近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院張侃教授課題組在國(guó)際材料頂級(jí)期刊Advanced Functional Materials在線(xiàn)發(fā)表題為Strong, Reprocessable and Chemically Recyclable Biomass-Derived Thermoset Materials Enabled by Dynamic Covalent Polybenzoxazine Networks的最新研究成果。江蘇大學(xué)為論文唯一完成單位，材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生謝琳為第一作者，張侃為論文通訊作者。
碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料憑借高強(qiáng)度、高模量、輕量化等優(yōu)異特性，在航空航天、汽車(chē)制造、風(fēng)電能源等高端領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)前該類(lèi)材料的發(fā)展面臨難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的技術(shù)瓶頸。由于碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料的樹(shù)脂基體多為不可逆共價(jià)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致材料服役后難以降解回收；此外，傳統(tǒng)回收方法還存在回收產(chǎn)物附加值偏低、回收過(guò)程中碳纖維易受損等缺陷。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)基于在熱固性樹(shù)脂領(lǐng)域豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，利用生物質(zhì)原料成功制備出高性能動(dòng)態(tài)生物基苯并噁嗪樹(shù)脂，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)材高性能與可回收的雙重突破。一方面，通過(guò)引入動(dòng)態(tài)酯鍵賦予了樹(shù)脂基體再加工、可降解特性，解決了傳統(tǒng)熱固性高分子材料難回收問(wèn)題；另一方面，通過(guò)構(gòu)建富含氫鍵的聚苯并噁嗪交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，克服了由于動(dòng)態(tài)鍵引入導(dǎo)致材料綜合性能下降的缺點(diǎn)。研究結(jié)果表明新型樹(shù)脂固化物玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為208 ℃，5%熱失重溫度高達(dá)349 ℃，800 ℃炭化率達(dá)到59%，且在180 ℃、3 MPa條件下經(jīng)過(guò)三次循環(huán)加工后力學(xué)性能仍保持穩(wěn)定。新制備的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度達(dá)到500.8 MPa，彎曲模量為33.3 GPa，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高至220 ℃。該復(fù)合材料能夠在有機(jī)堿—甲醇混合溶劑中溫和降解，實(shí)現(xiàn)了碳纖維高效無(wú)損回收，其降解產(chǎn)物還可高值化利用為鐵、鋁等基材的高強(qiáng)膠粘劑。
該研究首次實(shí)現(xiàn)生物基苯并噁嗪樹(shù)脂在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域的高效回收應(yīng)用，構(gòu)建了碳纖維復(fù)材全生命周期循環(huán)體系，不僅為可持續(xù)先進(jìn)熱固性樹(shù)脂的開(kāi)發(fā)提供新思路，更為高端碳纖維復(fù)合材料的綠色升級(jí)奠定理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。（材料學(xué)院）
原文鏈接：http://doi.org/10.1002/adfm.75273
