环氧树脂（EP）凭借优异力学强度、尺寸稳定性与化学耐受性，成为机械制造、建筑、精密电子封装的核心热固性材料。但传统EP的永久化学交联使其难以回收，造成资源浪费与环境隐患；而引入共价适应性网络（CANs）的高机械强度环氧，因高交联密度与刚性基团富集，网络动态性差，修复与回收条件苛刻、效率低下——高强度与优异网络动态性难以兼容，成为制约EP Vitrimer 发展的核心瓶颈。

  针对这一挑战，华北电力大学何少剑教授团队在《Advanced Functional Materials》上以“Overcoming Rigidity Through Flexibility: Epoxy Vitrimer Integrates Ultrahigh Strength, Excellent Network Dynamicity and Closed-Loop Recyclability ”为题发表EP vitrimer最新研究成果，华北电力大学刘星宇博士为第一作者，何少剑教授为通讯作者。

  研究团队提出了交联网络刚柔比（CRFR）精准调控策略及交联网络结构设计新策略，成功研制兼具超高强度、超快网络动态、完全闭环回收的新型EP Vitrimer，破解传统高强EP “不可回收、动态性差、加工难” 的行业痛点，为热固性树脂绿色循环与高性能化提供了新的技术路径。

本文亮点

（1） “柔性桥”结构设计，同步实现强度与韧性双提升

  合成高刚性基团长链固化剂（V2NBN）与柔性环氧单体（Gte）结合，基于交联网络刚柔比（CRFR）定量调控，通过过量Gte 在刚性骨架间构筑 “柔性桥”，刚性基团承担力学承载、柔性链段高效耗散应力，使材料拉伸强度达 91.6 MPa（提升 134.3%）韧性2.76 MJ/m³（提升345.2%）同步大幅增强。

（2） 双动态键协同作用，赋予交联网络超强动态性

  网络中集成亚胺、硼酸酯双可逆动态键，协同赋予材料优异的网络动态特性，实现 120 ℃下仅 8.7 s 的超快应力松弛，拓扑冻结温度（T_v）低至–11.2 ℃，平衡高强环氧高刚性、难再加工的矛盾，兼具优异形状记忆与再加工性能。

（3） 温和条件全降解，完成树脂与碳纤维闭环回收

  在 50 ℃ HCl /DMF（H₂O）溶液中可完全降解，降解产物无需纯化直接再聚合，树脂拉伸强度 100% 保留；碳纤维复合材料（CFRPs）中树脂可快速温和剥离，回收后CF结构完整，表面无树脂残留、强度保留 94.1%，实现高附加值材料无损循环利用。

图1 Vitrimer的合成、动态键交换、及多功能性应用

  EPV-V2NBN的交联网络结构与传统EP网络有显著不同。由于V2NBN的分子量（460.36 g/mol）远高于Gte（260.28 g/mol），以及反应计量中1 mol Gte与1.5 mol V2NBN反应，V2NBN构成网络中的主要主链结构，因此Gte主要作为传统交联剂发挥作用。此外，EPV-V2NBN具有高刚性基团含量主链，当酚羟基和环氧基团以1：1摩尔比反应时，交联网络中的柔性Gte链难以承受施加的应力。因此，尽管刚性很高，材料在外部应力下仍表现出脆性断裂。作者巧妙提高了参与交联的Gte比例。过量的Gte与初级交联过程中产生的羟基反应，在网络中形成“柔性桥”（Over reaction）。这些桥梁富含醚键Gte链的柔韧性，在应力下可有效耗散能量，从而增强vitrimer的机械性能（图2）。

图2 交联网络结构设计策略及刚柔基团含量定量调控

  Vitrimer具有2.65 GPa 高储能模量，120 ℃下实现仅 8.7 s 的超快应力松弛，拓扑冻结温度低至–11.2℃，热稳定性优异，平衡高强环氧高刚性、难再加工的矛盾，直观展现出高强、高动态、易加工的突出优势（图3）。

图3 Vitrimer的热性能及动态网络性能

  Vitrimer在80 ℃即可实现无模具自由塑形与快速形状回复，可轻松变换为螺旋、心形、字母等多种造型，加热后能自动复原；经 10 次反复热致形变循环后，材料拉伸强度仍保持在80 MPa 以上，有效解决了传统高强EP形状记忆性能弱、形变后强度大幅衰减的难题，兼具出色形状记忆功能与循环力学稳定性（图4）。

图4 Vitrimer优异的形状记忆

  Vitrimer在 50 ℃温和酸性条件下可快速完全降解，降解产物无需纯化即可直接二次固化，树脂化学结构与力学性能近乎 100% 保留；同时能温和剥CFRPs的树脂基体，回收碳纤维表面洁净无残留、强度保留率达 94.1%，实现树脂基体与高附加值碳纤维的绿色无损循环利用（图5）。

图5 Vitrimer及CFRPs的闭环回收

  总之，该研究创新性在于提出交联网络刚柔比（CRFR）定量调控策略，通过在刚性固化剂骨架间构筑柔性桥结构实现刚柔协同，同步大幅提升EP vitrimer的强度与韧性；依托亚胺/硼酸酯双可逆动态键赋予交联网络超快动态性，打破高强环氧“高刚性、低动态、难加工”的固有瓶颈；并实现50 ℃温和条件下树脂基体与碳纤维的全闭环回收，树脂力学性能完全保留、碳纤维高效无损循环，为高强热固性环氧的高性能化与绿色循环利用提供了全新设计思路与技术路径。

  原文链接 https://doi.org/10.1002/adfm.75558