超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料、制备方法及降解循环方法
本发明涉及碳纤维复合材料，具体而言，涉及超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料、制备方法及降解循环方法。
背景技术：
1、碳纤维热固性复合材料具有强度高、重量轻、易于制造、耐热耐腐蚀等特点，广泛应用于建筑、航空、汽车、风能等多个领域。然而，不可逆的三维交联使材料具有所需的性能，也使碳纤维热固性复合材料的回收和再加工成为一大难题。在双碳目标的指引下，循环回收成为热固性材料可持续发展的关键。
2、近年来，基于亚胺、酯键、二硫键、硼酸酯键、和diels-alder键的动态共价键已成功用于生产可回收的碳纤维增强热固性复合材料。虽然动态共价键的引入提高了热固性树脂的动态性能，但往往会使材料的机械性能下降，因为聚合物的动态性能和机械性能通常是相互排斥的。
3、目前尚未有同时具有高强度和易降解回收性能的碳纤维增强热固性复合材料。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料、制备方法及降解循环方法，以解决现有技术中碳纤维复合材料的高强度和易降解回收性能无法兼具的问题。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
3、本发明提供一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，采用第一溶液浸润碳纤维材料，得到改性后的碳纤维材料；将第二溶液涂覆于干燥后的所述改性后的碳纤维材料得到预浸料；将所述预浸料经过固化处理后得到所述复合材料；
4、所述第一混合溶液包括超支化离子液体和有机溶剂，所述超支化离子液体中含有至少一种超支化合物，每种所述超支化合物中含有化学式为的端基，r2表示为酯基，r4表示为含有s的烷基，r5为阴离子基团；
5、所述第二溶液包括香草醛环氧树脂和巯基单体。
6、进一步，所述超支化合物的端基数目为6～48个，所述超支化合物的摩尔质量为1482-28984g/mol。
7、进一步，所述超支化合物为式(1)、式(2)或式(3)：
8、
9、其中，r1表示为r2表示为r3表示为r4表示为-ch2-ch2-s-ch2-ch2-ch2-，r5为四氟硼酸、六氟磷酸或双三氟甲磺酰亚胺。
10、进一步，所述巯基单体为
11、中的一种或多种。
12、进一步，所述固化处理的压力为5-10mpa，温度为60-100℃，时间为1-2h。
13、进一步，所述第二溶液中的香草醛环氧树脂、和巯基单体，与所述碳纤维材料的质量比为2:(3.45-3.85):1。
14、本发明还提供一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料，采用如上述的方法制备得到。
15、本发明还提供一种如上述的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的降解循环方法，将所述复合材料在浸泡液中浸泡，并在常压和100-140℃条件下降解，得到再生碳纤维材料和降解液；对所述再生碳纤维材料进行干燥，将所述降解液进行再生处理得到再生树脂；将所述再生树脂涂覆在干燥后的所述再生碳纤维材料上，经过所述固化处理后得到再生的碳纤维热固性复合材料。
16、进一步，所述浸泡液为dmso；所述再生处理方法为，采用乙酸乙酯对所述降解液进行稀释，再经过水萃取、干燥、去除溶剂的步骤得到所述再生树脂。
17、进一步，所述浸泡液为浓度为0.1-10mol/l的酸性溶液；所述再生处理方法为，向所述降解液中加入甲醛并进行反应，得到所述再生树脂。
18、本发明的有益效果为：
19、(1)本发明的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，采用超支化离子液体对碳纤维材料进行改性，再使用香草醛环氧树脂和巯基单体动态交联，可以赋予该复合材料高性能，同时还具有良好的降解循环能力；
20、(2)本发明的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，具有步骤简单、反应条件温和，反应时间短，原料成本低的优点；
21、(3)本发明的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料，具有良好的力学性能和界面性质，同时，循环再生后的碳纤维热固性复合材料仍然能够保持良好的拉伸强度和界面强度；
22、(4)本发明的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料降解循环方法，具有步骤简单、条件温和、效率高的优点，并且能够使再生的复合材料保持良好的拉伸强度和界面强度。
技术特征：
1.一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，采用第一溶液浸润碳纤维材料，得到改性后的碳纤维材料；将第二溶液涂覆于干燥后的所述改性后的碳纤维材料得到预浸料；将所述预浸料经过固化处理后，得到所述复合材料；
2.根据权利要求1所述的一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，所述超支化合物的端基数目为6～48个，所述超支化合物的摩尔质量为1482-28984g/mol。
3.根据权利要求2所述的一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，所述超支化合物为式(1)、式(2)或式(3)所示的化合物：
4.根据权利要求1所述的一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，所述巯基单体为
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，所述固化处理的压力为5-10mpa，温度为60-100℃，时间为1-2h。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的制备方法，其特征在于，所述香草醛环氧树脂、所述巯基单体与所述碳纤维材料的质量比为2:(3.45-3.85):1。
7.一种超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料，其特征在于，采用如权利要求1～6任意一项所述的方法制备得到。
8.一种如权利要求7所述的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的降解循环方法，其特征在于，将所述复合材料在浸泡液中浸泡，并在常压和100-140℃条件下降解，得到再生碳纤维材料和降解液；对所述再生碳纤维材料进行干燥，将所述降解液进行再生处理得到再生树脂；将所述再生树脂涂覆在干燥后的所述再生碳纤维材料上，经过所述固化处理后得到再生的碳纤维热固性复合材料。
9.根据权利要求8所述的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的降解循环方法，其特征在于，所述浸泡液为dmso；所述再生处理方法为，采用乙酸乙酯对所述降解液进行稀释，再经过水萃取、干燥、去除溶剂的步骤得到所述再生树脂。
10.根据权利要求8所述的超支化离子液体-碳纤维热固性复合材料的降解循环方法，其特征在于，所述浸泡液为浓度为0.1-10mol/l的酸性溶液；所述再生处理方法为，向所述降解液中加入甲醛并进行反应，得到所述再生树脂。
技术总结
本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体而言，涉及超支化离子液体‑碳纤维热固性复合材料、制备方法及降解循环方法。该方法采用超支化离子液体改性碳纤维材料，再动态交联香草醛环氧树脂和巯基单体。该复合材料具有良好的力学强度和界面性质，具有高性能、可循环利用等特点，再生后仍能保持良好的拉伸强度和界面强度；该制备方法和降解循环方法还具有步骤简单、条件温和、效率高的优点。该制备方法和降解循环方法能够实现碳纤维复合材料的高效闭环回收。该复合材料高强度和可循环利用等特点，有望用于航空航天、风力发电、新能源汽车等领域。
技术研发人员：张俊珩,石桂莲,龚天园,蒋璨,李清,杨鹏程,张道洪
受保护的技术使用者：中南民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23