本发明涉及材料改性的，提供了一种高耐磨聚己内酰胺工程塑料及其制备方法。
背景技术：
1、浇铸聚己内酰胺广泛用于制造大型齿轮、涡轮、轴承、辊筒、异向环、万向节轴滑块等机械零部件，这些零部件对摩擦磨损性能要求较高。而聚己内酰胺的摩擦系数和摩擦损耗较高，不利于在工程领域的应用。
2、通常，提高塑料的摩擦磨损性能可以通过添加耐磨剂来实现，比如添加石墨、二硫化钼、碳纤维、聚四氟乙烯粉、硅酮粉、氧化铝、碳化钨、碳化钛等。max三元层状陶瓷（m为过渡金属元素，a为主族元素，x为c或n）是一种新兴的耐磨添加剂，其克服了传统陶瓷脆性大的缺陷，将其加入聚合物材料中，可提高材料的硬度和强度，并且在材料表面形成氧化物润滑膜，因而可降低摩擦系数，减小摩擦损耗。但是，在载荷较高的应用条件下，在形成摩擦化学层（即氧化物膜）的同时，摩擦表面的剪切力会使三元陶瓷出现剪切剥离而脱落，从而由摩擦磨损转变为磨粒磨损，在摩擦表面形成摩擦犁沟，因此反而会导致摩擦系数和磨损量的增大。
技术实现思路
1、针对上述情况，本发明提出了一种高耐磨聚己内酰胺工程塑料及其制备方法，可防止载荷较高时三元陶瓷耐磨添加剂出现剥离脱落，从而可维持较低的摩擦系数和摩擦磨损。
2、本发明涉及的具体技术方案如下：
3、一种高耐磨聚己内酰胺工程塑料的制备方法，包括以下制备步骤：
4、（1）将环氧修饰fe2alb2陶瓷粉末、环氧修饰bifeo3陶瓷粉末加入液态环氧树脂中，混合均匀，喷至氨基修饰fe3o4磁性粒子表面，先加热至60℃并保温2h，再加热至90℃并保温2h，得到fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子；
5、（2）将己内酰胺单体加热熔融，加入氢氧化钠并搅拌均匀，在110℃下真空脱水15-20min，加入步骤（1）制得的复合粒子并搅拌均匀，继续真空脱水3-5min，再加入甲苯二异氰酸酯，搅拌均匀后迅速倒入160-170℃模具中，15-20min后停止对模具加热，自然冷却，脱模，得到高耐磨聚己内酰胺工程塑料。
6、步骤（1）中，环氧修饰fe2alb2陶瓷粉末、环氧修饰bifeo3陶瓷粉末、液态环氧树脂、氨基修饰fe3o4磁性粒子的质量比为2-3：2-3：20：10-15。
7、步骤（2）中，己内酰胺单体、氢氧化钠、甲苯二异氰酸酯、复合粒子的质量比为100：0.2：0.3：20-30。
8、对陶瓷粉末进行环氧基团表面修饰的现有技术较多，环氧修饰fe2alb2陶瓷粉末和环氧修饰bifeo3陶瓷粉末可参照现有技术进行制备：
9、对于fe2alb2陶瓷粉末而言，优选的制备方法为，将fe2alb2陶瓷粉末分散在乙醇/丙酮中，通入n2，搅拌并加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，加热至56℃回流反应4-6h，再抽滤，以丙酮洗涤，干燥，得到环氧修饰fe2alb2陶瓷粉末。进一步优选的，fe2alb2陶瓷粉末、乙醇、丙酮、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的质量比为1.5：10-15：85-90：3-5。
10、对于bifeo3陶瓷粉末而言，优选的制备方法为，将bifeo3陶瓷粉末分散在乙醇/丙酮中，通入n2，搅拌并加入γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷，加热至56℃回流反应4-6h，再抽滤，以丙酮洗涤，干燥，得到环氧修饰bifeo3陶瓷粉末。进一步优选的，bifeo3陶瓷粉末、乙醇、丙酮、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷的质量比为1.5：10-15：85-90：3-5。
11、同样，氨基修饰fe3o4磁性粒子可参照现有技术进行制备，优选的制备方法为：将fe3o4磁性粒子分散在乙醇/丙酮中，通入n2，搅拌并加入氨丙基三乙氧基硅烷，加热至56℃回流反应10-12h，再抽滤，以丙酮洗涤，干燥，得到氨基修饰fe3o4磁性粒子。进一步优选的，fe3o4磁性粒子、乙醇、丙酮、氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1.5：20-30：70-80：6-8。
12、本发明还提供了上述制备方法制备得到的高耐磨聚己内酰胺工程塑料。所述聚己内酰胺工程塑料是在己内酰胺熔融聚合体系中原位加入fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子而制得。所述fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子是将分散有环氧修饰fe2alb2陶瓷粉末和bifeo3陶瓷粉末的液态环氧树脂喷至氨基修饰fe3o4磁性粒子表面进行反应而制得。
13、本发明采用的fe2alb2和bifeo3均是具有磁性的三元陶瓷材料，与max陶瓷材料类似，fe2alb2和bifeo3也可在材料表面形成氧化物润滑膜而起到降磨减摩的作用。
14、首先，本发明采用环氧修饰的fe2alb2和bifeo3陶瓷粉末与液态环氧树脂混合，再喷至氨基修饰的fe3o4粒子表面，fe3o4粒子表面具有氨基，可在环氧树脂中起到固化交联剂的作用，并且fe2alb2和bifeo3粉末表面的环氧基团也可与fe3o4粒子表面的氨基反应，因而，在制得的复合粒子中，环氧树脂以fe3o4粒子为交联点形成网络结构，fe2alb2和bifeo3粉末分布于环氧树脂网络中，并且fe2alb2和bifeo3粉末也可与fe3o4粒子形成化学键合。另外，由于fe2alb2和bifeo3具有磁性，fe3o4粒子还可对fe2alb2和bifeo3粉末产生磁性吸附作用。在步骤（1）中，与fe3o4粒子表面接触较好的部分环氧树脂的交联固化程度较高，而与fe3o4粒子表面接触较少的部分环氧树脂的交联固化程度较低。同理，靠近fe3o4粒子的fe2alb2和bifeo3粉末可较好地与fe3o4粒子形成化学键合，而远离fe3o4粒子的fe2alb2和bifeo3粉末表面仍有较多的未反应环氧基团。
15、然后，本发明以氢氧化钠为主催化剂，以甲苯二异氰酸酯为助催化剂，使己内酰胺单体熔融聚合为聚己内酰胺，通过在体系中添加fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子，使复合粒子原位分散于生成的聚己内酰胺塑料中。在步骤（2）中，聚己内酰胺的酰胺基团不仅可与环氧树脂反应，进一步提高交联固化程度，而且可与fe2alb2和bifeo3粉末表面的未反应环氧基团反应，进一步通过化学键合固定fe2alb2和bifeo3粉末。
16、综上所述，本发明提供了一种高耐磨聚己内酰胺工程塑料及其制备方法，其具有以下有益效果：
17、第一，本发明采用的fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子中，fe2alb2、bifeo3均可在材料表面形成氧化物润滑膜，从而降低材料表面的摩擦系数和磨损量。
18、第二，本发明采用的fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子中，由于对fe2alb2和bifeo3粉末进行了表面有机修饰，二者可与环氧树脂形成良好的界面结合，并且二者还可与聚己内酰胺基体形成化学键合；另外，环氧树脂与聚己内酰胺可通过交联结构形成良好的界面结合。因此，在载荷较高的摩擦条件下，作用于fe2alb2和bifeo3粉末上的剪切应力可被较好地分散和转移到材料的有机部分，使得fe2alb2和bifeo3粉末不易剥离脱落，从而防止由摩擦磨损转变为磨粒磨损而造成摩擦系数和磨损量的增大。
19、第三，本发明采用的fe3o4/fe2alb2/ bifeo3/环氧树脂复合粒子中，fe2alb2和bifeo3粉末可与fe3o4粒子形成化学键合及磁性吸附，还可与聚己内酰胺基体形成化学键合，因而其在摩擦剪切力作用下不易剥离脱落。退一步讲，即使fe2alb2和bifeo3粉末在剪切力作用下发生脱落，在fe3o4粒子的磁性吸附作用下，二者倾向于吸附在材料表面并进一步形成润滑膜，增大润滑膜的厚度，相应的可减少进入摩擦副之间的陶瓷颗粒，从而减少磨粒磨损，有利于维持较低的摩擦系数和磨损量。