復合材料回收及修復新技術——簡易實用！

材料牛注：還記得里約奧運里的徐莉佳嗎，這位頑強拼搏的女運動員使得很多人開始關注起水上奧運項目。帆船、皮劃艇、賽艇等運動中的船體都需要強度足夠高、重量足夠輕的材料制造，為運動健兒們提供保障。而這些優質的材料，通常是碳纖維增強的環氧樹脂復合材料，卻面臨著回收難、修復難的問題，使得其應用受到很大的限制，下面我們將講述相關研究者們在這個方面的新近成果。

在過去的一個春天里，我們已經見證了很多碳纖維增強復合材料的回收以及修復新方法的誕生，但它們中的絕大多數仍處于實驗室研究開發階段，其中一些甚至需要徹底改變復合材料的生產工藝以適應這些新方法。現在，一項來自Georgia Tech新技術可以對一些特定種類的熱固性環氧樹脂基碳纖維增強復合材料進行100%的回收，同時也可被用于修復材料表面受到的損傷。

回收和修復一直是困擾此類材料在汽車生產中大規模應用的兩個問題。迄今為止，多數現有的回收措施均無法保留纖維和聚合物復合材料原有的力學性能。因此，對這種難以修復及回收的頑固材料的新舉措，尤其是對碳纖維類的，將會很大程度上造福航天等工業領域。

佐治亞理工學院（Georgia Tech）可再生生物制品研究所（Renewable Bioproducts Institute）研究團隊的負責人，機械工程教授Jerry Qi，認為此項新技術面臨著傳統碳纖維復合物回收中兩個重大挑戰：一是聚合物復合材料通常擁有類似橡膠的交聯網絡，難以直接溶解；二是在聚合物中很難把混雜在其中的碳纖維分離出來，而碳纖維才是最值得回收的部分。

研究人員將目光放在了采用“塑膠“（vitrimer）環氧樹脂的復合材料，因為在特定情況下，這些環氧樹脂中可以在保證交聯網絡完整性的前提下改變自身的結構形態。

該研究團隊在Advanced Functional Materials的一篇文章中詳細描述了他們的工作：把塑膠環氧樹脂復合物浸泡在酒精溶液中，同時升溫。由于溶劑分子足夠微小，故可參與發生在環氧樹脂共價鍵網絡中的鏈轉移反應，進而將大分子鏈溶解并割裂成一條條短鏈。

一旦環氧樹脂溶解，碳纖維就可被完完整整地提取出來，并保有與出廠時的初始力學性能及形態。而當對整個溶液體系繼續加熱時，可以引發環氧樹脂再度發生聚合反應，這意味新一代可重復利用聚合物纖維復合物成為可能。

該研究團隊還發現這種過程同樣可以用來實現對聚合物表面的修復。值得一提的是，被修復或回收利用的材料仍舊保有初始機械性能。Kai Yu，文章的主要作者及佐治亞理工學院前任機械工程博士后研究員，表示這項技術的簡易性、直接性、可操作性和可預測性使得這項技術可以被很好地運用到工業生產中。

原文鏈接：New Composite Recycling & Repair Method is Easy & Cheap。

文獻鏈接：Carbon Fiber Reinforced Thermoset Composite with Near 100% Recyclability。

本文由編輯部楊洪期提供素材，梁嘉豪編譯，點我加入材料人編輯部。