科技日报记者 陈曦 通讯员 王鹤立
记者1月26日从天津大学获悉，该校化工学院汪怀远教授团队通过分子结构设计创新，成功研发出一种兼具耐高温、高强韧性和可回收特性的新型环氧树脂，破解了该材料长期困扰行业的性能“跷跷板困境”。相关研究成果近日发表在国际期刊《先进材料》上。
环氧树脂因其优异的粘接性能、机械强度和耐化学腐蚀性，被广泛应用于航空航天、新能源、电子封装等战略性领域，是现代高端制造中不可或缺的关键材料，被称为现代工业的“隐形骨架”，全球市场规模已超过130亿美元。在我国，环氧树脂还是风电叶片制造的重要基材。然而，随着风电设备逐步进入退役期，每年约有5800吨环氧树脂复合材料废弃物产生，目前主要依赖填埋或焚烧处理，不仅造成资源浪费，也带来环境压力。
环氧树脂循环再利用难题主要在于性能“跷跷板困境”。传统环氧树脂固化后形成三维网络结构，如同“无法解开的渔网”，高强度、高耐热性与韧性、可加工性始终难以兼顾——增韧需牺牲耐热性，而提高耐热性则会导致材料变脆。这不仅限制了其在极端环境中的应用，更成为高端环氧树脂国产化与绿色化的核心瓶颈。
汪怀远教授团队从分子设计源头入手，在传统环氧树脂的刚性网络中巧妙地植入了可逆的“酸碱离子对”。这些离子对在材料中扮演着双重角色，既是吸收冲击能量的“微型减震器”，又是能在高温下启动键位重组的“智能催化剂”。这种设计使新材料在保持超高强度（78兆帕）和耐热性（玻璃化转变温度大于245摄氏度）的同时，断裂韧性达到了8.2兆焦耳每立方米。相比市售高端环氧树脂材料，新材料的耐热性提高了约15%，而断裂韧性则提升了近3倍。在保持这些优异性能的同时，新材料还具备了传统环氧树脂所缺乏的自修复能力和可回收性。
“我们首次在如此高性能的热固性环氧树脂中实现了形状可编程及化学降解。”汪怀远表示，“实验表明，这种材料可以多次再加工和物理回收，而性能下降不超过10%。”这打破了传统环氧树脂“一次固化即永久定型”的局限。
基于独特性能，团队通过简单热压印工艺，成功制备出超疏水、高导热复合涂层——水接触角接近150度，添加氮化硼填料后导热系数显著提升，可解决5G基站、高性能芯片的散热痛点，为“双碳”目标下高端材料产业升级提供支撑。
未来，在风电领域，可回收特性有望破解退役叶片处理难题；在航空航天、新能源汽车领域，其高强韧、耐高温优势可助力装备轻量化升级，同时为高端环氧树脂国产化替代提供广阔空间。
（董严斌 摄）
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