随着航空航天、汽车制造和风电等领域对轻量化高性能材料需求的不断增长,碳纤维增强聚合物复合材料(CFRPCs)的应用日益广泛。预计到2025年,全球对CFRPCs的需求将达到28.5万吨。然而,这类材料的回收率却低至惊人的5%。这一困境的根源在于传统热固性树脂基体的不可逆交联网络结构——一旦固化成型,便无法再次熔融加工。目前主流的回收策略,如机械粉碎、高温热解和溶剂降解等,普遍存在产出价值低、纤维性能受损以及安全隐患等问题。因此,开发高效、经济的回收方法,对于实现CFRPCs的循环生命周期、推动节能减排具有重要的战略意义。
针对上述挑战,江苏大学张侃副教授团队开发了一系列基于可再生资源的动态酯键型苯并噁嗪材料。该团队通过无溶剂酯化和曼尼希缩合两步法,以1,4-丁二醇(BDO)、原儿茶酸(PA)和糠胺(fa)等天然可再生原料合成了含动态酯键的生物基苯并噁嗪单体。研究结果表明,优化后的聚苯并噁嗪网络材料poly(BDO-PA-fa)不仅具有高达208°C的玻璃化转变温度(Tg)和优异的热稳定性,还凭借动态酯键的转酯交换反应实现了可再加工性。更引人注目的是,基于该树脂制备的碳纤维增强复合材料CF/poly(BDO-PA-fa)可在温和条件下完全降解,回收后的碳纤维结构完整、性能无损,而降解产物还能进一步升级利用为高性能粘合剂。相关论文以“Strong, Reprocessable and Chemically Recyclable Biomass-Derived Thermoset Materials Enabled by Dynamic Covalent Polybenzoxazine Networks”为题,发表在Advanced Functional Materials。
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