随着碳纤维(CF)增强热固性树脂基先进复合材料在航空航天、风力发电、交通运输等高新科技领域逐渐得到广泛应用,其废弃物数量也急剧增加,已成为限制其进一步应用和发展的瓶颈。对废弃先进复合材料开展循环回收再利用研究,实质上是变相延长材料(特别是价格昂贵的碳纤维)使用寿命的一种理想方式。研究人员已为之付出巨大努力,但碍于传统树脂基体(如环氧树脂)难以降解的固有特性,在氧化、裂解等苛刻回收条件下得到的碳纤维性能劣化,无法再重新用于生产先进复合材料。为此,本文采用可降解的六氢三嗪环状结构作为功能基团,旨在为热固性树脂及其复合材料的回收提供一条可能的解决途径。本文利用芳香二胺和甲醛的加成和缩聚反应,通过一系列新的合成方案成功制备了聚六氢三嗪热固性树脂。首先考查了芳香二胺与甲醛反应的机理及主要影响因素。研究表明,提高体系中的甲醛含量和(或)水含量均对反应速率有明显的促进作用,且同等条件下水对反应的催化效果优于甲醛。该反应为水促进的自催化逐步加成聚合,水的催化作用是通过与缩醛胺、亚胺、二胺及三胺等反应中间体产生氢键作用从而促进了体系中所有涉及C-N键形成或C-O键断裂的转变过程。芳香二胺与甲醛在低温下(50°C)聚合得到缩醛胺动态共价网络(HDCNs)结构。然后经过高温处理,该未完全环化的结构脱去小分子水及溶剂等形成高度交联的聚六氢三嗪(PHTs)高聚物。对比不同温度下的处理结果,在200°C下处理2 h得到的PHTs结构最为完善。聚六氢三嗪树脂机械性能好、耐热性能突出、耐化学腐蚀性能优异,在特殊温和条件下可完全降解为合成原料。在此基体上,采用碳纤维增强、制备可多次循环回收利用的先进复合材料,首次实现了碳纤维在先进复合材料领域的多次无损回收和循环再利用。这种新型复合材料的机械、耐热等性能已经达到、甚至超过世界上部分现有同类商用先进复合材料的性能指标。得益于碳纤维的重要特征(性能、长度和编织结构)在回收过程中能够完美保存,用其制备的再生复合材料性能与回收前性能相比几乎保持不变。该项研究工作为提高碳纤维复合材料综合性能、延长使用寿命且赋予其环境友好性提供科学依据。