本发明公开了一种改性碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法，属于高分子材料
技术领域：
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背景技术：
：现代对计算机和电子装置的轻质化要求使导电高分子材料受到越来越多的青睐。导电高分子材料壳体由于其低密度、高比强度和良好的电磁兼容特性等优点而逐渐代替原来的金属壳体，在计算机和电子装置中广泛应用。将高分子材料与导电颗粒、导电纤维等导电填料进行复合，是制备导电高分子材料的一种重要方法。导电填料是多种多样的，碳纤维由于其高比强度、低密度、耐腐蚀、耐高温、抗环境能力强等优点而在导电高分子材料领域受到广泛的关注。但碳纤维用作复合型导电高分子材料的导电填料时，由于其本身的固有电阻率比较高和加工过程中容易破碎，使复合材料的电阻率比较高。碳纤维表面金属化后可以解决这些问题。与碳纤维相比，镀镍碳纤维有着更高的导电性，因此镀镍碳纤维的添加能更大幅度地提高复合材料的屏蔽效能。化学镀是碳纤维表面镀镍的一个重要方法，研究者也一直致力于碳纤维表面化学镀镍和其复合材料电磁性能的研究，但对不同频段的复合材料屏蔽能力的影响因素的研究还很少见。目前传统的改性碳纤维-环氧树脂复合材料还存在电磁屏蔽性能和力学性能不佳的问题，还需对其进行研究。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题是：针对传统改性碳纤维-环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能和力学性能不佳的问题，提供了一种改性碳纤维-环氧树脂复合材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：（1）按重量份数计，将10～20份蛋白粉，1～2份碱性蛋白酶，30～40份水恒温搅拌处理，升温灭酶，接着滴加氢氧化钠溶液调节ph，离心分离，得上层清夜；（2）将碳纤维与氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：20混合，浸泡，过滤，冷冻粉碎，洗涤，干燥，得一次处理碳纤维；（3）按重量份数计，将10～20份上层清夜，20～30份一次处理碳纤维，10～20份酵母菌，30～50份去离子水混合发酵，接着滴加硝酸铁溶液搅拌混合，过滤，洗涤，干燥，充惰性气体保温处理，降温，得二次处理碳纤维；（4）将二次处理碳纤维经过高温水蒸汽处理，干燥，得改性碳纤维；（5）按重量份数计，将40～60份环氧树脂，20～30份稀释剂，15～20份改性碳纤维，5～8份固化剂，10～20份纳米铁粉搅拌混合，并在混合过程中施加外磁场，注模，压制成型，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。步骤（1）所述蛋白粉为大豆蛋白粉，蛋清蛋白粉或乳清蛋白粉中的任意一种。步骤（3）所述惰性气体为氮气，氩气或氖气中的任意一种。步骤（5）所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂或双酚f型液体环氧树脂中任意一种。步骤（5）所述稀释剂为二甲苯，丙酮或乙醇中的任意一种。步骤（5）所述固化剂为乙烯基三胺，乙二胺或乙二胺四乙酸中任意一种。步骤（5）所述施加外磁场强度为40～50t。本发明的有益效果是：本发明通过添加改性碳纤维，在制备过程中，首先，体系中的蛋白质经过碱性蛋白酶的处理，水解成多肽，接着，碳纤维经过氢氧化钠溶液浸泡，再经过冷冻球磨，使得碳纤维表面出现缺陷，随后，在发酵过程中，采用酵母菌在炭纤维凹坑结构中的吸附生长，利用酵母菌表面的活性基团，吸附蛋白粉水解成的多肽，接着通过添加硝酸铁，多肽能够络合体系中的铁离子，接着，在保温炭化过程中，改性碳纤维表面的有机质炭化，同时产生焦油，随着温度的升高，体系中铁离子被还原成单质铁，随后经过高温水蒸汽处理，单质铁与高温水蒸汽反应，生成的具有磁性的四氧化三铁，在使用过程中，改性碳纤维表面沉积的四氧化三铁能够吸附体系中的纳米铁粉，使得改性碳纤维与环氧树脂间的界面电阻降低，使得体系的导电性能得到提升，从而提升了体系的电磁屏蔽性能，同时，吸附力使得改性纤维表面炭质中的焦油渗出，从而使得改性碳纤维与环氧树脂间的界面结合强度得到提升，从而使得体系的力学性能得到提升。具体实施方式按重量份数计，将10～20份蛋白粉，1～2份碱性蛋白酶，30～40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为200～300r/min条件下，恒温搅拌处理40～60min，接着升温至80～90℃，接着滴加质量分数为20～26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.6～7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为30～35%的氢氧化钠溶液按质量比1：10～1：20置于混料釜中，于温度为50～60℃，转速为400～600r/min条件下，搅拌混合浸泡3～5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨40～60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；按重量份数计，将10～20份上层清夜，20～30份一次处理碳纤维，10～20份酵母菌，30～50份去离子水置于发酵釜中，于温度为28～32℃，转速为200～300r/min条件下，搅拌混合发酵3～5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为10～20%的硝酸铁溶液，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合40～60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤3～5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以60～90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理1～2h后，随炉降至室温，得二次处理碳纤维；将二次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为240～280℃条件下，处理1～2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将40～60份环氧树脂，20～30份稀释剂，15～20份改性碳纤维，5～8份固化剂，10～20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为600～800r/min条件下，搅拌混合40～60min，对混料机中物料施加强度为40～50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为150～165℃，压力为2～3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉，蛋清蛋白粉或乳清蛋白粉中的任意一种。所述惰性气体为氮气，氩气或氖气中的任意一种。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂或双酚f型液体环氧树脂中任意一种。所述稀释剂为二甲苯，丙酮或乙醇中的任意一种。所述固化剂为乙烯基三胺，乙二胺或乙二胺四乙酸中任意一种。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为35%的氢氧化钠溶液按质量比1：20置于混料釜中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，搅拌混合浸泡5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；按重量份数计，将20份上层清夜，30份一次处理碳纤维，20份酵母菌，50份去离子水置于发酵釜中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合发酵5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为20%的硝酸铁溶液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理2h后，随炉降至室温，得二次处理碳纤维；将二次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为280℃条件下，处理2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂，20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，对混料机中物料施加强度为50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；按重量份数计，将20份上层清夜，30份碳纤维，20份酵母菌，50份去离子水置于发酵釜中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合发酵5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为20%的硝酸铁溶液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理2h后，随炉降至室温，得二次处理碳纤维；将二次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为280℃条件下，处理2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂，20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，对混料机中物料施加强度为50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为35%的氢氧化钠溶液按质量比1：20置于混料釜中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，搅拌混合浸泡5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；将一次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为280℃条件下，处理2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂，20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，对混料机中物料施加强度为50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为35%的氢氧化钠溶液按质量比1：20置于混料釜中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，搅拌混合浸泡5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；按重量份数计，将20份上层清夜，30份一次处理碳纤维，20份酵母菌，50份去离子水置于发酵釜中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合发酵5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为20%的硝酸铁溶液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理2h后，随炉降至室温，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂，20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，对混料机中物料施加强度为50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为35%的氢氧化钠溶液按质量比1：20置于混料釜中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，搅拌混合浸泡5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；按重量份数计，将20份上层清夜，30份一次处理碳纤维，20份酵母菌，50份去离子水置于发酵釜中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合发酵5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为20%的硝酸铁溶液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理2h后，随炉降至室温，得二次处理碳纤维；将二次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为280℃条件下，处理2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，对混料机中物料施加强度为50t的外磁场，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。按重量份数计，将20份蛋白粉，2份碱性蛋白酶，40份水置于1号烧杯中，并将1号烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，恒温搅拌处理60min，接着升温至90℃，接着滴加质量分数为26%的氢氧化钠溶液调节ph至7.9，得酶处理液，接着将酶处理液置于离心机中离心分离，弃去下层沉淀，得上层清夜；将碳纤维与质量分数为35%的氢氧化钠溶液按质量比1：20置于混料釜中，于温度为60℃，转速为600r/min条件下，搅拌混合浸泡5h，得浸泡液，再将浸泡液过滤，得滤渣，接着将滤渣置于液氮中冷冻，得滤渣块，接着将滤渣块置于球磨机中球磨60min，得滤渣粉，接着用冰醋酸将滤渣粉洗涤至洗涤液为中性，随后将洗涤后的滤渣粉置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得一次处理碳纤维；按重量份数计，将20份上层清夜，30份一次处理碳纤维，20份酵母菌，50份去离子水置于发酵釜中，于温度为32℃，转速为300r/min条件下，搅拌混合发酵5天，接着向发酵釜中滴加质量分数为20%的硝酸铁溶液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆液，再过滤，得滤饼，接着用去离子水将滤饼洗涤5次，随后将洗涤后的滤饼置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥滤饼，接着将干燥滤饼置于马弗炉中，并以90ml/min速率向炉内充入充惰性气体，于温度为1150℃条件下，保温处理2h后，随炉降至室温，得二次处理碳纤维；将二次处理碳纤维置于反应釜中，接着向反应釜中通入高温水蒸汽，于温度为280℃条件下，处理2h，得三次处理碳纤维，接着将三次处理碳纤维置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得改性碳纤维；按重量份数计，将60份环氧树脂，30份稀释剂，20份改性碳纤维，8份固化剂，20份纳米铁粉置于混料机中，于转速为800r/min条件下，搅拌混合60min，得混合浆料，接着向模具表面喷洒甲基硅油，接着将混合浆料注入模具中，接着将模具置于成型中，于温度为165℃，压力为3mpa条件下，压制成型后，脱模，即得改性碳纤维-环氧树脂复合材料。所述蛋白粉为大豆蛋白粉。所述惰性气体为氮气。所述环氧树脂为双酚a型液体环氧树脂。所述稀释剂为二甲苯。所述固化剂为乙烯基三胺。对比例：上海某新材料有限公司生产的环氧树脂复合材料。将实例1至6所得环氧树脂复合材料和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：将上述改性碳纤维-环氧树脂复合材料压制成300mm×300mm×4mm的方形板块以测试屏蔽效能。采用cmt4204型微机控制电子万能试验机测试上述复合材料的界面剪切强度。具体检测结果如表1所示：表1：性能检测表检测内容实例1实例2实例3实例4实例5实例6对比例屏蔽效能/db56384140424127界面剪切强度/mpa84.860.456.857.263.457.639.2由表1检测结果可知，本发明所得改性碳纤维-环氧树脂复合材料具有优异的电磁屏蔽性能和力学性能。当前第1页12