可拆解、可循環利用的環氧碳纖維復合材料

據報道，中物院化材所陳茂課題組基于高含量的動態芳香二硫鍵開發了力學性能優異、高玻璃化轉變溫度（Tg）、無需催化劑且修復拆解更高效的環氧vitrimer材料，并基于該環氧vitrimer 制備了高性能且可拆解和可循環利用的環氧碳纖維復合材料。研究者通過采用均含有芳香二硫鍵的環氧單體和胺類固化劑，設計制備了高強度、自修復且可拆解的環氧，其Tg 高達147℃，模量E'在100℃下仍然高于1GPa，且具有優異的高溫耐溶劑（200℃，2h）。

該環氧材料具有三維交聯網絡、較高的玻璃化轉變溫度和優異的力學性能，通過動態芳香二硫鍵的交換反應，該環氧能夠通過交聯點的交換反應實現交聯網絡的重組，從而釋放應變應力。該環氧在160℃以上即可完全釋放應力，其鏈段運動的活化能Ea 約為186kJ/mol。此外，與低含量二硫鍵的環氧對照組進行對比，該環氧vitrimer 具有更快的應力松弛行為，能夠在更短的時間內釋放形變應力。同時，膨脹實驗表明，該環氧vitrimer 能夠在更低的溫度下再加工成型，其最低再加工成型溫度低至171℃，相比對照組降低了20℃。

研究者通過熱壓成型對破損之后的環氧vitrimer 進行了再加工成型研究。180℃下1h 之內環氧vitrimer 碎片能夠通過熱壓再加工成型，拉伸試驗結果表明，再加工成型前后環氧vitrimer的力學性能均保持在70MPa 左右，熱壓成型后材料性能仍然能夠恢復到初始水平。除了通過交聯網絡中芳香二硫鍵之間的可逆交換反應實現環氧vitrimer的修復、再加工成型和應力釋放之外，借助于芳香二硫鍵與外部巰基的交換反應，該環氧vitrimer 能夠在特定溶劑中實現選擇性拆解。在二硫蘇糖醇（DTT）的稀溶液中，環氧vitrimer 能夠快速實現拆解，而且其拆解速度遠遠快于對照組環氧。

當將該環氧vitrimer 與碳纖維進行復合之后，借助環氧基體在特定溶液中的選擇性可拆解，該環氧基碳纖維復合材料具有快速可拆解和可循環利用的特性。通過將環氧vitrimer 與碳纖維布復合，得到的環氧基碳纖維復材能夠在DTT 稀溶液中快速拆解，從而實現碳纖維復合材料中高附加值碳纖維材料的回收再利用。通過掃描電子顯微鏡和拉曼光譜等手段對拆解前后的碳纖維進行表征，結果表明拆解后的碳纖維表面無環氧樹脂殘留。當將回收的碳纖維再次用于制備復合材料時，環氧基碳纖維復合材料的各項性能仍然保持著較高的水平，有望繼續作為結構件使用。