高分子系袁彦超老师发明可多次循环回收利用的先进复合材料
日期:2017-03-10 浏览量:980

纤维增强树脂基先进复合材料具有比强度和比刚度高、结构尺寸稳定、可设计性好等特点,已在航空航天、风力发电、交通运输等高新科技领域得到广泛应用。例如,在最新型的民航客机空客A350XWB中使用量已达到53wt%。随着先进复合材料的大量应用,其废弃物数量也急剧增加,预计到2025年全球总计将有超过8500架民用飞机退役、到2034年风力发电叶片废弃物的数量将达到22.5万吨以上。先进复合材料废弃物的大量堆积占据农业和工业用地、浪费资源、污染环境,已成为限制其进一步应用和发展的瓶颈。赋予先进复合材料自愈合功能被认为是一种延长材料使用寿命的理想方法。通过将环氧预聚物和固化剂分别进行微胶囊化,进一步添加到复合材料中,可以增强复合材料抵抗冲击破坏和层间分层损伤的能力,这部分研究成果已收录在复合材料相关专著中(Yanchao Yuan, Tao Yin, Minzhi Rong and Mingqiu Zhang. Self-healing woven glass/epoxy composites, Chapter 26 in Multi-Functionality of Polymer Composites: Challenges and New Solutions, Editors by Klaus Friedrich and Ulf Breuer, Elsevier, 2015)。

赋予先进复合材料可循环回收利用功能实质上是变相延长材料使用寿命的另一种理想方法。经过两年半的努力,通过合成可降解回收的新型高性能热固性树脂,进一步采用碳纤维增强、制备可多次循环回收利用的先进复合材料,首次实现了碳纤维在先进复合材料领域的多次无损回收和循环再利用。这种复合材料的机械、耐热等性能达到、甚至超过世界上部分现有同类商用先进复合材料的性能指标。基于该项成果的研究论文于近期发表在Nature出版集团的Nature Communications上(Yanchao Yuan*, Yanxiao Sun, Shijing Yan*, Jianqing Zhao, Shumei Liu, Mingqiu Zhang, Xiaoxing Zheng and Lei Jia. Multiply fully recyclable carbon fiber reinforced heat-resistant covalent thermosetting advanced composites, Nature Communications, 2017, 8, 14657。论文链接:http://www.nature.com/articles/ncomms14657),华南理工大学为第一作者单位和通讯作者单位。相关的研究工作已经申请了中国发明专利5项(CN105482141A,CN105482052A,CN105400132A,CN104693463A,CN104650372A)。上述研究工作得到国家自然科学基金等项目经费的资助,得到中山大学化学学院章明秋教授的帮助。

在传统高分子材料领域取得突破性研究进展是一项极具挑战性的工作,也一直是摆在袁彦超这位“土”博士面前的一道难题。袁彦超老师潜心研究、勇于创新,将再普通不过的聚酰亚胺合成与超分子概念相结合,在相关专业领域也取得了一定程度的研究突破(Yang Li, Jianqing Zhao, Yanchao Yuan*, Chuqi Shi, Shumei Liu, Shijing Yan, Ying Zhao, Mingqiu Zhang. Polyimide/crown ether composite films with necklace-like supramolecular structure and improved mechanical, dielectric and hydrophobic properties. Macromolecules, 2015, 48, 2173-2183)。


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