本发明涉及一种胶原基碳纤维上浆剂的制备方法，属于上浆剂制备
技术领域：
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背景技术：
：碳纤维具有优良的力学性能，被誉为21世纪的新型材料。因其具有模量高、强度大、比重小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀等一系列优异的性能，其与先进树脂形成的复合材料在现代航空航天尖端
技术领域：
及体育休闲用品、土木建筑、电子产品、医疗器械等领域有着广泛的应用。但是，碳纤维是脆性材料，在生产及加工过程中，经机械摩擦容易起毛，或出现单丝断裂等现象，使碳纤维的强度降低。而且，由于毛丝的存在，树脂基体不能充分润湿碳纤维，在复合材料制备中容易产生孔隙，从而影响复合材料的力学性能。目前，对碳纤维进行上浆处理是解决上述问题的主要方法。上浆就是在经表面处理的碳纤维表面上涂一层保护层，其基本组成为有机物，厚度约为几十至几百纳米，质量分数一般在0.8%～1.5%之间。一般认为上浆剂的主要作用是减少纤维起毛断丝现象，使碳纤维集束，改善其加工性能并起到保护作用。但是目前传统碳纤维上浆剂存在耐磨性能不佳，在使用过程与碳纤维基体间粘结性差以及上浆层固化后回弹韧性不足的缺陷，因此发明一种耐磨性好，与碳纤维基体粘结性佳且回弹性高的碳纤维上浆剂具有积极的意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对目前传统碳纤维上浆剂存在耐磨性能不佳，在使用过程与碳纤维基体间粘结性差以及上浆层固化后回弹韧性不足的缺陷，提供了一种胶原基碳纤维上浆剂的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种胶原基碳纤维上浆剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）称取新鲜羊皮粉碎，得到羊皮碎块，再将羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液混合后静置浸泡1～2h，浸泡结束后过滤分离得到滤渣，将滤渣和水混合后倒入反应釜中，煮制；（2）待上述煮制结束后，过滤分离得到滤液，将得到的滤液装入旋蒸浓缩仪中，旋蒸浓缩得到浓缩液，取沸石放入球磨罐中研磨后过200目筛，得到过筛的沸石粉末，将沸石粉末和浓缩液混合后搅拌20～30min得到混合悬浮液，备用；（3）称取柠檬、鸡蛋黄和蔗糖混合搅拌得到混合液，将混合液装入不锈钢托盘中，并放入温室中，静置发霉3～5天，得到发霉物；（4）将上述发霉物和备用的混合悬浮液混合后装入发酵罐中，用无菌棒搅拌20～30min，搅拌结束后密封发酵罐口，静置发酵，发酵结束后得到发酵产物，备用；（5）将聚醚砜树脂和石油醚混合溶解，得到聚醚砜树脂液，再将聚醚砜树脂液和质量分数为98%的浓硫酸混合，并加热升温至60～70℃，搅拌反应1～2h，搅拌反应结束后再用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，得到改性聚醚砜树脂；（6）按重量份数计，称取10～20份上述改性聚醚砜树脂、30～40份丙烯酸、1～2份二月桂酸二丁基锡、5～10份备用的发酵产物、100～150份去离子水、3～6份大豆磷脂和8～10份十二烷基苯磺酸钠依次倒入反应釜中，在压力为1.2～1.4mpa的条件下加热升温至80～90℃，保温搅拌反应15～20min后出料，即得胶原基碳纤维上浆剂。步骤（1）中所述的羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液的质量比为1:5，滤渣和水的质量比为1:8，煮制的温度为80～90℃，煮制的时间为1～2h。步骤（2）中所述的旋蒸浓缩的温度为50～60℃，旋蒸浓缩的时间为40～50min，沸石粉末和浓缩液的质量比为1:10。步骤（3）中所述的柠檬、鸡蛋黄和蔗糖的质量比为1:2:1，温室的温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70℃。步骤（4）中所述的发霉物和混合悬浮液的质量比为1:5，静置发酵的温度为35～45℃，静置发酵的时间为5～7天。步骤（5）中所述的聚醚砜树脂和石油醚的质量比为1:10。本发明的有益效果是：（1）本发明以富含胶原蛋白的羊皮作为原料，经酸泡后水煮，并将水煮液浓缩后和沸石粉末共混得到混合悬浮液，再将混合悬浮液和生物质发霉物共混发酵，得到发酵产物，最后将发酵产物和改性聚醚砜树脂以及丙烯酸树脂共混反应制备得到碳纤维上浆剂，本发明利用高温高湿环境先使生物质原料柠檬、鸡蛋黄和蔗糖发霉，再将发霉物和羊皮以及沸石粉末混合液共混发酵，由于本发明所用的羊皮中含有丰富的羊皮胶原蛋白，将其和沸石粉末通过微生物发酵产酸，羊皮胶原肽链的碱性基团会结合上酸，结合上酸后的羊皮胶原分子间及链间的离子交联键和氢键将被打开，羊皮胶原分子就会和丙烯酸发生交联固化形成三维网状的交联结构，由于交联网状结构可以将收到的应力进行传递分散，起到了缓冲的作用，因此可以提高上浆剂使用后材料表面的回弹韧性；（2）本发明还加入了生物质的发霉物作为原料，利用微生物将生物质原料降解，产生大量游离性的活性基团，得到富含游离性活性基团的发酵物，用发酵物作为上浆剂原料，可以将活性基团引入上浆剂中，使用后这些活性基团会与待上浆的碳纤维表面的基团产生氢键吸附和其他化学键合力，这些氢键吸附力和化学键合力的产生可以提高上浆剂和碳纤维之间的内结合强度，从而提高了上浆剂和碳纤维之间的粘结性，同时本发明还向上浆剂中引入了耐磨矿物质沸石粉末，它的引入也使固化后的上浆剂膜层的耐磨性得到提高，具有广阔的应用前景。具体实施方式称取新鲜羊皮放入组织粉碎机中粉碎20～30min，得到羊皮碎块，再将羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液按质量比为1:5混合后静置浸泡1～2h，浸泡结束后过滤分离得到滤渣，将滤渣和水按质量比为1:8混合后倒入反应釜中，在80～90℃下保温煮制1～2h；待煮制结束后，过滤分离得到滤液，将得到的滤液装入旋蒸浓缩仪中，在50～60℃下旋蒸浓缩40～50min得到浓缩液，取沸石放入球磨罐中研磨后过200目筛，得到过筛的沸石粉末，将沸石粉末和浓缩液按质量比为1:10混合后搅拌20～30min得到混合悬浮液，备用；按质量比为1:2:1称取柠檬、鸡蛋黄和蔗糖混合搅拌得到混合液，将混合液装入不锈钢托盘中，并放入温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70℃的温室中，静置发霉3～5天，得到发霉物；将发霉物和备用的混合悬浮液按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，用无菌棒搅拌20～30min，搅拌结束后密封发酵罐口，在35～45℃下静置发酵5～7天，发酵结束后得到发酵产物，备用；将聚醚砜树脂和石油醚按质量比为1:10混合溶解，得到聚醚砜树脂液，再将聚醚砜树脂液和质量分数为98%的浓硫酸按质量比为10:1混合，并加热升温至60～70℃，搅拌反应1～2h，搅拌反应结束后再用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，得到改性聚醚砜树脂；按重量份数计，称取10～20份上述改性聚醚砜树脂、30～40份丙烯酸、1～2份二月桂酸二丁基锡、5～10份备用的发酵产物、100～150份去离子水、3～6份大豆磷脂和8～10份十二烷基苯磺酸钠依次倒入反应釜中，在压力为1.2～1.4mpa的条件下加热升温至80～90℃，保温搅拌反应15～20min后出料，即得胶原基碳纤维上浆剂。实例1称取新鲜羊皮放入组织粉碎机中粉碎20min，得到羊皮碎块，再将羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液按质量比为1:5混合后静置浸泡1h，浸泡结束后过滤分离得到滤渣，将滤渣和水按质量比为1:8混合后倒入反应釜中，在80℃下保温煮制1h；待煮制结束后，过滤分离得到滤液，将得到的滤液装入旋蒸浓缩仪中，在50℃下旋蒸浓缩40min得到浓缩液，取沸石放入球磨罐中研磨后过200目筛，得到过筛的沸石粉末，将沸石粉末和浓缩液按质量比为1:10混合后搅拌20min得到混合悬浮液，备用；按质量比为1:2:1称取柠檬、鸡蛋黄和蔗糖混合搅拌得到混合液，将混合液装入不锈钢托盘中，并放入温度为30℃，空气相对湿度为60℃的温室中，静置发霉3天，得到发霉物；将发霉物和备用的混合悬浮液按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，用无菌棒搅拌20min，搅拌结束后密封发酵罐口，在35℃下静置发酵5天，发酵结束后得到发酵产物，备用；将聚醚砜树脂和石油醚按质量比为1:10混合溶解，得到聚醚砜树脂液，再将聚醚砜树脂液和质量分数为98%的浓硫酸按质量比为10:1混合，并加热升温至60℃，搅拌反应1h，搅拌反应结束后再用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，得到改性聚醚砜树脂；按重量份数计，称取10份上述改性聚醚砜树脂、30份丙烯酸、1份二月桂酸二丁基锡、5份备用的发酵产物、100份去离子水、3份大豆磷脂和8份十二烷基苯磺酸钠依次倒入反应釜中，在压力为1.2mpa的条件下加热升温至80℃，保温搅拌反应15min后出料，即得胶原基碳纤维上浆剂。实例2称取新鲜羊皮放入组织粉碎机中粉碎25min，得到羊皮碎块，再将羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液按质量比为1:5混合后静置浸泡1h，浸泡结束后过滤分离得到滤渣，将滤渣和水按质量比为1:8混合后倒入反应釜中，在85℃下保温煮制1h；待煮制结束后，过滤分离得到滤液，将得到的滤液装入旋蒸浓缩仪中，在55℃下旋蒸浓缩45min得到浓缩液，取沸石放入球磨罐中研磨后过200目筛，得到过筛的沸石粉末，将沸石粉末和浓缩液按质量比为1:10混合后搅拌25min得到混合悬浮液，备用；按质量比为1:2:1称取柠檬、鸡蛋黄和蔗糖混合搅拌得到混合液，将混合液装入不锈钢托盘中，并放入温度为35℃，空气相对湿度为65℃的温室中，静置发霉4天，得到发霉物；将发霉物和备用的混合悬浮液按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，用无菌棒搅拌25min，搅拌结束后密封发酵罐口，在40℃下静置发酵6天，发酵结束后得到发酵产物，备用；将聚醚砜树脂和石油醚按质量比为1:10混合溶解，得到聚醚砜树脂液，再将聚醚砜树脂液和质量分数为98%的浓硫酸按质量比为10:1混合，并加热升温至65℃，搅拌反应1h，搅拌反应结束后再用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，得到改性聚醚砜树脂；按重量份数计，称取15份上述改性聚醚砜树脂、35份丙烯酸、1份二月桂酸二丁基锡、8份备用的发酵产物、130份去离子水、5份大豆磷脂和9份十二烷基苯磺酸钠依次倒入反应釜中，在压力为1.3mpa的条件下加热升温至85℃，保温搅拌反应18min后出料，即得胶原基碳纤维上浆剂。实例3称取新鲜羊皮放入组织粉碎机中粉碎30min，得到羊皮碎块，再将羊皮碎块和质量分数为15%的醋酸溶液按质量比为1:5混合后静置浸泡2h，浸泡结束后过滤分离得到滤渣，将滤渣和水按质量比为1:8混合后倒入反应釜中，在90℃下保温煮制2h；待煮制结束后，过滤分离得到滤液，将得到的滤液装入旋蒸浓缩仪中，在60℃下旋蒸浓缩50min得到浓缩液，取沸石放入球磨罐中研磨后过200目筛，得到过筛的沸石粉末，将沸石粉末和浓缩液按质量比为1:10混合后搅拌30min得到混合悬浮液，备用；按质量比为1:2:1称取柠檬、鸡蛋黄和蔗糖混合搅拌得到混合液，将混合液装入不锈钢托盘中，并放入温度为40℃，空气相对湿度为70℃的温室中，静置发霉5天，得到发霉物；将发霉物和备用的混合悬浮液按质量比为1:5混合后装入发酵罐中，用无菌棒搅拌30min，搅拌结束后密封发酵罐口，在45℃下静置发酵7天，发酵结束后得到发酵产物，备用；将聚醚砜树脂和石油醚按质量比为1:10混合溶解，得到聚醚砜树脂液，再将聚醚砜树脂液和质量分数为98%的浓硫酸按质量比为10:1混合，并加热升温至70℃，搅拌反应2h，搅拌反应结束后再用质量分数为30%的氢氧化钠溶液调节ph至中性，得到改性聚醚砜树脂；按重量份数计，称取20份上述改性聚醚砜树脂、40份丙烯酸、2份二月桂酸二丁基锡、10份备用的发酵产物、150份去离子水、6份大豆磷脂和10份十二烷基苯磺酸钠依次倒入反应釜中，在压力为1.4mpa的条件下加热升温至90℃，保温搅拌反应20min后出料，即得胶原基碳纤维上浆剂。对照例以北京市某公司生产的碳纤维上浆剂作为对照例对使用本发明制得的碳纤维上浆剂上浆后的纤维和对照例中的碳纤维上浆剂上浆后的纤维进行性能检测，检测结果如表1所示：表1性能检测结果检测项目实例1实例2实例3对照例线束强度（gpa）7.06.96.96.6单纤维弹性模量（gpa）345345345333拉伸强度（mpa）162163165148弯曲强度（mpa）213218220201抗冲击强度（kj/m2）23252819由上表中检测数据可以看出，本发明制得的碳纤维上浆剂使用后耐磨性好，与碳纤维基体粘结性佳且回弹性高，具有广阔的应用前景。当前第1页12