Einem Team unter der Leitung von Professor Wang Huaiyuan von der School of Chemical Engineering der Tianjin-Universität ist es gelungen, ein neuartiges Epoxidharz zu entwickeln, das hohe{0}Temperaturbeständigkeit, hohe Festigkeit und Zähigkeit sowie Recyclingfähigkeit durch innovatives Molekularstrukturdesign kombiniert und damit das seit langem bestehende Leistungs-"Wippen-Dilemma" der Branche durchbricht. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der internationalen Fachzeitschrift *Advanced Materials* veröffentlicht. Epoxidharz wird aufgrund seiner hervorragenden Klebeeigenschaften, mechanischen Festigkeit und chemischen Korrosionsbeständigkeit häufig in strategischen Bereichen wie neue Energie und elektronische Verpackungen eingesetzt. Es ist ein unverzichtbares Schlüsselmaterial in der modernen High-End-Fertigung und wird oft als „unsichtbares Skelett“ der modernen Industrie bezeichnet. Der globale Markt ist mehr als 13 Milliarden US-Dollar groß. In meinem Land ist Epoxidharz auch ein wichtiges Grundmaterial für die Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen. Da Windkraftanlagen jedoch allmählich in die Stilllegungsphase treten, fallen jährlich etwa 5.800 Tonnen Epoxidharz-Verbundwerkstoffabfälle an, deren Entsorgung derzeit hauptsächlich auf Deponien oder durch Verbrennung erfolgt, was nicht nur Ressourcenverschwendung, sondern auch Umweltbelastungen verursacht. Die größte Herausforderung beim Recycling von Epoxidharz liegt im Leistungs-„Wippdilemma“. Herkömmliche Epoxidharze bilden nach dem Aushärten eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, die einem „unzerbrechlichen Fischernetz“ ähnelt. Das Erreichen eines Gleichgewichts zwischen hoher Festigkeit, hoher Hitzebeständigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit ist immer eine Herausforderung.-Zähigkeit erfordert Einbußen bei der Hitzebeständigkeit, während eine Verbesserung der Hitzebeständigkeit zu Sprödigkeit führt. Dies schränkt nicht nur seine Anwendung in extremen Umgebungen ein, sondern wird auch zu einem zentralen Engpass für die inländische Produktion und Ökologisierung hochwertiger Epoxidharze. Das Team von Professor Wang Huaiyuan ging von der molekularen Designquelle aus und bettete reversible „Säure-Base-Ionenpaare“ geschickt in das starre Netzwerk traditioneller Epoxidharze ein. Diese Ionenpaare spielen im Material eine doppelte Rolle: Sie sind sowohl „Miniatur-Stoßdämpfer“, die Aufprallenergie absorbieren, als auch „intelligente Katalysatoren“, die bei hohen Temperaturen die Bindungsrekombination einleiten. Durch dieses Design behält das neue Material eine extrem hohe Festigkeit (78 MPa) und Hitzebeständigkeit (Glasübergangstemperatur über 245 Grad Celsius) bei und erreicht gleichzeitig eine Bruchzähigkeit von 8,2 Megajoule pro Kubikmeter. Im Vergleich zu kommerziell erhältlichen hochwertigen Epoxidharzmaterialien ist die Hitzebeständigkeit des neuen Materials um etwa 15 % verbessert, während seine Bruchzähigkeit um fast das Dreifache erhöht ist. Während diese hervorragenden Eigenschaften erhalten bleiben, verfügt das neue Material auch über Selbstheilungsfähigkeiten und Recyclingfähigkeit, die bei herkömmlichen Epoxidharzen fehlen. „Zum ersten Mal haben wir eine programmierbare Form und chemische Zersetzung in einem so leistungsstarken duroplastischen Epoxidharz erreicht“, sagte Wang Huaiyuan. „Experimente zeigen, dass dieses Material mehrfach wiederaufbereitet und physikalisch recycelt werden kann, wobei die Leistungseinbuße 10 % nicht überschreitet.“ Dadurch wird die Beschränkung herkömmlicher Epoxidharze aufgehoben, die „nach einmaliger Aushärtung dauerhaft fixiert“ sind. Basierend auf seinen einzigartigen Eigenschaften hat das Team durch einen einfachen Heißpressprozess erfolgreich eine superhydrophobe Verbundbeschichtung mit hoher Wärmeleitfähigkeit-mit einem Wasserkontaktwinkel von nahezu 150 Grad-hergestellt. Durch die Zugabe von Bornitrid-Füllstoff wird die Wärmeleitfähigkeit erheblich verbessert, wodurch die Herausforderungen bei der Wärmeableitung von 5G-Basisstationen und Hochleistungschips gelöst werden und die Modernisierung hochwertiger Materialindustrien im Rahmen des „Dual-Carbon“-Ziels unterstützt wird. Im Windkraftsektor soll die Recyclingfähigkeit künftig das Problem der Entsorgung ausgemusterter Rotorblätter lösen; Im Bereich der neuen Energiefahrzeuge können seine Vorteile in Bezug auf Festigkeit, Zähigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit dazu beitragen, die Ausrüstung leichter zu machen, und bieten gleichzeitig breite Perspektiven für die heimische Substitution hochwertiger Epoxidharze.
