碳纤维增强含酯键环氧树脂基复合材料的化学降解与回收东纶科技

  王宇，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为聚丙烯腈基碳纤维及其复合材料E-mail：.edu.cn

  随着环氧树脂基碳纤维复合材料的广泛应用，其废旧产品的回收成为低碳发展的重要问题。采用GC-MS、FTIR、XPS、SEM等表征方法研究了含酯键的环氧树脂基碳纤维复合材料的树脂降解机制及降解过程对回收碳纤维结构和性能的影响。研究结果表明：在苯甲醇用量120 mL、质量比

  )=1∶1和降解温度190℃的前提下，最佳降解时间为1 h，较优的降解配方为NaOH和树脂均为1 g。降解得到的产物静置分层，上层清液的苯甲醇含量达99%；环氧树脂的降解机制为苯甲醇在碱性环境下电离生成苄氧基，苄氧基进攻环氧树脂中的酯键，发生酯交换反应，使酯键断裂实现降解，生成苯甲醇酯及醇阴离子，苯甲醇酯在碱性环境下发生皂化反应重新生成苯甲醇，酯交换反应和皂化反应重复进行，直至最终降解完成；回收碳纤维与原始碳纤维的表面O/C、表面光洁程度均在一个水平，回收碳纤维的强度保留率达97%。

  图 4降解后溶液下层的胶状产物的液质联用测试结果: (a) 正离子；(b) 负离子

  表 1碳纤维复合材料环氧树脂降解后所得碳纤维力学性能和表面理化结构与原始碳纤维对比表

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