本發(fā)明屬于紡織材料材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑及其使用方法。

背景技術(shù)：

碳纖維是一種高性能纖維，碳纖維具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、模量高、耐燒蝕等優(yōu)異的性能，用碳纖維制成的紙、氈、部等材料可以作為屏蔽材料、面狀發(fā)熱材料、導(dǎo)電材料、電化學(xué)活驢材料等功能材料，在航空航天和民用技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。碳纖維的主要原料為pan纖維、瀝青纖維和粘膠纖維，而石墨纖維是碳纖維經(jīng)高溫石墨化形成。

精煉工藝是紡織領(lǐng)域中必不可少的一種處理工藝，精煉是利用化學(xué)和物理方法去除棉、毛、絲、麻等纖維中雜質(zhì)、玷污物以及殘存漿料的工藝過(guò)程。中國(guó)專利cn106120333a公開(kāi)了的一種石墨烯/亞麻復(fù)合纖維的制備方法，將亞麻纖維經(jīng)殼聚糖預(yù)處理后，經(jīng)果膠酶、葡聚糖酶、纖維素酶、淀粉酶和螯合劑etda混合物精煉，再與石墨烯纖維混勻，形成石墨烯/亞麻復(fù)合纖維。中國(guó)專利cn102587066b公開(kāi)的粘膠基石墨化碳纖維氈生產(chǎn)工藝，將粘膠基纖維氈進(jìn)行碳化保護(hù)，預(yù)氧化處理得到預(yù)氧化處理后的碳纖維氈，將預(yù)氧化處理后的碳纖維氈近氮?dú)獗Ｗo(hù)進(jìn)行低溫碳化，再牽拉進(jìn)行高溫碳化和石墨化工藝，后處理、檢測(cè)包裝得到成品。但是目前針對(duì)碳纖維或者石墨纖維的精煉方面的研究并不多見(jiàn)。

石墨纖維的表面結(jié)構(gòu)形態(tài)直接影響纖維的物理性能和機(jī)械性能，而且影響石墨纖維與其他材料的分散性能。碳纖維的結(jié)構(gòu)都是源于有機(jī)物轉(zhuǎn)化而成的過(guò)渡碳，其中碳纖維的碳量一般為92-95％，石墨纖維的含碳量可高達(dá)99％，石墨纖維表面的碳容易同空氣中的氧和水分發(fā)生反應(yīng)形成羧基和羰基等極性基團(tuán)，且碳纖維經(jīng)表面處理后表面的結(jié)構(gòu)和活性又會(huì)有進(jìn)一步的影響。因此，對(duì)石墨纖維及其石墨復(fù)合纖維的精煉也十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑及其使用方法，本發(fā)明制備的精煉劑通過(guò)改性纖維素和殼聚糖促進(jìn)碳纖維的分散，生物酶和環(huán)己酮促進(jìn)碳纖維表面退漿，使碳纖維纖維表面光潔，并對(duì)碳纖維進(jìn)行熱牽伸后石墨化處理，保持石墨及其復(fù)合纖維的機(jī)械性能，得到高強(qiáng)高模的石墨及其復(fù)合纖維，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單高效，綠色環(huán)保。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑，其特征在于，所述用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中包括改性纖維素、殼聚糖、生物酶、環(huán)己酮和溶劑，所述改性纖維素為苯甲基改性纖維素，所述生物酶為質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，所述溶劑為醇水溶液。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括改性纖維素5-10份、殼聚糖8-12份、生物酶5-15份、環(huán)己酮20-30份和溶劑50-80份。

本發(fā)明還提供一種用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑的使用方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將改性纖維素和殼聚糖加入醇水溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液；

(2)將碳纖維加入步驟(1)制備的分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，加入生物酶混合物，恒溫超聲處理，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維；

(3)將步驟(2)制備的精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成紗線，經(jīng)熱牽伸后，石墨化，得到石墨及其復(fù)合纖維。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為2-3g/l和3-5g/l。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，分散基底溶液中溶劑為體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.1-0.3:1。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，恒溫超聲處理的溫度為50-60℃，功率為200w，時(shí)間為5-10min。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，紗線為碳纖維紗線或者碳纖維復(fù)合紗線。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，熱牽伸的比例為0.5-1.5％。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，石墨化的溫度為2000-2500℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)碳纖維表面的主要成分通常為環(huán)氧樹(shù)脂、環(huán)辛酮、乙烯基樹(shù)脂等，還含有雜質(zhì)和玷污物，且碳纖維的分散性能較差，難以均勻的分散于水基溶劑中，本發(fā)明制備的精煉劑中利用改性纖維素和殼聚糖提高碳纖維的分散劑，再利用生物酶混合物和環(huán)己酮去除碳纖維表面的上漿劑，以得到精煉的碳纖維，精煉效果好，碳纖維表面光潔，漿料去除完全，不含雜質(zhì)，本發(fā)明再將精煉的碳纖維制成紗線，經(jīng)熱牽引預(yù)處理，防止碳纖維石墨化引起抗拉強(qiáng)度的下降，再經(jīng)石墨化處理得到高強(qiáng)高模的石墨及其復(fù)合纖維。

(2)本發(fā)明的精煉方法依據(jù)碳纖維的特性進(jìn)行針對(duì)性精煉，并且考慮碳纖維的分散問(wèn)題和石墨化強(qiáng)度降低問(wèn)題，將超聲波技術(shù)與生物酶降解技術(shù)用于碳纖維精煉，并且在石墨化處理前進(jìn)行熱牽伸處理，本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單高效，不產(chǎn)生有毒有害廢水，可使用與多種石墨及其復(fù)合纖維的精煉中，應(yīng)用范圍廣泛。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

實(shí)施例1：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素5份、殼聚糖8份、生物酶5份、環(huán)己酮20份和溶劑50份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為2g/l和3g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.1:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在50℃下，以200w功率恒溫超聲處理5min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆?，過(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)0.5％的比例熱牽伸后，在2000℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

實(shí)施例2：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素10份、殼聚糖12份、生物酶15份、環(huán)己酮30份和溶劑80份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為3g/l和5g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.3:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒溫超聲處理10min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)1.5％的比例熱牽伸后，在2500℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

實(shí)施例3：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素7份、殼聚糖10份、生物酶12份、環(huán)己酮25份和溶劑75份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為2.5g/l和4g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.2:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在55℃下，以200w功率恒溫超聲處理8min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)0.8％的比例熱牽伸后，在2300℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

實(shí)施例4：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素8份、殼聚糖9份、生物酶12份、環(huán)己酮24份和溶劑65份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為3g/l和4g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.3:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒溫超聲處理5min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)1％的比例熱牽伸后，在2500℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

實(shí)施例5：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素9份、殼聚糖9份、生物酶9份、環(huán)己酮30份和溶劑80份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為2.3g/l和4g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.2:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒溫超聲處理7min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆颍^(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)1.3％的比例熱牽伸后，在2150℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

實(shí)施例6：

用于石墨及其復(fù)合纖維的生物酶精煉劑中的組分，按照重量份計(jì)，包括苯甲基改性纖維素10份、殼聚糖8份、生物酶15份、環(huán)己酮20份和溶劑80份。

使用方法包括以下步驟：

(1)將苯甲基改性纖維素和殼聚糖加入體積比為1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均勻，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纖維素和殼聚糖的含量分別為3g/l和4.5g/l。

(2)將碳纖維加入分散基底溶液中，機(jī)械攪拌至分散均勻，按照生物酶混合物的用量與碳纖維的質(zhì)量比為0.3:1，加入質(zhì)量比為1：1:1的葡萄糖酶、果膠酶和纖維素酶的混合物，在55℃下，以200w功率恒溫超聲處理8min，再加入環(huán)己酮，充分?jǐn)嚢杈鶆?，過(guò)濾，洗滌得到精煉的碳纖維。

(3)將精煉的碳纖維充分干燥后，卷繞成碳纖維紗線，經(jīng)1.5％的比例熱牽伸后，在2000℃下石墨化處理，得到石墨纖維。

經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-6制備的石墨及其復(fù)合纖維以及現(xiàn)有技術(shù)的pan基石墨纖維的去漿率、機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)果如下所示：

由上表可見(jiàn)，本發(fā)明制備的石墨纖維中的碳含量高，去漿率高，表面光潔，抗拉強(qiáng)度顯著提高。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。