中國研究團隊提出可持續復合材料的替代方案

改性碳纖維制備示意圖及優化 CFRP 界面增強機制(來源:《中國聚合物科學雜志》)
碳纖維增強環氧復合材料(CFRP)因其高強度、輕量化、耐高溫及耐腐蝕 等特性,被廣泛應用于多個行業。然而,其 三維交聯結構 在保證材料耐用性的同時,也導致了回收難題。目前,大多數 CFRP 在使用壽命結束后都會被直接填埋,不僅造成環境污染,還帶來經濟損失。隨著全球對可持續發展的關注度不斷提高,研究人員正努力開發既能保持高性能,又能高效回收再利用的 CFRP。
改性碳纖維
來自中南民族大學、武漢紡織大學和湖北大學 的研究團隊開發了一種基于 動態二硫縮醛共價自適應網絡(dynamic dithioacetal covalent adaptive network)的可回收環氧樹脂。該研究已發表在 《中國聚合物科學雜志》 上,提出了一種在不降低強度和耐用性的前提下,實現可持續復合材料的新方法。研究團隊研制的新型高強度可回收環氧樹脂(HREP)采用動態二硫縮醛共價自適應網絡,使材料在高溫條件下可進行結構重組,從而實現高效回收。該環氧樹脂主要由雙酚A二縮水甘油醚(DGEBA)、季戊四醇四(3-巰基丙酸酯)(PETMP)和香草醛環氧樹脂(VEPR) 組成。這一獨特的化學設計使其具備卓越的可再加工性能和優異的耐溶劑性能。

去年,Swancor 上緯新材料 與 Siemens Gamesa 簽署意向書,推動綠色循環經濟的發展。自2026 年起,Swancor 向 Siemens Gamesa 提供的樹脂將全部升級為可回收熱固性環氧樹脂 "EzCiclo"(來源:Swancor)。
為進一步提升復合材料性能,研究團隊采用超支化離子液體對碳纖維進行表面改性。經特殊處理的碳纖維顯著增強了與環氧樹脂的界面結合力,從而賦予新型 CFRP卓越的機械性能。為了進一步提升復合材料的性能,研究團隊采用超支化離子液體對碳纖維進行改性。這些經過特殊處理的碳纖維顯著增強了與環氧樹脂的界面結合力,從而賦予材料卓越的機械性能。優化后的CFRP具有1016.1 MPa的抗拉強度、70.8MPa 的界面剪切強度(IFSS)和 76.0 MPa 的層間剪切強度(ILSS)。此外,研究人員證實,該CFRP在140°C的 DMSO溶液中可在24小時內完全降解,回收后的碳纖維仍能保持其原始機械性能,使其適用于二次利用。
項目負責人之一張俊珩教授強調了這一研究的重要性:“我們的研究不僅為CFRP的回收難題提供了可行方案,同時提升了其機械性能。這種‘高性能 + 可回收’的雙重優勢,對于可持續高性能材料的發展至關重要。”










































