利用前端聚合技术实现的3D打印可回收高性能碳纤维增强聚合物

《Advanced Materials》：Frontal Polymerization-Enabled 3D Printing of Recyclable High-Performance Carbon Fiber Reinforced Polymers

碳纤维增强聚合物通过前环开环金属转移聚合（FROMP）与3D打印结合实现闭环制造，开发酸降解树脂体系在保持高拉伸强度（817MPa）和玻璃化转变温度（>160℃）的同时，回收纤维保留95%以上性能，回收单体可再聚合。

　　

摘要

热固性复合材料在可回收性和高性能之间往往面临着严峻的权衡。本研究提出了一种创新的闭环制造方法，该方法将前端开环复分解聚合（FROMP）技术与3D打印相结合，用于生产完全可回收的碳纤维增强聚合物（c-CFRPs）。开发了一种基于FROMP技术的自传播直接墨水书写（DIW）打印技术，可实现几秒钟内的原位固化。这一突破消除了后处理的需要，并将能耗降低了两个数量级，相比传统的 autoclave 方法更为高效。通过将二环戊二烯（DCPD）与一种商用螺内酯单体（≤3 wt%）共聚，制备出了能够在温和条件下分解的酸性树脂，这些树脂保留了传统热固性材料的拉伸强度，同时允许基体发生解聚。基于DCPD的c-CFRPs表现出显著的拉伸强度，最高可达817 MPa，玻璃化转变温度超过160°C。更重要的是，回收的碳纤维保持了其原始形态和超过95%的机械性能，从而实现了可重复回收而不会降低性能。此外，回收的寡聚物可以重新聚合成新的树脂，进一步提升了材料的可持续性。这项工作为高性能复合材料的制造提供了一种开创性的解决方案，有效应对了热固性行业中的关键能源和废物问题。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。