[发明专利]一种表面高硬耐磨尼龙及其制备方法

说明书

本发明公开一种表面高硬耐磨尼龙及其制备方法。所述尼龙表面具有梯度增硬耐磨层；所述梯度增硬耐磨层为由外向内的Si‑C网状交联层‑无机碳化层；所述梯度增硬耐磨层的深度为1～6um；所述无机碳化层中的碳原子百分含量不低于95％；所述无机碳化层的深度为0.5～5um。本发明方法通过将尼龙固定在离子注入机的靶台，在真空条件下首先用氩等离子体活化材料表面，形成无机碳化层，然后再注入硅等离子体或硅、氮等离子体形成无机复合增硬耐磨层；该方法操作简单，不影响尼龙本体的物理化学结构，处理后得到的尼龙表面结构稳定，表面硬度高，耐磨性能好，得到的尼龙可广泛用于结构性承载部件。

技术领域

本发明涉及工程塑料改性技术领域。更具体地，涉及一种表面高硬耐磨尼龙的制备方法。

背景技术

尼龙(Nylon)又名聚酰胺，由20世纪30年代杜邦公司卡罗瑟斯(Carothers)及其领导下的研发团队开发出来，最初特指聚酰胺66纤维，是世界上第一种人工合成的纤维。随后，随着尼龙合成工艺的不断改进，尼龙的商业化从最初的尼龙66扩展到尼龙6、尼龙11、尼龙12等多个牌号，应用领域也从最初的纺织类纤维扩展到结构性工程塑料领域，现已成为应用最广泛的工程塑料之一。然而，由于尼龙分子链中有强极性的酰胺键，吸水性强，成品制件的尺寸稳定性较差，而且尼龙分子链间以及分子链内的氢键使得分子链间的相互作用很强，比常见塑料表面能高，与一些物质接触时黏附力强，摩擦系数大，导致耐磨性能不足，限制了其在轴承、齿轮、导向装置、密封装置及人工关节等承载领域的应用。

为了提高尼龙表面的耐磨性能，当前主要通过增加基体刚性、添加耐磨性填料和对制件表面直接进行改性的方法来实现。在尼龙中加入增强纤维如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等可以显著增加尼龙复合材料的刚性，提高材料的表面硬度，但是对复合材料耐磨性的提升有限；而添耐磨性的填料如二硫化钼、炭黑、聚四氟乙烯粉、硅酮粉等可以较好的提高尼龙复合材料的耐磨性能，但是耐磨填料的添加量较大。无论是增强纤维还是耐磨填料均会降低复合材料的熔融流动性，材料的可加工性能下降，不利于制备结构复杂的制件。另外，对于尼龙制件表面直接改性，一般采用化学气相沉积或者磁控溅射类金刚石涂层(DLC)或其它耐磨涂层来实现，由于类金刚石涂层(DLC)或其它耐磨涂层刚性较强，而尼龙基底材料刚性较弱，导致界面结合层内应力较大，涂层与尼龙基底的结合力较差，长期使用涂层易从基底剥离而导致材料失效。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种表面高硬耐磨尼龙。该改性尼龙改性层浅，不影响制件的本体性能，如拉伸强度、冲击强度、弯曲强度和热变形温度等物理化学性能，可广泛用于结构性承载部件。

本发明的另一个目的在于提供一种表面高硬耐磨尼龙的制备方法。该方法不会对尼龙及其复合材料本体的性能产生影响，不影响材料的加工性能；处理后得到的尼龙表面结构稳定，表面硬度高，耐磨性能好。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种表面高硬耐磨尼龙，其特征在于：所述尼龙表面具有梯度增硬耐磨层；所述梯度增硬耐磨层为由外向内的Si-C网状交联层-无机碳化层；所述梯度增硬耐磨层的深度为1～6um；所述无机碳化层中的碳原子百分含量不低于95％；所述无机碳化层的深度为0.5～5um。

优选地，所梯度增硬耐磨层为由外向内的N-Si-C网状交联层-无机碳化层。

优选地，所述尼龙选自尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙11、尼龙1010以及各种尼龙基的复合材料中的一种或多种。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

如上所述的一种表面高硬耐磨尼龙的制备方法，采用离子注入机在尼龙表面原位构建梯度无机增硬耐磨层。

优选地，所述制备方法包括如下步骤：

1)将尼龙制件用乙醇和去离子水分别清洗干净后自然晾干备用；