近日，中南民族大学超支化聚合物团队在碳纤维增强环氧树脂复合材料领域取得重要进展，研究成果以“Hyperbranched Epoxy Topology Enables Covalent Interphases and Penetration-Locking Thermoset Networks”为题，发表在国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》（2026, e3897515）上。中南民族大学姜宇为论文第一作者，博士研究生马云可和硕士研究生吴黄虎为论文共同第一作者，张道洪教授和中南民大客座教授Nikos Hadjichristidis为论文的共同通讯作者。

  碳纤维增强环氧树脂复合材料（CFREs）因其轻质高强，被广泛应用于航空航天、风电叶片等领域。然而，传统环氧树脂复合材料面临基体脆性大、纤维-基体界面性能不足等难题；同时，热固性环氧基体固化后形成交联网络，导致复合材料难以降解回收。

图1. 用于制备超强且可化学回收的 CFREs 的超支化平台分子设计

  针对这些难题，该团队提出了一种基于酰亚胺基超支化聚合物平台的“拓扑工程”策略（图1），同时解决了复合材料高力学性能与闭环回收难以兼得的长期矛盾。团队设计了一种含酰亚胺结构的“双角色”超支化聚合物：在基体内部，超支化分子以紧凑的准球形构象“渗透”进入线形环氧网络（图2），形成“渗透-锁定”均相结构，有效降低自由体积并提升交联密度（图3），赋予基体更高的强度与刚性。在纤维-基体界面，端巯基超支化分子通过硫醇-烯点击化学与碳纤维表面形成共价互穿层，显著提高界面黏附与应力传递效率。得益于这种化学与拓扑的协同设计，复合材料力学性能取得显著提升并具有普适性（图4）， 如T300碳纤维制备的复合材料拉伸强度达740 MPa，与采用未改性T800纤维的传统复合材料相当；基于T800纤维的复合材料拉伸强度更达1.1 GPa，为提升碳纤维增强环氧树脂复合材料的性能提供了新思路。

图2. 酰亚胺基超支化聚合物的拓扑与溶液性质

图3. 超支化环氧树脂及其复合材料的分子动力学模拟

图4. 碳纤维/超支化环氧树脂复合材料的力学性能

  更重要的是，该工作赋予复合材料闭环回收能力。超支化网络中引入的酰亚胺键和酯键等可化学切割位点，使复合材料在温和碱性醇解条件下即可选择性解聚。回收的碳纤维保持结构完整性，降解低聚物可作为固化剂重新用于复合材料制备，实现“纤维-树脂”双组分闭环回收（图5），为高性能热固性复合材料的可持续发展提供了重要路径。

图5. 碳纤维/超支化环氧树脂复合材料的降解与闭环回收

  据悉，张道洪教授领衔的超支化聚合物团队入选了湖北省自然科学创新群体、湖北省科技创新团队和国家民委创新团队，依托于中南民族大学化学与材料科学学院、催化转化与能源材料化学教育部重点实验室和超支化聚合物合成与应用技术湖北省工程研究中心，长期从事超支化聚合物合成及应用研究，团队主持国家自然科学基金重点项目/面上/青年项目15项、省重大重点和企业委托项目30余项，获授权国际、中国发明专利80余件，在Nat Sustain、Nat Commun、Adv Mater、Angew Chem等期刊发表论文150余篇。部分成果获中国石油和化学工业联合会科学技术发明奖一等奖2项、湖北省科学技术发明奖一等奖2项。团队实现超支化聚合物系列产品的产业化，建成国内规模最大的年产万吨级超支化聚合物生产示范线，为国内200余所高校和科研院所提供超支化聚合物研究类产品，为600余家国内外工程塑料加工企业供应高性能的节能加工助剂和关键技术，促进了国内高分子材料的可持续健康发展。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.3897515