本发明属于纺织材料材料技术领域，具体涉及一种用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂及其使用方法。
背景技术：
碳纤维是一种高性能纤维，碳纤维具有质量轻、强度高、模量高、耐烧蚀等优异的性能，用碳纤维制成的纸、毡、部等材料可以作为屏蔽材料、面状发热材料、导电材料、电化学活驴材料等功能材料，在航空航天和民用技术领域有广泛的应用。碳纤维的主要原料为pan纤维、沥青纤维和粘胶纤维，而石墨纤维是碳纤维经高温石墨化形成。
精炼工艺是纺织领域中必不可少的一种处理工艺，精炼是利用化学和物理方法去除棉、毛、丝、麻等纤维中杂质、玷污物以及残存浆料的工艺过程。中国专利cn106120333a公开了的一种石墨烯/亚麻复合纤维的制备方法，将亚麻纤维经壳聚糖预处理后，经果胶酶、葡聚糖酶、纤维素酶、淀粉酶和螯合剂etda混合物精炼，再与石墨烯纤维混匀，形成石墨烯/亚麻复合纤维。中国专利cn102587066b公开的粘胶基石墨化碳纤维毡生产工艺，将粘胶基纤维毡进行碳化保护，预氧化处理得到预氧化处理后的碳纤维毡，将预氧化处理后的碳纤维毡近氮气保护进行低温碳化，再牵拉进行高温碳化和石墨化工艺，后处理、检测包装得到成品。但是目前针对碳纤维或者石墨纤维的精炼方面的研究并不多见。
石墨纤维的表面结构形态直接影响纤维的物理性能和机械性能，而且影响石墨纤维与其他材料的分散性能。碳纤维的结构都是源于有机物转化而成的过渡碳，其中碳纤维的碳量一般为92-95％，石墨纤维的含碳量可高达99％，石墨纤维表面的碳容易同空气中的氧和水分发生反应形成羧基和羰基等极性基团，且碳纤维经表面处理后表面的结构和活性又会有进一步的影响。因此，对石墨纤维及其石墨复合纤维的精炼也十分必要。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂及其使用方法，本发明制备的精炼剂通过改性纤维素和壳聚糖促进碳纤维的分散，生物酶和环己酮促进碳纤维表面退浆，使碳纤维纤维表面光洁，并对碳纤维进行热牵伸后石墨化处理，保持石墨及其复合纤维的机械性能，得到高强高模的石墨及其复合纤维，本发明制备方法简单高效，绿色环保。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂，其特征在于，所述用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中包括改性纤维素、壳聚糖、生物酶、环己酮和溶剂，所述改性纤维素为苯甲基改性纤维素，所述生物酶为质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，所述溶剂为醇水溶液。
作为上述技术方案的优选，用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括改性纤维素5-10份、壳聚糖8-12份、生物酶5-15份、环己酮20-30份和溶剂50-80份。
本发明还提供一种用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将改性纤维素和壳聚糖加入醇水溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液；
(2)将碳纤维加入步骤(1)制备的分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，加入生物酶混合物，恒温超声处理，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维；
(3)将步骤(2)制备的精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成纱线，经热牵伸后，石墨化，得到石墨及其复合纤维。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为2-3g/l和3-5g/l。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，分散基底溶液中溶剂为体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.1-0.3:1。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，恒温超声处理的温度为50-60℃，功率为200w，时间为5-10min。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，纱线为碳纤维纱线或者碳纤维复合纱线。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，热牵伸的比例为0.5-1.5％。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，石墨化的温度为2000-2500℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)碳纤维表面的主要成分通常为环氧树脂、环辛酮、乙烯基树脂等，还含有杂质和玷污物，且碳纤维的分散性能较差，难以均匀的分散于水基溶剂中，本发明制备的精炼剂中利用改性纤维素和壳聚糖提高碳纤维的分散剂，再利用生物酶混合物和环己酮去除碳纤维表面的上浆剂，以得到精炼的碳纤维，精炼效果好，碳纤维表面光洁，浆料去除完全，不含杂质，本发明再将精炼的碳纤维制成纱线，经热牵引预处理，防止碳纤维石墨化引起抗拉强度的下降，再经石墨化处理得到高强高模的石墨及其复合纤维。
(2)本发明的精炼方法依据碳纤维的特性进行针对性精炼，并且考虑碳纤维的分散问题和石墨化强度降低问题，将超声波技术与生物酶降解技术用于碳纤维精炼，并且在石墨化处理前进行热牵伸处理，本发明制备方法简单高效，不产生有毒有害废水，可使用与多种石墨及其复合纤维的精炼中，应用范围广泛。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素5份、壳聚糖8份、生物酶5份、环己酮20份和溶剂50份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为2g/l和3g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.1:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在50℃下，以200w功率恒温超声处理5min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经0.5％的比例热牵伸后，在2000℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
实施例2：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素10份、壳聚糖12份、生物酶15份、环己酮30份和溶剂80份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为3g/l和5g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.3:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒温超声处理10min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经1.5％的比例热牵伸后，在2500℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
实施例3：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素7份、壳聚糖10份、生物酶12份、环己酮25份和溶剂75份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为2.5g/l和4g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.2:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在55℃下，以200w功率恒温超声处理8min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经0.8％的比例热牵伸后，在2300℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
实施例4：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素8份、壳聚糖9份、生物酶12份、环己酮24份和溶剂65份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为3g/l和4g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.3:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒温超声处理5min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经1％的比例热牵伸后，在2500℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
实施例5：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素9份、壳聚糖9份、生物酶9份、环己酮30份和溶剂80份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为2.3g/l和4g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.2:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在60℃下，以200w功率恒温超声处理7min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经1.3％的比例热牵伸后，在2150℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
实施例6：
用于石墨及其复合纤维的生物酶精炼剂中的组分，按照重量份计，包括苯甲基改性纤维素10份、壳聚糖8份、生物酶15份、环己酮20份和溶剂80份。
使用方法包括以下步骤：
(1)将苯甲基改性纤维素和壳聚糖加入体积比为1:4的乙醇和水的混合溶液中，混合均匀，得到分散基底溶液，其中，分散基底溶液中改性纤维素和壳聚糖的含量分别为3g/l和4.5g/l。
(2)将碳纤维加入分散基底溶液中，机械搅拌至分散均匀，按照生物酶混合物的用量与碳纤维的质量比为0.3:1，加入质量比为1：1:1的葡萄糖酶、果胶酶和纤维素酶的混合物，在55℃下，以200w功率恒温超声处理8min，再加入环己酮，充分搅拌均匀，过滤，洗涤得到精炼的碳纤维。
(3)将精炼的碳纤维充分干燥后，卷绕成碳纤维纱线，经1.5％的比例热牵伸后，在2000℃下石墨化处理，得到石墨纤维。
经检测，实施例1-6制备的石墨及其复合纤维以及现有技术的pan基石墨纤维的去浆率、机械强度的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的石墨纤维中的碳含量高，去浆率高，表面光洁，抗拉强度显著提高。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。