环氧基碳纤维增强复合材料（EP-CFRCs）因轻质、高比强度/刚度和耐腐蚀等优势，在航空航天、汽车制造、高端装备等领域具有重要应用价值。随着轻量化结构件对高效率制造的需求不断提升，快速固化环氧树脂体系受到广泛关注。然而，快速固化过程中的局部放热和反应转化不均易引发残余应力，削弱材料的强韧平衡；高反应活性也会缩短预浸料储存寿命，造成提前固化和材料浪费；同时，传统热固性网络难以再加工和回收，限制了复合材料的循环利用。因此，如何兼顾快速固化、高强高韧和升级回收特性，是先进环氧复合材料发展中的关键问题。
图1 树脂网络的设计、合成与性能
针对上述问题，研究团队提出了“微支化稳定动态环氧网络”的设计策略。如图1所示，该体系利用甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）中环氧基和乙烯基的反应活性差异，通过逐步预聚策略制备了微支化液态混合胺固化剂Gm-12。该固化剂可与商业环氧单体DGEAC形成均匀液-液混合体系，在加热条件下快速固化生成DGm-12网络。微支化结构有助于调控固化过程中反应位点的空间分布，诱导形成适度微相分离结构；动态酯键和二硫键则赋予网络可重构和水解降解能力，为废弃预浸料再利用、复合材料再加工和碳纤维回收提供了基础。
图2 环氧树脂的快速固化、力学性能与微相结构
研究表明，DGm体系在快速固化与工艺操作性之间取得了良好平衡。流变和黏度测试显示，DGm-12-Mix在120℃下约190 s达到凝胶点，在50℃下仍保持超过1000 s的可加工窗口，说明其既能快速成网，又具备适合加工成型的操作时间（图2a-b）。在力学性能方面，适度微支化的DGm-12在强度和韧性之间实现了较好平衡（图2c-d）。微观形貌和自由体积分布结果进一步表明，DGm-12形成了适度微相分离结构，既有利于裂纹偏转和能量耗散，又能维持较高的网络致密性（图2e-h）。因此，微支化结构的合理调控是实现快速固化环氧树脂强韧协同提升的关键。
图3 废弃预浸料的再利用、复合材料的再加工与水热降解性能
基于动态酯键和二硫键的协同作用，DGm-12在约160℃进入可重构状态（图3a），表现出优异的扑重排能力。基于这一动态网络特性，CF/DGm碳纤维预浸料对储存过程中产生的提前固化表现出更高容忍度。当预固化程度为15%-50%时，复合材料的层间剪切强度基本保持稳定（图3b）；即使预浸料接近完全固化，经170℃热压3 h后仍可恢复层间性能。同时，复合材料具有较高的结构性能，完全固化后仍可在200℃下重新塑形，体现出传统热固性复合材料难以具备的再加工能力（图3c-d）。此外，DGm-12基体可在水体系中5 h内逐步降解，回收得到洁净碳纤维。回收纤维保持了接近原始碳纤维的结构和力学性能（图3e-f）。
综上，该研究通过微支化结构调控与双动态键协同设计，实现了环氧树脂的快速固化、高强高韧和复合材料升级回收。该策略不仅缓解了快速固化环氧树脂中固化效率与网络稳定性之间的矛盾，也为废弃预浸料再利用、复合材料热再加工和碳纤维回收提供了新思路。相关研究以“Microbranching-Stabilized Dynamic Epoxy Networks for Rapid-Curing, Mechanically Robust, and Upcyclable Thermosets”为题发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。第一作者为软物质高精尖中心博士生裴东旭，通讯作者为中国石化（上海）石油化工研究院有限公司张藕生研究员、中国航空制造技术研究院张宝艳研究员与高精尖中心胡君教授。该研究工作得到了北京市自然科学基金-小米创新联合基金和中央高校基本科研业务费的资助，感谢所有合作者对该研究工作的贡献。
文章信息：
Dongxu Pei, Rui Peng, Yucheng Zi, Zihan Zhao, Jianhua Tang, Ousheng Zhang,* Baoyan Zhang,* Jigang Yang, Jun Hu*. Microbranching-Stabilized Dynamic Epoxy Networks for Rapid-Curing, Mechanically Robust, and Upcyclable Thermosets. Angew. Chem. Int. Ed. 2026, e9002258, DOI: 10.1002/anie.9002258
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.9002258