Hyperbranched polyester catalyzed self-healing bio-based vitrimer for closed-loop recyclable carbon fiber-reinforced polymers

材料科学 复合材料 极限抗拉强度 聚合物 乙二醇 聚酯纤维 自愈 催化作用 化学工程 有机化学 化学 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Yazhou Xu,Haibo Zhang,Songlin Dai,Shichao Xu,Jing Wang,Liangwu Bi,Jianxin Jiang,Yuxiang Chen
出处
期刊:Composites Science and Technology [Elsevier]
卷期号:228: 109676-109676 被引量:55
标识
DOI:10.1016/j.compscitech.2022.109676
摘要

Closed-loop recycling in the matrix resin and carbon fibers (CFs) of carbon fiber-reinforced polymers (CFRPs) is a major challenge. To solve this problem, herein, a closed-loop recyclable vitrimer matrix containing hydroxy-terminated hyperbranched polyesters (HBPs), rosin-derived fumaropimaric acid (FPA), and glycerol triglycidyl ether (GTE) is prepared. The FPA/GTE/HBP vitrimers exhibited excellent mechanical properties owing to the highly reactive hydroxy-terminated HBP and rigid FPA. The abundant hydroxyl groups of HBP catalyzed the dynamic transesterification reaction of the vitrimer network, resulting in self-healing and reprocessing properties. In addition, FPA/GTE/HBP−CF composites exhibited high mechanical strength and interlayer shear strength owing to the presence of HBP. FPA/GTE/HBP15−CF was degraded by ethylene glycol during the catalytic operation of the hydroxy-terminated HBP, and the degraded matrix could be closed-loop recycled. Scanning electron microscopy, Raman analysis, and tensile testing showed that the degradation reaction did not degrade the properties of the recycled CFs. This study presents an environmentally-friendly strategy for preparing closed-loop recyclable CFRPs.

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