那些滑冰爱好者来说，能拥有一双得心应手的滑冰鞋无疑为冰上运动锦上添花。一双滑冰鞋的好坏，关键取决于冰刀。目前人们通常使用的滑冰冰刀分两种类型：一种是以刀刃较长为特点的速滑刀，一种是以刀刃较短纵向曲度大，运动起来灵活自如的球刀。目前速滑冰刀和球刀多采用钢材，钢材硬度高、耐冲击。但是不锈钢冰刀的耐磨性能和耐化学较差，造成不锈钢冰刀的寿命较短。
尼龙，中文名聚酰胺，英文名称polyamide(简称pa)，是分子主链上含有重复酰胺集团的热塑性树脂的总称。尼龙作为工程塑料中最大最重要的品种，具有很强的生命力，主要在于它改性后实现高性能化，其次是汽车、电器、通讯、电子、机械等产业自身对产品高性能的要求越来越强烈，相关产业的飞速发展，促进了工程塑料高性能化的进程。目前的尼龙主要朝着以下几个方向发展：(1)高强度高刚性尼龙，新的增强材料如无机晶须增强、碳纤维增强pa，主要是用于汽车发动机部件，机械部件以及航空设备部件。(2)尼龙合金化。尼龙合金化是实现尼龙高性能的重要途径，也是制造尼龙、尼龙专用料、提高尼龙性能的主要手段。通过掺混其他高聚物，来改善尼龙的吸水性，提高制品的尺寸稳定性，以及低温脆性、耐热性和耐磨性。(3)纳米尼龙。纳米尼龙的优点在于其热性能、力学性能、阻燃性、阻隔性比纯尼龙高，而制造成本与普通尼龙相当。
鉴于改性尼龙的诸多优势，一直以来，人们都想将改性尼龙应用于冰刀，但是，由于尼龙材料目前在快速运动中的摩擦阻力较大，抗冲击强度较低，因冰刀是需要能适应快速运动的摩擦和需要较高的抗冲击强度和耐刮擦能力，据此需要对尼龙制作冰刀进行针对性改性，以满足冰刀滑动需要。市场上目前还没有出现可用于制造冰刀的改性尼龙材料。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明的目的是要提供一种用于冰刀的改性尼龙材料及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种用于冰刀的浇铸尼龙材料，其成分按照重量份计，包括：
较优的配方是：已内酰胺85份，超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯15份，微球状四氧化三铁0.2-0.3份，甲苯-2,4-二异氰酸酯0.3份，二硫化钼或石墨4-8份，无机高温颜料0.04-0.1份，纳米碳管0.5-0.8份。
最优的配方是：已内酰胺90份，超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯15份，微球状四氧化三铁0.3份，甲苯-2,4-二异氰酸酯0.35份，二硫化钼或石墨8份，无机高温颜料0.1份，纳米碳管0.8份。
进一步，所述的超高分子量聚乙烯的分子量＞300万，所述的聚四氟乙烯的分子量＞100万。
进一步，所述的微球状四氧化三铁的粒径在1-10μm。
进一步，所述的无机高温颜料是金刚石型钛白粉。
进一步，所述的纳米碳管的长径比800-1000：1(由清华大学提供)。
进一步，所述的二硫化钼的粒径为0.5-8μm。
进一步，所述石墨的粒径在5-30μm。
所述的用于冰刀的浇铸尼龙材料的制备工艺，包括如下步骤：
步骤(1)：称取80-100份已内酰胺单体投入熔桶内进行加热直至全部呈熔融状态，加热温度控制在80℃-90℃；
步骤(2)：向步骤(1)所得的熔融体中加入超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯5-15份、微球状四氧化三铁0.2-0.35份、二硫化钼或石墨3-8份、无机高温颜料0.03-0.1份和纳米碳管0.2-0.8份，开启搅拌，待搅拌均匀后，升温抽真空，在140℃下保持15-20分钟，待水分含量≤300ppm，停止抽真空；
步骤(3)：向步骤(2)真空去水后的混合熔融体中加入0.2-0.45份甲苯-2,4-二异氰酸酯，开启搅拌，待搅匀后迅速浇铸到模具中；通过烘箱使模温保持在160℃-170℃，15-20分钟；脱模得到坯件；
步骤(4)：将步骤(3)脱模得到的坯件置于水浴或油浴中进行热处理；水浴温度控制在80℃-95℃温度范围内；油浴热处理温度控制在150℃-170℃范围内；
步骤(5)：将步骤(4)热处理后的坯件进行精铣、打磨，制成标准产品。
与现有技术相比，本发明提供的用于冰刀的浇铸尼龙材料有如下创新点：
(1)本发明所提供的用于冰刀的浇铸尼龙材料中，以尼龙材料为基体，向其中加入超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯、二硫化钼或石墨、无机高温颜料和纳米碳管。超高分子量聚乙烯和聚四氟乙烯的强度高，向尼龙中加入超高分子量聚乙烯或聚四氟乙烯，以提高尼龙的强度和耐磨性。向尼龙基体中加入二硫化钼或石墨，以降低浇铸尼龙材料的摩擦系数，减少运行阻力。向尼龙基体中加入无机高温颜料-金刚石型钛白粉，以增强改性尼龙材料的白度，使其更接近于真冰。碳纳米管具有极高的强度，理论计算值为钢的100倍，同时碳纳米管具有极高的韧性，十分柔软，被认为是未来的超级纤维，向尼龙基体中加入纳米碳管，能够显著提高基体的强度和韧性。
(2)本发明所提供的用于冰刀的改性尼龙材料具有优异的综合性能，较高的冲击强度(≥310kj/m2)、弯曲强度(≥70mpa)和抗拉强度(≥40mpa)，具有较低的吸水率(≤0.01％)、较低的摩擦系数(≤0.23)和磨耗量(≤0.015g)，而且密度低，质量轻；完全符合冰刀材料的要求。
(3)本发明所提供的用于冰刀的改性尼龙材料的制备工艺，采用普通的熔融设备和注模工艺，工艺条件简单，便于工业化推广，应用前景十分广阔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种用于冰刀的浇铸尼龙材料，其成分按照重量份计，包括：
所采用的超高分子量聚乙烯的分子量＞300万。
所采用的微球状四氧化三铁的粒径在1-10μm。
所采用的无机高温颜料是金刚石型钛白粉。
所采用的纳米碳管的长径比800-1000：1(由清华大学提供)。
所采用的二硫化钼的粒径为0.5-8μm。
上述用于冰刀的浇铸尼龙材料的制备工艺，包括如下步骤，
步骤(1)：称取85份已内酰胺单体投入熔桶内进行加热直至全部呈熔融状态，加热温度控制在80℃-90℃；
步骤(2)：向步骤(1)所得的熔融体中加入超高分子量聚乙烯15份、微球状四氧化三铁0.20份、二硫化钼4份、金刚石型钛白粉0.4份(此处添加的金刚石型钛白粉的主要作用是让制成的冰刀与雪的颜色相近，如果想要得到其他颜色的冰刀，亦可以添加其他颜色的无机高温颜料)和纳米碳管0.5份，开启搅拌，待搅拌均匀后，升温抽真空，在140℃下保持15-20分钟，待水分含量≤300ppm，停止抽真空；
步骤(3)：向步骤(2)真空去水后的混合熔融体中加入0.45份甲苯-2,4-二异氰酸酯，开启搅拌，待搅匀后迅速浇铸到模具中；通过烘箱使模温保持在160℃-170℃，15-20分钟；脱模得到坯件；
步骤(4)：将步骤(3)脱模得到的坯件置于水浴中进行热处理；水浴温度控制在80℃-95℃温度范围内；
步骤(5)：将步骤(4)热处理后的坯件进行精铣、打磨，制成成品。
将本实施例制得的浇筑尼龙材料成品进行性能测定，结果如表1所示。
实施例2
一种用于冰刀的浇铸尼龙材料，其成分按照重量份计，包括：
所采用的聚四氟乙烯的分子量＞100万。
所采用的微球状四氧化三铁的粒径在1-10μm。
所采用的无机高温颜料是金刚石型钛白粉。
所采用的纳米碳管的长径比800-1000：1。
所采用的石墨的粒径在5-30μm。
上述用于冰刀的浇铸尼龙材料的制备工艺，包括如下步骤，
步骤(1)：称取90份已内酰胺单体投入熔桶内进行加热直至全部呈熔融状态，加热温度控制在80℃-90℃；
步骤(2)：向步骤(1)所得的熔融体中加入超高分子量聚乙烯15份、微球状四氧化三铁0.30份、二硫化钼8份、金刚石型钛白粉0.1份和纳米碳管0.8份，开启搅拌，待搅拌均匀后，升温抽真空，在140℃下保持15-20分钟，待水分含量≤300ppm，停止抽真空；
步骤(3)：向步骤(2)真空去水后的混合熔融体中加入0.35份甲苯-2,4-二异氰酸酯，开启搅拌，待搅匀后迅速浇铸到模具中；通过烘箱使模温保持在160℃-170℃，15-20分钟；脱模得到坯件；
步骤(4)：将步骤(3)脱模得到的坯件置于油浴中进行热处理；油浴热处理温度控制在150℃-170℃范围内；
步骤(5)：将步骤(4)热处理后的坯件进行精铣、打磨，制成成品。
将本实施例制得的浇筑尼龙材料成品进行性能测定，结果如表1所示。
实施例3
一种用于冰刀的浇铸尼龙材料，其成分按照重量份计，包括：
所采用的超高分子量聚乙烯的分子量＞300万。
所采用的微球状四氧化三铁的粒径在1-10μm。
所采用的无机高温颜料是金刚石型钛白粉。
所采用的纳米碳管的长径比800-1000：1。
所采用的石墨的粒径在5-30μm。
上述用于冰刀的浇铸尼龙材料的制备工艺，包括如下步骤，
步骤(1)：称取100份已内酰胺单体投入熔桶内进行加热直至全部呈熔融状态，加热温度控制在80℃-90℃；
步骤(2)：向步骤(1)所得的熔融体中加入超高分子量聚乙烯10份、微球状四氧化三铁0.35份、二硫化钼6份、金刚石型钛白粉0.06份和纳米碳管0.7份，开启搅拌，待搅拌均匀后，升温抽真空，在140℃下保持15-20分钟，待水分含量≤300ppm，停止抽真空；
步骤(3)：向步骤(2)真空去水后的混合熔融体中加入0.45份甲苯-2,4-二异氰酸酯，开启搅拌，待搅匀后迅速浇铸到模具中；通过烘箱使模温保持在160℃-170℃，15-20分钟；脱模得到坯件；
步骤(4)：将步骤(3)脱模得到的坯件置于水浴中进行热处理；水浴温度控制在80℃-95℃温度范围内；
步骤(5)：将步骤(4)热处理后的坯件进行精铣、打磨，制成成品。
将本实施例制得的浇筑尼龙材料成品进行性能测定，结果如表1所示。
实施例4
一种用于冰刀的浇铸尼龙材料，其成分按照重量份计，包括：
所采用的聚四氟乙烯的分子量＞100万。
所采用的微球状四氧化三铁的粒径在1-10μm。
所采用的无机高温颜料是金刚石型钛白粉。
所采用的纳米碳管的长径比800-1000：1。
所采用的二硫化钼的粒径为0.5-8μm。
-上述用于冰刀的浇铸尼龙材料的制备工艺，包括如下步骤，
步骤(1)：称取80份已内酰胺单体投入熔桶，进行加热直至全部呈熔融状态，加热温度控制在80℃-90℃；
步骤(2)：向步骤(1)所得的熔融体中加入超高分子量聚乙烯5份、微球状四氧化三铁0.35份、二硫化钼3份、金刚石型钛白粉0.03份(此处添加的金刚石型钛白粉的主要作用是让制成的冰刀与雪的颜色相近，如果想要得到其他颜色的冰刀，亦可以添加其他颜色的无机高温颜料)和纳米碳管0.2份，开启搅拌，待搅拌均匀后，升温抽真空，在140℃下保持15-20分钟，待水分含量≤300ppm，停止抽真空；
步骤(3)：向步骤(2)真空去水后的混合熔融体中加入0.2份甲苯-2,4-二异氰酸酯，开启搅拌，待搅匀后迅速浇铸到模具中；通过烘箱使模温保持在160℃-170℃，15-20分钟；脱模得到坯件；
步骤(4)：将步骤(3)脱模得到的坯件置于油浴中进行热处理；油浴热处理温度控制在150℃-170℃范围内；
步骤(5)：将步骤(4)热处理后的坯件进行精铣、打磨，制成成品。
将本发明制得的浇筑尼龙材料成品进行性能测定，结果如表1所示。
表1实施例1-4制备的用于冰刀的浇铸尼龙材料的性能参数
实施例1-4所做的测试采用的测试方法如下：
(1)冲击强度所采用的测试方法是：gb/t1043.1塑料简支梁冲击性能的测定第1部分：非仪器化冲击试验；
(2)弯曲强度所采用的测试方法是：gb/t9341塑料弯曲性能的测定
(3)拉伸强度所采用的测试方法是：gb/t1040.1塑料拉伸性能的测定第1部分：总则；
(4)吸水率所采用的测试方法是：gb/t1034塑料吸水性的测定；
(5)和(6)摩擦系数和磨耗量所采用的测试方法是：gb/t3960塑料滑动摩擦磨损试验法；
(7)球压痕硬度所采用的测试方法是：采用gb/t3398.1塑料硬度测定第1部分：球压痕法；
(8)密度所采用的测试方法是：gb/t1033.1塑料非泡沫塑料密度的测定第1部分：浸渍法、液体比重瓶法的滴定法；
(9)热变形温度所采用的测试方法是：gb/t1634.2塑料负荷变形温度的测定第2部分：塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。