تحلیل و بررسی نانو کامپوزیت های اپوکسی حاوی نانو الیاف کربنی اصلاح شده : مطالعه پایداری گرمایی و رفتارتخریب گرمایی
الموضوعات :محمدحسین کرمی 1 , امید معینی جزنی 2 , محمد علی اطمینانی اصفهانی 3
1 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی 73441 - ۸۱۷۴۶، اصفهان، ایران
2 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی 81746-73441 ، اصفهان، ایران
3 - گروه صنایع شیمیایی ، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
الکلمات المفتاحية: رزین اپوکسی, نانو الیاف کربنی اصلاح شده , مورفولوژی, خواص مکانیکی, تخریب گرمایی,
ملخص المقالة :
نانو کامپوزیت‌های پلیمری به‌عنوان جایگزینی مناسب برای مواد فلزی و پلیمری شناخته می‌شوند و در بسیاری از موارد عملکرد بهتری دارند. این مواد به‌ویژه به دلیل سبکی، استحکام بالا و هزینه کم در صنایع مختلف از جمله حمل‌ونقل، خودروسازی، هوافضا و ساخت کشتی‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. نتایج نشان می‌دهند که افزودن نانو الیاف کربنی به ماتریس رزین اپوکسی باعث بهبود قابل‌توجه خواص مکانیکی از جمله استحکام کششی، مدول و چقرمگی شکست می‌شود. همچنین نانو الیاف کربنی موجب افزایش پایداری حرارتی رزین‌ها و کاهش سرعت تخریب آنها در دماهای بالا می‌گردد. استفاده از روش‌های نوین همچون اصلاح سطحی نانو الیاف و تکنیک‌های مخلوط‌سازی پیشرفته، بهبود قابل‌توجهی در پراکندگی نانو الیاف در ماتریس رزین اپوکسی و افزایش خواص مکانیکی و حرارتی کامپوزیت‌ها به همراه دارد. نتایج پژوهش ها نشان می‌دهد که نانو الیاف کربنی به‌ویژه در مقایسه با دیگر مواد تقویت‌کننده، عملکرد بهتری در حفظ خواص حرارتی و مکانیکی کامپوزیت‌های اپوکسی دارند. این تحقیق به تحلیل تأثیر نانو الیاف کربنی اصلاح شده بر مورفولوژی، خواص مکانیکی، پایداری حرارتی و رفتار تخریب گرمایی رزین اپوکسی و هیبرید نانوکامپوزیت‌های اپوکسی می‌پردازد. همچنین این پژوهش به مرور پیشرفت‌های اخیر و نتایج مهم در زمینه ساخت نانوکامپوزیت‌های اپوکسی حاوی نانو الیاف کربنی اصلاح شده خواهد پرداخت.
1. Jesiya S. G., Vijayan P. P., Vahabi H., Maria H. J., C.S. A., Thomas S., Sustainable Hybrid Green Nanofiller Based on Cellulose Nanofiber for Enhancing the Properties of Epoxy Resin, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 694, 134082, 2024.
2. O’Leary M., Hartley R., Radhakrishnan A., Mavrogordato M., McMahon T., Kratz J., Interlaminar Properties of Carbon Fibre/Epoxy Laminates Produced through a Semi-Curing Process, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 187, 108488, 2024.
3. Guadagno L., Naddeo C., Raimondo M., Thermal, Mechanical, and Electrical Performance of Structural Epoxy Resins Filled with Carbon Nanofibers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 148, 13095–13106, 2023.
4. Mikinka E., Whittaker T., Synaszko P., Whittow W., Zhou G., Dragan K., The Influence of Impact-Induced Damage on Electromagnetic Shielding Behaviour of Carbon Fibre Reinforced Polymer Composites, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 187, 108464, 2024.
5. Yan J., Xu M., Hu X., Liu L., Xiao X., Li B., A Multifunctional Epoxy Composites Based on Cellulose Nanofiber/Carbon Nanotube Aerogels: Simultaneously Enhancing Fire-Safety, Thermal Conductive and Photothermal Performance, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 187, 108514, 2024.
6. Xu Y., Liu S., Xu S., Liu G., Li G., Flexible and Flame Retardant Cotton Fiber-Reinforced CS/CNF/EP Composites For a Sensitive Fire Warning, Chemical Engineering Journal, 500, 156960, 2024.
7. Saputri D. D., Saraswati T. E., Raharjo W. W., Anggoro P. A., Reinforcement of Epoxy Resin-Polyimide Composites Using Magnetic-Carbon Nanofiber and Titanium Dioxide as Hybrid Filler for Electromagnetic Interference Shielding Material, Malaysian Journal of Analytical Sciences, 28(5), 1012–1031, 2024.
8. Bai G., Niu C., Lang L., Liang X., Gu W., Wei Z., Chen K., Bohinc K., Guo X., In-Situ Formation of Dual-Gradient Hydrogels through Microfluidic Mixing and Co-Extrusion for Constructing an Engineered Antibacterial Platform, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,187, 108497, 2024.
9. Klinthoopthamrong N., Thanawan S., Schrodj G., Mougin K., Goh K.-L., Amornsakchai T., Synergistic Toughening of Epoxy Composite with Cellulose Nanofiber and Continuous Pineapple Leaf Fiber as Sustainable Reinforcements, Nanomaterials, 13, 1703, 2023.
10. Chaturvedi R., Pappu A., Tyagi P., Patidar R., Khan A., Mishra A., Gupta M.K., Thakur V.K., Next-Generation High-Performance Sustainable Hybrid Composite Materials from Silica-Rich Granite Waste Particulates and Jute Textile Fibres in Epoxy Resin, Industrial Crops and Products, 177, 114527, 2022.
11. Parvizi R., Jalilian M., Dearn K. D., Epoxy composites reinforced with nanomaterials and fibres: Manufacturing, properties, and applications, Polymer Testing, 146, 108761, 2025.
12. Shokralla E.A., Dielectric Relaxation and Thermal Stability of Epoxy/Polyurethane-Carbon Nanofiber Composites, International Journal of Mathematics and Mathematical Sciences, 6(3), 38-47, 2024.
13. Guadagno L., Pantelakis S., Strohmayer A., Raimondo M., High-Performance Properties of an Aerospace Epoxy Resin Loaded with Carbon Nanofibers and Glycidyl Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane, Aerospace, 9, 222, 2022.
14. Panta J., Rider A.N., Wang J., Yang C.H., Stone R.H., Taylor A.C., Brack N., Cheevers S., Zhang Y.X., High-Performance Carbon Nanofiber Reinforced Epoxy-Based Nanocomposite Adhesive Materials Modified with Novel Functionalization Method and Triblock Copolymer, Composites Part B: Engineering, 249, 110401, 2023.
15. Guadagno L., Naddeo C., Raimondo M., Thermal, Mechanical, and Electrical Performance of Structural Epoxy Resins Filled with Carbon Nanofibers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 148, 13095–13106, 2023.
16. Ran Y., Li Y.D., Zeng J.B., Dynamic Crosslinking Towards Well-Dispersed Cellulose Nanofiber Reinforced Epoxy Vitrimer Composites, Composites Communications, 33, 101228, 2022.
17. Çakır M.V., The Synergistic Effect of Hybrid Nano-Silica and GNP Additives on the Flexural Strength and Toughening Mechanisms of Adhesively Bonded Joints, International Journal of Adhesion and Adhesives, 122, 103333, 2023.
18. Chu Y.R., Otgonbayar Z., Park G.S., Enhancing the Thermal Conductivity of Epoxy Molding Compounds by Adding SiO2-Embedded Carbon Nanofibers for Semiconductor Packaging Applications, Macromolecular Research, 33, 105–116, 2025.
19. Wu H., Yi S., Fan L., Wei S., Mao H., Zhang W., Lin L., Li H., Construction and evaluation of a heterostructured composite with dual functionality for enhancing flame retardancy and thermal insulation efficiency, Materials Today Communications, 45, 112235, 2025.
20. Bannov A.G., Golovakhin V., Gudyma T.S., Kurmashov P.B., Influence of Ball Milling on the Electrical Properties of Epoxy Composites Filled with Carbon Nanofibers, Diamond and Related Materials, 152, 111909, 2025.
21.Sun W., Gao D., Dianyu E., Synergistic Toughening of Epoxy Resin by Block Ionomers and Carbon Nanofibers, Engineering Fracture Mechanics, 311, 110584, 2024.
22.Zhou Y., Zhang Y., Wang J., He Y., Yuan J., Men X., Well-Aligned MXene@MoS2/Carbon Nanofiber Aerogels Reinforced Epoxy Composites with Splendid Thermal and Tribological Performance, Carbon, 213, 118222, 2023.
23.Yousef S., Eimontas J., Striūgas N., Thermal Decomposition of CNTs and Graphene-Reinforced Glass Fibers/Epoxy and Their Kinetics, Biomass Conversion and Biorefinery, 14, 869–889, 2024.
24. Xu Y., Liu S., Xu S., Liu G., Li G., Flexible and Flame Retardant Cotton Fiber-Reinforced CS/CNF/EP Composites For a Sensitive Fire Warning, Chemical Engineering Journal, 500, 156960, 2024.
25. Bannov A.G., Golovakhin V., Gudyma T.S., Kurmashov P.B., Influence of Ball Milling on the Electrical Properties of Epoxy Composites Filled with Carbon Nanofibers, Diamond and Related Materials, 152, 111909, 2025.
26.Chu Y.R., Otgonbayar Z., Park G.S., et al., Enhancing the Thermal Conductivity of Epoxy Molding Compounds by Adding SiO2-Embedded Carbon Nanofibers for Semiconductor Packaging Applications, Macromolecular Research, 33, 105–116, 2025.
27.Hatano R., Tominaga Y., Imai Y., et al., Preparation Process for Biomass Nanofiber/Bisphenol A-Type Epoxy Resin Composites with Superior Mechanical and Thermal Properties, Cellulose, 2025.
28.Watanabe J., Sugane K., Shibata M., Preparation and Properties of Bionanocomposites Based on Aminated Sucrose-Cured Epoxy Resins and Carboxymethyl Cellulose Nanofibers, Journal of Polymers and the Environment, 2025.
29.Sun W., Gao D., Dianyu E., Synergistic Toughening of Epoxy Resin by Block Ionomers and Carbon Nanofibers,
Engineering Fracture Mechanics, 311, 110584, 2024.
30.Yan Y., Ni Q.Q., Carbon Nanofiber-Filled Shape-Memory Epoxy Sponge for Adjustable Microwave Shielding, Materials Chemistry and Physics, 315, 129053, 2024.
31.Edvardsen L., Grandcolas M., Lædre S., Yang J., Lange T., Bjørge R., Gaweł K., The Role of Electrical Current Mode in Calcium Carbonate Deposition on Conductive Carbon Nanofiber–Epoxy Coating, Journal of Applied Polymer Science, 2024.
32.Parente J.M., Silva A.P., Reis P.N.B., Impact of Cure Temperature and Suspension Viscosity on the Mechanical Properties of Carbon Nanofiber-Reinforced Epoxy Resin Nanocomposites, Procedia Structural Integrity, 61, 2024.
33.Hussain A., Keyvani P., Cummings R, Multifunctional Hybrid Composites from Novel Asphaltene-Based Carbon Nanofiber Mats and Woven Carbon Fiber, Journal of Materials Science, 59, 17018–17042, 2024.
34.Yu B., Wang W., Zhou G., Song Y., Peng M., Rapid and Scalable Synthesis of Novel Carboxylated Aramid Nanofibers for Simultaneously Improving the Strength and Toughness of Carbon Fiber/Epoxy Laminates, Composites Science and Technology, 245, 110320, 2024.
35. Badeli A., Ehsani M., Karimi M., Grafted-IPN epoxy/polyurethane prepolymer; synthesis, morphological, mechanical, and thermal properties investigation of cured networks, Polymer, 325, 128295, 2025.
