传统热固性碳纤维复合材料力学性能优异，但交联网络永久固化，回收再利用难度大，航空领域大量退役复合材料带来严峻的固废压力。动态共价热固树脂依靠键交换反应，可兼顾热固树脂高强度与热塑性树脂可回收、可修复优势，但实现工业化规模制备、适配现有复材生产线依旧存在很大阻碍。本研究提出一套全链条工艺方案，从分子结构设计、预浸料制备到大尺寸构件成型，实现工业级动态热固树脂（IDR）碳纤维复合材料的开发。通过聚醚砜与聚酯动态共价网络构建物理互穿网络，获得黏度可调的工业级动态树脂；依托现有工业涂覆、辊压浸渍工艺大规模制备 CF/IDR 预浸料，采用热压罐工艺成型 1?m×2?m 大型飞机壁板构件，构件屈曲应变为3133?με。得益于动态可逆网络，构件可在溶剂辅助条件下实现树脂、碳纤维束完整回收，同时材料还具备重塑、修复能力，为动态树脂基碳纤维复合材料工业化落地提供完整可行路径。

  2026年10月22日，郑州大学刘春太教授、冯跃战副教授团队联合西安交通大学王铁军教授团队以“Industrial-Grade Recyclable Carbon Fiber-Reinforced Dynamic Thermoset Composites” 为题在《Advanced Functional Materials》发表研究论文。该研究打通动态树脂从分子合成、预浸料制备到大尺寸航空构件制造的全流程，为航空领域可循环复合材料工程化应用提供重要支撑。

图1. 工业级动态热固树脂基碳纤维复合材料全链条制备

  揭示了 IDR 树脂合成机理，即在催化剂作用下双酚 A 环氧、戊二酸酐发生反应形成动态聚酯共价网络，同时 PES 分子链穿插其中形成物理互穿网络，以此调控树脂加工黏度。展示了工业涂覆-辊压浸渍两套连续化工艺，实现大宽幅 CF/IDR 预浸料的规模化产出。经热压罐成型制造了 1?m×2?m 大型 T 型加筋飞机壁板实物。演示了乙二醇溶剂辅助回收流程，构件经溶剂处理后树脂降解，碳纤维束得以完整回收。将 CF/IDR 复合材料与商用环氧基碳纤维复合材料开展雷达图性能对比，可见新体系在拉伸、压缩、CAI 等多项关键力学指标上优于传统商用环氧复合材料。

图2. CF/IDR 预浸料制备与工艺优化

  研究通过改变 PES 添加量调控树脂黏度，得到适配浸渍工艺的黏度温度 V 型曲线。借助有限元仿真模拟不同树脂黏度条件下树脂向纤维束内部的浸润行为，确定 80?℃、744?Pa·s 为最优浸渍工艺窗口。基于该参数完成连续化预浸料试制，预浸料截面 SEM 显示纤维浸渍均匀，孔隙率低于 1%；18?℃低温储存 30?d，树脂固化放热焓基本不变，证明预浸料具备良好储存稳定性。

图3. CF/IDR 复合材料固化动力学与动态性能研究

  借助 DSC 不同升温速率测试，利用 Kissinger 方程计算固化活化能，证明固化行为符合自催化 Kamal 模型，得到完整固化动力学参数。通过 DMA 测试不同铺层角度（0°、45°、90°）试样的储能模量、损耗模量；开展多温度下应力松弛试验，以 Arrhenius 方程拟合得到不同铺层试样应力松弛活化能，揭示纤维铺放角度对复合材料动态键交换、应力松弛行为的显著影响。0° 铺层试样主要由碳纤维承载，应力松弛最慢；90° 铺层载荷主要由树脂承担，应力松弛速率最快。

图 4. T 型加筋壁板的成型、有限元仿真与压缩屈曲试验

  展示了预浸料铺层、真空袋封装、热压罐固化制备大尺寸加筋壁板完整工艺流程。先后开展线性屈曲、引入几何缺陷的非线性屈曲有限元仿真，预测壁板屈曲载荷与屈曲变形模式。依托中国飞机强度研究所设备开展实物压缩屈曲试验，试验件失效形式为蒙皮局部屈曲、筋条脱粘与断裂；实测初始屈曲载荷 1008?kN，屈曲破坏载荷 1224?kN，屈曲应变3133?με，满足航空壁板的设计使用要求。

图 5. CF/IDR 复合材料的溶剂辅助闭环回收性能

  阐明乙二醇进攻酯键发生动态交换实现树脂网络解交联的化学反应机理。将 T 型加筋壁板浸入乙二醇高温处理，树脂降解解体，可收集得到保持铺层形态的回收碳纤维。回收碳纤维 SEM 表明表面几乎无树脂残留，单丝拉伸性能与原始碳纤维基本相当。回收树脂经过蒸馏除溶剂，可再次固化成型；经历两次循环回收后树脂拉伸强度仍保留原始的 77.8%。将回收树脂与碳纤维平纹织物手糊制备层合板，依然具备可观的力学性能，证实树脂循环再利用的可行性。

图 6. 复合材料的热重塑与热压修复性能

  揭示了重塑、修复的微观机理，即由高温激活酯键交换反应，交联网络发生断裂重组，实现构件拓扑重构与界面化学键修复。演示加筋壁板热压重塑过程，高温加压处理后构件完成构型改变，外观无开裂氧化缺陷。壁板进行层间破坏损伤后，采用 220?℃、10?MPa 热压工艺开展修复，超声 C 扫检测结果显示大部分损伤缺陷被弥合；修复后层间断裂载荷恢复至原始试样 92.13%。多次损伤修复循环后性能下降主要源于碳纤维发生撕裂断裂，而不是动态树脂修复功能失效，说明该体系更适用于树脂基体损伤的修复场景。

  该研究面向航空碳纤维复合材料闭环回收的工业痛点，通过构建聚醚砜互穿动态共价网络得到黏度可调控的工业级动态热固树脂 IDR，打通从树脂分子设计、预浸料工业化辊压浸渍制备、1?m×2?m 大型 T 型加筋航空壁板热压罐成型，到构件回收、重塑与修复的完整全链条技术。所得 CF/IDR 复合材料多项力学指标优于商用环氧碳纤维复合材料，壁板满足航空构件屈曲使用要求；在乙二醇溶剂辅助下可实现碳纤维与树脂的闭环回收，同时具备热驱动重塑和损伤修复能力。该工作证实动态共价树脂体系与现有航空复合材料工业生产线的良好兼容性，为高性价比可循环航空结构复合材料的工程化应用提供了理论依据与完整技术方案。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.79242