[发明专利]可降解高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种可降解高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法，属于高性能纤维增强环氧树脂基复合材料技术领域。所述可降解高性能纤维增强环氧树脂基复合材料由含氧官能团为三个及以上的环氧树脂、至少包括一个酸酐的固化剂以及长纤维增强体混合，固化、热压成型、冷却制备而成。所述参与树脂基体制备的有机物带有邻位基团效应，使树脂网络可以在温和条件下拓扑重排。纤维增强环氧树脂基复合材料能够在保证与传统环氧树脂基复合材料力、热性能相当的基础之上，实现材料的完全降解，回收得到的长纤维增强体与原有纤维性能结构一致。本发明制备的纤维增强环氧树脂基复合材料有效节约了大量纤维资源，在可持续发展理念下有实际应用价值。

技术领域：

本发明涉及高性能树脂基复合材料制备、降解、复合材料纤维回收技术领域。具体涉及一种可降解、高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法。

背景技术：

纤维增强环氧树脂基复合材料由于其比强度高、比模量高、尺寸稳定性好等优点被广泛应用于航空航天、汽车工业以及军工制造等领域。然而，现有的纤维增强环氧树脂基复合材料由于其树脂基体具有永久交联的网络结构，因此难以实现纤维增强体与环氧树脂基体的完整分离，复合材料中纤维的回收及再利用十分困难。

目前常用的复合材料纤维回收方法主要包括以下三类：物理粉碎法、化学溶剂法及热分解法。物理粉碎法是将复合材料研磨粉碎后作为增强填料使用，该方法破坏了长纤维的特征形貌，损害了纤维本身的力学性能，属于低价值的回收方法。化学溶剂法溶解树脂基体需用到强腐蚀性溶剂（如浓硝酸等），热分解法分解树脂基体需要高温高压条件，这两种方法条件苛刻，不利于工业化应用。

鉴于以上，有必要开发可降解的纤维增强环氧树脂基复合材料，在保证材料基本力、热性能的基础上，能够在温和条件下实现复合材料树脂基体降解和纤维回收再利用。本发明制备了一种可降解、高性能纤维增强环氧树脂基复合材料，解决了传统纤维增强环氧树脂基复合材料纤维难以回收的难题。本发明选择现有商用易得的工业化原料，在保证材料的力、热基本性能与传统商用纤维增强环氧树脂基复合材料相当的基础上，使复合材料在温和的条件下实现树脂基体完全降解，回收得到结构完整的长纤维增强体。

发明内容：

本发明的目的是解决纤维增强环氧树脂基复合材料难降解、降解条件严苛及回收后纤维增强体性能结构受损等问题。本发明提供了一种可降解、高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法。

研究发现，化学反应中心的邻近基团或取代基通过诱导、离子、静电、偶极或共价相互作用来稳定过渡态和反应路径，可在不使用催化剂的情况下促进反应活性，这种效应被称为邻基参与效应（NGP）。基于此，本发明将能促进酯交换反应中心位形成稳定环状中间体的取代基引入到聚酯网络中，提高了环氧-酸交联网络中羟基与酯键的酯交换反应速率，使制备得到的复合材料在一定温度下（190-200℃）的多元醇中降解，实现树脂基体的完全降解和长纤维增强体的完整回收，且回收得到的长纤维增强体可以再次被用于制备复合材料。

本发明的具体技术内容如下：

一种可降解高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的制备方法，所述可降解高性能纤维增强环氧树脂基复合材料由组分1、组分2和组分3按照条件Ⅰ、条件Ⅱ和条件Ⅲ混合，再经固化、热压成型、冷却制备得到，其中：

所述组分1为至少一种环氧树脂，所述环氧树脂的含氧官能团为三个及以上；

所述组分2为固化剂，所述固化剂的结构中至少包括一个酸酐；

所述组分3为长纤维增强体；

所述条件Ⅰ为组分1的摩尔含量占树脂、固化剂总含量的20%~30%；

所述条件Ⅱ为组分2的摩尔含量占树脂、固化剂总含量的70%~80%；

所述条件Ⅲ为组分3的质量含量占树脂、固化剂、纤维增强体总含量的60%~70%；