Nature：環氧胺固化碳纖維增強聚合物回收的乙酸解聚法

一、 【科學背景】 ??

碳纖維增強聚合物（CFRPs）在全球能源轉型中被廣泛應用于多個領域，包括飛機和車輛的輕量化、風力渦輪機葉片、集裝箱和氣體儲存容器等。鑒于CFRPs的高成本和能源密集型制造過程，需要回收策略來回收完整的碳纖維和環氧胺樹脂成分。在這里，本工作展示了醋酸可以有效地將CFRPs中使用的脂肪族和芳香族環氧胺熱固性材料分解為可回收的單體，從而獲得原始的碳纖維。這種方法具有成本效益，回收碳纖維的最低售價為每公斤1.50美元，而生命周期評估顯示過程溫室氣體排放比原生碳纖維生產低約99%。總體而言，這種方法可以實現工業CFRPs的回收，因為它提供了清潔的、機械性能可靠的回收碳纖維以及從熱固性材料中回收的樹脂單體。來自美國的BOTTLE聯盟和國家可再生能源實驗室的可再生資源與使能科學中心，Katrina M. Knauer和Gregg T. Beckham為共同通訊作者，Ciaran W. Lahive, Stephen H. Dempsey為共同第一作者團隊。相關研究成果以“IAcetolysis for epoxy-amine carbon fibre-reinforced polymer recycling”為題目，發表在國際頂級期刊Nature上。

???

二、【科學貢獻】

圖1?.?脂肪族環氧胺熱固性材料的乙酸解聚。? 2025?Nature

圖2?脂肪族和芳香族環氧胺固化碳纖維增強聚合物的乙酸解聚。? 2025 Nature

圖3?消費后材料的乙酸解聚反應。? 2025?Nature

圖4?碳纖維增強聚合物（CFRP）乙酸解聚過程的工藝模型及經濟與環境評估。? 2025?Nature?

三、【 創新點】 ?

1．提出了一種有效的環氧胺解聚方法，能夠將脂肪族和芳香族環氧胺熱固性材料高效分解為可回收的單體。在短短1小時內就能回收到原始纖維，為新應用提供了高質量、清潔的再生碳纖維。

2. 通過初步放大實驗，提供了材料用于展示再生碳纖維的循環性，制造出具有比鋼和鋁更高的比彎曲強度的分散熱固性碳纖維復合材料面板，并且這種性能在兩次回收代中得以保持。
3. 進行了深入的過程建模，提供了經濟和環境影響指標，通過LCA和TEA評估，研究為每種回收過程提供了經濟可行性的視角。

四、【 科學啟迪】

鑒于碳纖維增強聚合物的高成本和能源密集型制造過程，開發能夠回收完整碳纖維和環氧胺樹脂成分的回收策略顯得尤為重要。碳纖維增強聚合物在全球能源轉型的許多應用中被廣泛使用，包括用于飛機和車輛的輕量化以及風力渦輪機葉片、集裝箱和氣體儲存容器。本研究提出了一種有效的環氧胺解聚方法，用于回收可再利用的單體，同時提供高質量、清潔的再生碳纖維，以供新應用使用。模型交聯材料被完全解構，使得在短短1小時內就能回收到原始纖維。乙酸解聚法在多種消費后和工業后材料上顯示出有效性。初步放大實驗提供了材料，用于展示再生碳纖維的循環性，作為具有比鋼和鋁更高的比彎曲強度的分散熱固性碳纖維復合材料面板，并且這種性能在兩次回收代中得以保持。深入的過程建模提供了經濟和環境影響指標，該方法顯示出巨大的潛力。

原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09067-y

本文由金爵供稿。