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(guān)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(yōu)質(zhì)的材料，通常是碳纖維增強的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，卻面臨著回收難、修復(fù)難的問題，使得其應(yīng)用受到很大的限制，下面我們將講述相關(guān)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(jīng)見證了很多碳纖維增強復(fù)合材料的回收以及修復(fù)新方法的誕生，但它們中的絕大多數(shù)仍處于實驗室研究開發(fā)階段，其中一些甚至需要徹底改變復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝以適應(yīng)這些新方法?，F(xiàn)在，一項來自Georgia Tech新技術(shù)可以對一些特定種類的熱固性環(huán)氧樹脂基碳纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行100%的回收，同時也可被用于修復(fù)材料表面受到的損傷。

  回收和修復(fù)一直是困擾此類材料在汽車生產(chǎn)中大規(guī)模應(yīng)用的兩個問題。迄今為止，多數(shù)現(xiàn)有的回收措施均無法保留纖維和聚合物復(fù)合材料原有的力學(xué)性能。因此，對這種難以修復(fù)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(yè)領(lǐng)域。

  佐治亞理工學(xué)院(Georgia Tech)可再生生物制品研究所(Renewable Bioproducts Institute)研究團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人，機械工程教授Jerry Qi，認(rèn)為此項新技術(shù)面臨著傳統(tǒng)碳纖維復(fù)合物回收中兩個重大挑戰(zhàn)：一是聚合物復(fù)合材料通常擁有類似橡膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，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(huán)氧樹脂的復(fù)合材料，因為在特定情況下，這些環(huán)氧樹脂中可以在保證交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整性的前提下改變自身的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

  該研究團(tuán)隊在Advanced Functional Materials的一篇文章中詳細(xì)描述了他們的工作：把塑膠環(huán)氧樹脂復(fù)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(fā)生在環(huán)氧樹脂共價鍵網(wǎng)絡(luò)中的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，進(jìn)而將大分子鏈溶解并割裂成一條條短鏈。

  一旦環(huán)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(xué)性能及形態(tài)。而當(dāng)對整個溶液體系繼續(xù)加熱時，可以引發(fā)環(huán)氧樹脂再度發(fā)生聚合反應(yīng)，這意味新一代可重復(fù)利用聚合物纖維復(fù)合物成為可能。
該研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)這種過程同樣可以用來實現(xiàn)對聚合物表面的修復(fù)。值得一提的是，被修復(fù)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(xué)院前任機械工程博士后研究員，表示這項技術(shù)的簡易性、直接性、可操作性和可預(yù)測性使得這項技術(shù)可以被很好地運用到工業(yè)生產(chǎn)中。