热固性复合材料中固化环氧树脂热解机制的多尺度研究：实验与ReaxFF-MD模拟揭示

本文通过热重-红外联用（TG-FTIR）、快速热解实验与反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）模拟相结合，系统揭示了废弃热固性复合材料中固化环氧树脂的热解机制。研究发现C-O键断裂引发解聚形成重油，C-C键二次断裂生成轻油，氧原子迁移至气相；氢自由基（H·）与甲基自由基（·CH3）促进气相产物形成，而交联C-N键通过芳构化最终形成石墨化热解炭。该研究为优化热固性复合材料回收工艺提供了原子尺度的理论依据。

　　

Highlight
固化环氧树脂的热解始于C-O键断裂形成重油，C-C键二次断裂产生轻油并伴随氧原子向气相迁移。氢自由基（H·）、甲基自由基（·CH₃）和羟基（·OH）通过分子间/内脱氢、甲基氢化和C-C-O/C-C=O结构解离促进热解气形成。富含芳烃的重油中交联C-N键经氢化生成环烷烃，通过脱氢重组形成热力学稳定的6元环结构，最终获得有序石墨化形态的热解炭。

Materials
实验采用双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）作为环氧单体，二乙基甲苯二胺（DETDA）作为固化剂（摩尔比2:1）。混合物在363K下机械搅拌30分钟以降低粘度，确保均匀交联网络形成。

TG-FTIR analysis
图1(a)显示固化环氧树脂程序升温热解的热重（TG）和微分热重（DTG）曲线。573K开始出现初始失重（2.69%），对应图1(b)中微弱的FTIR峰，表明早期热解产物的生成。

Conclusion
本研究通过多尺度方法阐明固化环氧树脂热解机制：C-O键断裂触发解聚形成重油，C-C键二次断裂产生轻油，交联C-N键通过芳构化路径最终形成石墨化炭。这些发现为热固性复合材料的定向热解回收提供了关键理论支撑。