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  環氧基碳纖維增強復合材料（EP-CFRCs）憑借其優異的輕量化特性、高比強度/剛度及耐化學性，已成為推動航空航天、自動化和可再生能源等領域發展的關鍵材料。然而，隨著需求增長，其固有局限性日益凸顯：一方面，高交聯環氧樹脂基體的脆性嚴重削弱材料抗損傷能力，易在沖擊下發生災難性失效。現有增韌策略（柔性鏈段改性、微納熱塑性相摻入、橡膠顆粒分散等）往往需在強度與韌性間權衡，且難以避免引入界面缺陷。另一方面，熱固性環氧網絡的永久共價交聯結構使傳統回收方法（機械粉碎、高溫熱解、強酸/堿降解等）能耗高、成本大且損害回收碳纖維質量，導致每年數百萬噸EP-CFRCs廢棄物被填埋或焚燒。

  針對上述挑戰，北京化工大學胡君教授團隊提出將半互穿聚合物網絡（SIPNs）與動態共價鍵（DCBs）相結合的策略，成功開發出強韌環氧樹脂基體DAS-S及可綠色回收高性能復合材料CF/DAS-S。

圖1. DAS-S網絡的設計與合成。

  在該研究中，研究團隊設計了一種“剛柔并濟”的基礎環氧樹脂DAS，巧妙地將可聚合低共熔溶劑DES引入至DAS網絡中，通過浸漬-熱聚合-退火工藝，成功構建了含動態酯鍵定制半互穿網絡的強韌環氧樹脂DAS-S（圖1）。理論模擬揭示DAS-S具有多重氫鍵驅動的SIPN結構，在外力作用下，網絡中的氫鍵發生可逆斷裂和重整，而糾纏在一起的PDES鏈發生延伸和解纏，從而使能量耗散機制由以共價鍵斷裂為主轉變為氫鍵犧牲和柔性鏈延伸相結合，在保持材料強度與剛度的同時顯著提升韌性（圖2）。

圖2. DAS-S環氧樹脂基體的力、熱性能。

  同時，嵌入的叔胺催化了網絡中的動態酯交換反應，使熱固性環氧樹脂DAS-S能在200℃純水中6小時內實現完全降解。通過紅外光譜分析、凝膠滲透色譜以及高效液相色譜-質譜等分析測試手段，系統研究了降解產物（DP）及DAS-S降解機理（圖3）。

圖3. DAS-S環氧樹脂基體的綠色降解性能及其降解機理。

  為驗證DAS-S環氧樹脂的實用性，以其為基體制備的碳纖維增強復合材料（CF/DAS-S）界面結合緊密無缺陷。相比對照組CF/DAS-2，CF/DAS-S力學性能顯著提升：拉伸強度達718 MPa，層間剪切強度73 MPa，彎曲強度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（圖4）。值得注意的是，二者彎曲斷裂模式相似，表明引入SIPN結構未改變失效機制，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復合材料的形貌及其力學性能。

  得益于DAS-S網絡的綠色可降解特性，CF/DAS-S也可在純水中完全降解。回收碳纖維的化學結構與力學性能保持穩定，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用于新型復合材料及膠粘劑（圖5）。

圖5. CF/DAS-S復合材料的純水降解及回收性能。

  綜上，該研究提出了一種結合動態共價鍵定制半互穿網絡的策略，不僅同步實現了環氧樹脂及其復合材料的高強度與高韌性，更實現了其綠色回收，為開發先進環氧基碳纖維增強復合材料提供了新思路。相關研究以“A Strong and Tough Thermosetting Epoxy Resin for Recyclable High-Performance Composites”為題發表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。北京化工大學博士生裴東旭為第一作者，航天特種材料及工藝技術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基金-小米創新聯合基金的資助，感謝所有合作者對該研究工作的貢獻。

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