摘要：碳纤维增强聚合物（CFRP）是一种由碳纤维和热固性树脂组成的高性能材料，具有优异的强度重量比和耐化学性，可替代钢或铝。但其制造过程能耗高、碳排放量大（每千克碳纤维排放25kg二氧化碳，树脂超4kg ），且90%的废弃碳纤维被填埋。尽管生物基碳纤维和回收技术正在

碳纤维增强聚合物（CFRP）是一种由碳纤维和热固性树脂组成的高性能材料，具有优异的强度重量比和耐化学性，可替代钢或铝。但其制造过程能耗高、碳排放量大（每千克碳纤维排放25kg二氧化碳，树脂超4kg ），且90%的废弃碳纤维被填埋。尽管生物基碳纤维和回收技术正在探索中，树脂的耐化学性仍使回收面临挑战。

当前复合材料回收主要聚焦纤维回收（如热解法），但会损伤纤维性能且无法实现树脂闭环利用。虽然热解、溶剂分解等方法可回收纤维，但环氧胺树脂的完全回收仍需突破解聚产物分离技术。最新研究如钌催化解聚和碱介导法虽能获取双酚-A（BPA），但胺硬化剂回收仍不完善，需开发更全面的CFRP循环方案。溶剂分解法（如超临界水/有机酸处理）能有效分解环氧CFRP树脂，实现材料再加工，但现有研究缺乏对解聚单体的定量分析和精准鉴定。

创新成果

美国国家可再生能源实验室（NERL）Gregg T. Beckham教授团队展示了醋酸如何高效地解聚由多种胺类固化剂制成的环氧胺热固性树脂，使其快速溶解，并通过醚键（C-O）和胺键（C-N）的断裂获得高产率的双酚A (BPA)和胺类产物。实现了树脂组分近乎定量的碳闭合，并且回收的纤维在树脂解构后仍保持了其机械性能。对来自多个行业的材料的解构证明了这种方法的广泛适用性，只需2小时的反应即可提供清洁纤维。该反应规模扩大至80.0g，并利用消费后回收的碳纤维(rCFs)制备了复合板，并证明其在两次回收后仍能保持其机械性能。

工艺建模和技术经济分析表明，该方法具有成本效益，再生碳纤维的最低售价为每公斤1.50美元，而生命周期评估显示，该工艺的温室气体排放量比原生碳纤维生产低约99%。相关研究成果以“Acetolysis for epoxy-amine carbon fibre-reinforced polymer recycling”为题发表在Nature上。

核心创新点

高效解聚回收单体：研究发现醋酸能够高效地解聚用于碳纤维增强聚合物（CFRPs）中的脂肪族和芳香族环氧胺热固性树脂，将其转化为可回收的单体，同时获得清洁的碳纤维。

广泛的适用性：该方法不仅适用于模型热固性材料的解构，还成功应用于多个领域的CFRPs材料，包括航空、海洋和体育用品等，能够从这些实际应用的材料中回收干净、完整的可复用碳纤维，为不同类型的CFRPs的回收提供了一种通用的解决方案。

保持机械性能：通过对回收碳纤维（rCFs）的单纤维拉伸测试等分析，发现经过醋酸解聚处理后的碳纤维在机械性能上几乎不受影响，与原始碳纤维相比，其拉伸模量等关键性能指标保持相当。

多次回收利用：研究进一步展示了回收碳纤维的可再用性，通过将回收纤维制成复合材料面板，并进行了两次额外的回收循环，结果表明在整个回收过程中，碳纤维的强度得以维持，这为实现碳纤维的多次循环利用提供了新的思路。

数据概览

图1.脂肪族环氧胺热固性材料的乙酰分解

图2.脂肪族和芳香族环氧胺CFRP的醋酸分解

图3.消费后材料的醋酸分解反应

图4.CFRP醋酸分解过程的工艺模型以及经济和环境评估

成果启示

这项研究提出了一种有效的环氧胺解聚方法，可回收单体，同时提供高质量、清洁的再生碳纤维(rCFs)，可用于新的应用。模型交联材料被完全解构，最快可在1小时内回收原始纤维。醋酸分解法已被证明对多种消费后和工业后材料有效。初步放大生产为rCFs的循环性验证提供了材料，其制备的dCFC板的抗弯强度与重量比高于钢和铝，且在两次回收过程中保持良好。全面的工艺建模提供了经济和环境影响指标，表明该技术前景广阔。

来源：小吴说科学