本发明涉及模具涂层，具体为一种具有高硬度耐磨涂层的注塑模具及其制备方法。
背景技术：
1、在高分子聚合物的模压、注塑等加工过程中，金属模具的使用是必不可少的。在模具和注塑行业，由于聚合物具有较强吸附性、带有活性基团，容易与金属模具之间发生黏连，会对注塑制品的表观质量、尺寸造成负面影响，极大得增加了加工的复杂性。需要在模具表面设置一层涂层，用于将注塑塑料与金属模具隔开，其中聚四氟乙烯为常用涂层材料。但其硬度、耐磨性仍有改善空间。因此，我们提出一种具有高硬度耐磨涂层的注塑模具及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有高硬度耐磨涂层的注塑模具及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有高硬度耐磨涂层的注塑模具的制备方法，包括以下工艺：
3、将涂料喷涂于模具表面，干燥，烧结，形成涂层，得到注塑模具。
4、进一步的，所述涂料包括以下质量组分：65～85份聚四氟乙烯、15～20份聚苯硫醚、9.1～15.0份填料、1.4～2.0份助剂、260～338份溶剂；
5、填料包括8～12份石墨烯、1.1～3.0份二硫化钼。
6、进一步的，溶剂包括104～134质量份乙醇、26～34质量份二甲基乙酰胺和130～170份质量去离子水；
7、助剂包括0.1～0.2质量份流平剂、0.3～0.5质量份消泡剂、0.3～0.5质量份表面活性剂和0.7～0.8质量份成膜助剂。
8、流平剂：tego glide 410，来源于佛山三升贸易有限公司；消泡剂：tsa-4701，来源于江苏腾达助剂有限公司；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；成膜助剂为酯醇十二；
9、聚四氟乙烯：粉末状，粒度1250目，来源于美国杜邦；
10、聚苯硫醚(pps)：pr06，来源于美国雪佛龙菲利普；
11、二硫化钼：粒度2000目，来源于河南省鑫鼎化工有限公司；
12、石墨烯：单层石墨烯，粒径300～500nm，来源于苏州碳丰石墨烯科技有限公司。
13、进一步的，所述聚苯硫醚经过接枝改性，具体工艺如下：
14、取聚苯硫醚、对氯苯胺、氢氧化钠、1-甲基-吡咯烷酮混合，在氮气气氛保护下，升温至245～255℃，保温180～220min；降温至215～225℃，保温18～24min；降温至120～140℃；过滤，洗涤，得到氨基端聚苯硫醚；
15、取氨基端聚苯硫醚与苯胺、2-氟苯胺、过硫酸铵、硫酸溶液，于0～2℃混合，置于高压釜中，3～5℃温度、0.1～1.0mpa压力下反应4～7h；过滤，洗涤，得到改性聚苯硫醚。
16、进一步的，聚苯硫醚、对氯苯胺、氢氧化钠、1-甲基-吡咯烷酮的比例为24g:(0.5～0.6)g:(0.7～0.8)g:100ml；
17、氨基端聚苯硫醚、苯胺、2-氟苯胺、过硫酸铵、硫酸溶液的比例为20g:(0.25～0.46)g:(0.28～0.55)g:(1.3～2.4)g:100ml；
18、硫酸溶液的浓度为1m。
19、进一步的，部分组分质量的石墨烯经过复合，具体工艺如下：
20、将石墨烯分散于去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，依次加入乙醇、二水柠檬酸钠混合均匀，加入氨水、正硅酸乙酯，升温至88～94℃反应120～180min；抽滤，洗涤，得到复合石墨烯。
21、进一步的，石墨烯、去离子水、乙醇、氨水的比例为10g:100ml:28～30ml:10ml；
22、石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮、二水柠檬酸钠、正硅酸乙酯的质量比为5:(5.6～11.3):(0.04～0.08):(0.5～1.0)；
23、聚乙烯吡咯烷酮以正戊醇溶液的形式加入，质量浓度为10％；
24、二水柠檬酸钠以水溶液的形式加入，浓度为0.18m；
25、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)：平均分子量58000，来源于广州粤美化工有限公司。
26、进一步的，所述填料包括以下质量组分：5～6份石墨烯、3～6份复合石墨烯、1.1～3.0份二硫化钼。
27、进一步的，填料经过kh560偶联改性，具体工艺为：
28、将kh560、乙醇溶液混合，升温至60～70℃搅拌7～12min，加入填料，继续搅拌60～90min；冷却，离心，洗涤，得到改性填料；
29、kh560、填料、乙醇溶液的比例为(0.7～1.0)g:20g:100ml；
30、乙醇溶液的质量分数为95％。
31、进一步的，所述喷涂的工艺条件为：喷涂压力0.2～0.3mpa，喷嘴直径1.8mm，喷嘴与模具间的距离为200～250mm，喷涂速率6～8m/min。
32、进一步的，所述干燥的工艺条件为：温度80～95℃，时间4～10min。
33、进一步的，所述烧结的工艺条件为：280～290℃，烘焙保温75～100min，脱除助剂和低分子量的聚合物等；360～380℃，固化保温12～18min，随炉冷却。
34、进一步的，所述喷涂厚度为20～40μm。
35、进一步的，模具基体处理前经过表面处理，工艺依次为清洗、喷砂；
36、清洗工艺依次为：碱洗，水洗，酸洗，碱中和，水洗；
37、碱洗工艺为：1m氢氧化钠溶液清洗10～15min，氢氧化钠溶液温度40～60℃；
38、酸洗工艺为：8～10wt％盐酸浸泡5min，盐酸温度55～62℃；
39、碱中和工艺置于8～10wt％氢氧化钠溶液中进行，待溶液至不再析出絮状物后取出。
40、进一步的，喷砂工艺为：喷砂距离15cm，喷射角度45°～75°，喷砂时间5min，压缩空气0.5～0.6mpa；
41、进一步的，所述模具为硬铝、45#钢或304不锈钢。
42、在上述技术方案中，聚乙烯吡咯烷酮、正硅酸乙酯等组分在部分石墨烯的表面沉积线型二氧化硅，使其二维结构的表面出现多枝状结构突起，得到线型二氧化硅复合的石墨烯，记为复合石墨烯，将其与未复合的石墨烯、二硫化钼复配，能够促进涂层与金属模具间的吸附；并在干燥、烧结阶段，助剂、溶剂等小分子组分上浮、脱离，推动得填料进行选择性取向排列，促进片状石墨烯等填料平铺覆盖，涂层的厚度降低，涂层组分间距缩减，使得复合石墨烯的复合结构与石墨烯产生衔接，其径高避免了层状石墨烯、二硫化钼两两间的叠合，能够充分发挥填料石墨烯、二硫化钼的刚性、润滑性，提高所制涂层的硬度和防粘、耐磨、抗冲击能力。最后对填料进行偶联改性，利用kh570改善填料在树脂基体中的分散性，并引入环氧基团，利于后续工艺中的反应。
43、聚苯硫醚是分子主链中含有苯硫基的热塑性树脂，具有很强的刚性和规整性，其强度、模量较高，尺寸稳定，在与聚四氟乙烯混合后，能够改善所制涂层的耐磨性能，并能够改善涂层与模具之间的粘附力，促进其综合性能的改善。利用对氯苯胺对聚苯硫醚进行端基改性，其中对氯苯胺中的氯基与聚苯硫醚中的巯基反应，将端基转化为苯胺基基团；而后在较高压力下，与苯胺、2-氟苯胺共聚，得到氟代聚苯胺改性的聚苯硫醚，记为改性聚苯硫醚，能够改善涂层在金属模具表面的附着力；在干燥、烧结工艺中，与改性填料中的环氧基团反应固化，增加涂层的交联密度，提高其耐磨性能；且具有低表面能和极小半径的氟原子的引入，能够降低涂层的摩擦系数和磨损料，进一步提高涂层的耐磨性能和抗防粘能力。
44、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
45、1.本发明的具有高硬度耐磨涂层的注塑模具及其制备方法，通过聚乙烯吡咯烷酮、正硅酸乙酯等组分在部分石墨烯的表面沉积线型二氧化硅，使其二维结构的表面出现多枝状结构突起，得到复合石墨烯，与石墨烯、二硫化钼复配，能够避免层状石墨烯、二硫化钼两两间的叠合，充分发挥填料石墨烯、二硫化钼的刚性、润滑性，提高所制涂层的硬度和防粘、耐磨、抗冲击能力。
46、2.本发明的具有高硬度耐磨涂层的注塑模具及其制备方法，通过对氯苯胺对聚苯硫醚进行改性，将端基转化为胺基；与苯胺、2-氟苯胺共聚，得到改性聚苯硫醚，在干燥、烧结工艺中，与改性填料中的环氧基团反应，增加涂层的交联密度，提高其耐磨性能；并引入了具有低表面能和极小半径的氟原子，降低了涂层的摩擦系数和磨损料，进一步提高涂层的耐磨性能和抗防粘能力。