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  環(huán)氧基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（EP-CFRCs）憑借其優(yōu)異的輕量化特性、高比強(qiáng)度/剛度及耐化學(xué)性，已成為推動航空航天、自動化和可再生能源等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料。然而，隨著需求增長，其固有局限性日益凸顯：一方面，高交聯(lián)環(huán)氧樹脂基體的脆性嚴(yán)重削弱材料抗損傷能力，易在沖擊下發(fā)生災(zāi)難性失效�，F(xiàn)有增韌策略（柔性鏈段改性、微納熱塑性相摻入、橡膠顆粒分散等）往往需在強(qiáng)度與韌性間權(quán)衡，且難以避免引入界面缺陷。另一方面，熱固性環(huán)氧網(wǎng)絡(luò)的永久共價交聯(lián)結(jié)構(gòu)使傳統(tǒng)回收方法（機(jī)械粉碎、高溫?zé)峤�、�?qiáng)酸/堿降解等）能耗高、成本大且損害回收碳纖維質(zhì)量，導(dǎo)致每年數(shù)百萬噸EP-CFRCs廢棄物被填埋或焚燒。

  針對上述挑戰(zhàn)，北京化工大學(xué)胡君教授團(tuán)隊提出將半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（SIPNs）與動態(tài)共價鍵（DCBs）相結(jié)合的策略，成功開發(fā)出強(qiáng)韌環(huán)氧樹脂基體DAS-S及可綠色回收高性能復(fù)合材料CF/DAS-S。

圖1. DAS-S網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與合成。

  在該研究中，研究團(tuán)隊設(shè)計了一種“剛?cè)岵?jì)”的基礎(chǔ)環(huán)氧樹脂DAS，巧妙地將可聚合低共熔溶劑DES引入至DAS網(wǎng)絡(luò)中，通過浸漬-熱聚合-退火工藝，成功構(gòu)建了含動態(tài)酯鍵定制半互穿網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)韌環(huán)氧樹脂DAS-S（圖1）。理論模擬揭示DAS-S具有多重氫鍵驅(qū)動的SIPN結(jié)構(gòu)，在外力作用下，網(wǎng)絡(luò)中的氫鍵發(fā)生可逆斷裂和重整，而糾纏在一起的PDES鏈發(fā)生延伸和解纏，從而使能量耗散機(jī)制由以共價鍵斷裂為主轉(zhuǎn)變?yōu)闅滏I犧牲和柔性鏈延伸相結(jié)合，在保持材料強(qiáng)度與剛度的同時顯著提升韌性（圖2）。

圖2. DAS-S環(huán)氧樹脂基體的力、熱性能。

  同時，嵌入的叔胺催化了網(wǎng)絡(luò)中的動態(tài)酯交換反應(yīng)，使熱固性環(huán)氧樹脂DAS-S能在200℃純水中6小時內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全降解。通過紅外光譜分析、凝膠滲透色譜以及高效液相色譜-質(zhì)譜等分析測試手段，系統(tǒng)研究了降解產(chǎn)物（DP）及DAS-S降解機(jī)理（圖3）。

圖3. DAS-S環(huán)氧樹脂基體的綠色降解性能及其降解機(jī)理。

  為驗(yàn)證DAS-S環(huán)氧樹脂的實(shí)用性，以其為基體制備的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CF/DAS-S）界面結(jié)合緊密無缺陷。相比對照組CF/DAS-2，CF/DAS-S力學(xué)性能顯著提升：拉伸強(qiáng)度達(dá)718 MPa，層間剪切強(qiáng)度73 MPa，彎曲強(qiáng)度757 MPa，彎曲撓度提升至0.59 mm（較0.47 mm提升25%），延展性明顯增強(qiáng)（圖4）。值得注意的是，二者彎曲斷裂模式相似，表明引入SIPN結(jié)構(gòu)未改變失效機(jī)制，但通過加速能量耗散有效抑制了材料早期斷裂。

圖4. CF/DAS-S復(fù)合材料的形貌及其力學(xué)性能。

  得益于DAS-S網(wǎng)絡(luò)的綠色可降解特性，CF/DAS-S也可在純水中完全降解�；厥仗祭w維的化學(xué)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能保持穩(wěn)定，印證了降解過程的綠色與溫和特性。此外，回收的碳纖維與降解基體可循環(huán)用于新型復(fù)合材料及膠粘劑（圖5）。

圖5. CF/DAS-S復(fù)合材料的純水降解及回收性能。

  綜上，該研究提出了一種結(jié)合動態(tài)共價鍵定制半互穿網(wǎng)絡(luò)的策略，不僅同步實(shí)現(xiàn)了環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的高強(qiáng)度與高韌性，更實(shí)現(xiàn)了其綠色回收，為開發(fā)先進(jìn)環(huán)氧基碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料提供了新思路。相關(guān)研究以“A Strong and Tough Thermosetting Epoxy Resin for Recyclable High-Performance Composites”為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。北京化工大學(xué)博士生裴東旭為第一作者，航天特種材料及工藝技術(shù)研究所郝杰高級工程師、中國石化（上海）石油化工研究院有限公司唐建華副研究員以及北京化工大學(xué)胡君教授為共同通訊作者。該研究工作得到了北京市自然科學(xué)基金-小米創(chuàng)新聯(lián)合基金的資助，感謝所有合作者對該研究工作的貢獻(xiàn)。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505526