热固性碳纤维复合材料以其卓越的力学性能在航空航天、高端装备等领域占据不可替代的地位，但交联网络的不溶不熔特性使其修复困难和回收再利用成为长期困扰行业的重大难题。一项最新发表在国际材料学期刊上的研究工作，通过引入双动态化学网络策略，成功制备出同时具备自修复能力、化学可回收性和优异力学性能的环氧树脂基体，并将其应用于碳纤维复合材料，实现了性能与可持续性的统一。
该研究的核心设计思路在于构建兼具酯交换反应和二硫键交换两种动态机制的环氧vitrimers网络。研究团队以双酚A型环氧树脂（DGEBA）与丙烯酸酯化环氧化大豆油（AESO）按不同比例混合作为树脂基体，采用含有二硫键的二硫代二苯甲酸作为固化剂，并引入辛酸亚锡作为酯交换反应催化剂。AESO的引入不仅提高了树脂体系的生物基含量，还通过其柔性的分子结构为网络提供了额外的韧性贡献。
配方优化研究显示，DGEBA与AESO比例为70:30（D70B30）和50:50（D50B50）的两种配方均展现出刚度与柔韧性之间的优异协同平衡。在热稳定性方面，两种配方的5%热失重温度分别达到342摄氏度和325摄氏度，表现出优良的耐热性能。更重要的是，两种体系的凝胶含量均超过99%，说明固化反应充分，网络结构完整，这为后续的力学性能提供了坚实基础。
自修复性能测试结果令人印象深刻：D70B30和D50B50两种配方的自修复效率分别达到约92%和90%。如此高的修复效率得益于体系内两种动态机制的协同作用——酯交换反应在较高温度下促进网络拓扑重排，而二硫键交换则可在相对温和的条件下发生断裂与重组，两者相互补充，赋予材料在不同条件下均可高效修复损伤的能力。这一特性对于延长碳纤维复合材料结构的使用寿命、降低维护成本具有重要的工程实用价值。
在与碳纤维复合后的力学性能评估中，D70B30-CF复合材料的拉伸强度达到281兆帕，弯曲强度高达600兆帕；D50B50-CF复合材料的弯曲模量则为58.7吉帕斯卡。这些数据表明，即便引入了动态化学键并提高了生物基成分比例，复合材料的力学性能依然维持在较高水平，足以满足众多工程应用对结构材料的基本要求。
回收性能是该项研究的另一大亮点。研究团队采用真空辅助树脂注射成型工艺制备了碳纤维复合材料板材，并在70摄氏度条件下以乙二醇与二甲基甲酰胺的混合溶液对废旧板材进行化学回收处理。实验结果显示，仅需4小时即可实现树脂基体的完全溶解，且回收得到的碳纤维保持完好无损。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜等多种表征手段的系统分析，证实回收纤维的表面化学结构、晶体形态和微观形貌均未受到显著影响，展现出优异的再利用潜力。
