صنعت لاستیک ایران

صنعت لاستیک ایران

اثر نانو سیلیکای اصلاح شده بر مورفولوژی، خواص مکانیکی، پایداری گرمایی و رفتار تخریب گرمایی نانو کامپوزیت های اپوکسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی 81746-73441، اصفهان، ایران
2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، صندوق پستی 81746-73441 ، اصفهان، ایران
10.22034/irm.2025.507531.1314
چکیده
رزین اپوکسی به عنوان یکی از اصلی‌ترین پلیمرهای گرمایی شناخته می‌شود که به خاطر خواص قابل توجه فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی‌اش، از جمله مقاومت‌های کششی و فشاری، دمای اعوجاج و مقاومت شیمیایی مطلوب، در صنایع متنوعی نظیر چسب، پوشش، الکترونیک، مواد کامپوزیت با کارایی بالا، توربین‌های بادی و روش‌های قالب‌گیری به کار می‌رود. این رزین‌ها درصد بالایی از پیوندهای عرضی را دارند که برای دستیابی به خواص مناسب مکانیکی و گرمایی ضروری است؛ اما ساختارهای ایجاد شده در رزین‌های اپوکسی سخت‌شده با سخت‌کننده به دلیل چگالی بالای پیوندهای عرضی، مقاومت شکننده و آسیب‌پذیری در برابر ضربه را به همراه دارند. برای رفع این معضل و بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی، می‌توان از ترکیب آن‌ها با سایر مواد پلیمری یا نانوکامپوزیت‌ها بهره برد. نانوذرات سیلیکا تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی و حرارتی نانوکامپوزیت‌های اپوکسی دارند و منجر به بهبود در پراکنش، پایداری حرارتی و مقاومت کششی رزین اپوکسی می شود. همچنین، تعاملات بین نانوذرات و ماتریس اپوکسی به افزایش استحکام و کارایی نانوکامپوزیت‌ها در کاربردهای صنعتی منجر می‌شود. در این پژوهش، به بررسی تأثیر نانوذرات سیلیکای اصلاح شده بر روی مورفولوژی، خواص مکانیکی، پایداری گرمایی، رفتار تخریب گرمایی و پیشرفت‌های اخیر در این زمینه پرداخته می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1].Kim, K.-M.; Kim, H.; Kim, H.-J. Enhancing Thermo-Mechanical Properties of Epoxy Composites Using Fumed Silica with Different Surface Treatment. Polymers 2021, 13, 2691.
 [2].Zhang, Y.; Shi, C.; Qian, X.; Jing, J.; Jin, L. DOPO/Silicon/CNT Nanohybrid Flame Retardants: Toward Improving the Fire Safety of Epoxy Resins. Polymers 2022, 14, 565. https://doi.org/10.3390/polym14030565
 [3].Alireza Albooyeh, Peyman Soleymani, Hossein Taghipoor, Evaluation of the mechanical properties of hydroxyapatite-silica aerogel/epoxy nanocomposites: Optimizing by response surface approach, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 136,2022,105513.
 [4].Kim, K.-M.; Kim, H.; Kim, H.-J. Enhancing Thermo-Mechanical Properties of Epoxy Composites Using Fumed Silica with Different Surface Treatment. Polymers 2021, 13, 2691. https://doi.org/10.3390/polym13162691
 [5].Wang S, Cao M, Xue H, et al. Nano-silica reinforced epoxy resin/nano-rubber composite material with a balance of stiffness and toughness. High Performance Polymers. 2021;33(6):685-694.
 [6].E.P. Ayswarya, Ajalesh B. Nair, Eby Thomas Thachil, A comparative study of mechanical, dynamic mechanical and thermal properties of rice husk ash, modified rice husk ash and nano silica filled epoxy composites, Materials Today: Proceedings, Volume 47, Part 15, 2021, Pages 5351-5357,
 [7].Alireza Albooyeh, Peyman Soleymani, Hossein Taghipoor, Evaluation of the mechanical properties of hydroxyapatite-silica aerogel/epoxy nanocomposites: Optimizing by response surface approach, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Volume 136,2022,105513.
[8].Megahed M, Tobbala DE, El-baky MAA. The effect of incorporation of hybrid silica and cobalt ferrite nanofillers on the mechanical characteristics of glass fiber-reinforced polymeric composites. Polymer Composites. 2020;1–14.
 [9].Shivam Verma, Ankur Singh Thakur, Nitin Sharma, Saurabh Kango, Molecular dynamics investigation of epoxy for advanced applications: Combined impact of silica and alumina nanoparticles, Materials Today: Proceedings, 2024.
[10].Qiang Chen, Siqi Huo, Yixia Lu, Mingmei Ding, Jiabing Feng, Guobo Huang, Hang Xu, Ziqi Sun, Zhengzhou Wang, Pingan Song, Heterostructured Graphene@Silica@Iron Phenylphosphinate for Fire-Retardant, Strong, Thermally Conductive Yet Electrically Insulated Epoxy Nanocomposites,Nano micro small, Volume20, Issue31 August 1, 2024, 2310724.
[11].Farzana Yeasmin, Abul K. Mallik, Adib H. Chisty, Fataha N. Robel, Md. Shahruzzaman, Papia Haque, Mohammed Mizanur Rahman, Nanami Hano, Makoto Takafuji, Hirotaka Ihara, Remarkable enhancement of thermal stability of epoxy resin through the incorporation of mesoporous silica micro-filler, Heliyon, Volume 7, Issue 1, 2021, e05959
[12].Alam, M.A.; Samad, U.A.; Anis, A.; Alam, M.; Ubaidullah, M.; Al-Zahrani, S.M. Effects of SiO2 and ZnO Nanoparticles on Epoxy Coatings and Its Performance Investigation Using Thermal and Nanoindentation Technique. Polymers 2021, 13, 1490. https://doi.org/10.3390/polym1309149
[13].E.P. Ayswarya, Ajalesh B. Nair, Eby Thomas Thachil, A comparative study of mechanical, dynamic mechanical and thermal properties of rice husk ash, modified rice husk ash and nano silica filled epoxy composites, Materials Today: Proceedings, Volume 47, Part 15, 2021, Pages 5351-5357,
[14].Arabli, V., & Aghili, A. (2014). The effect of silica nanoparticles, thermal stability, and modeling of the curing kinetics of epoxy/silica nanocomposite. Advanced Composite Materials, 24(6), 561–577.
 [15].Selver E, Öztaş B, Uçar M, et al. Mechanical and thermal properties of glass/epoxy composites filled with silica aerogels. Plastics, Rubber and Composites. 2021;50(8):371-383
[16].Kim, K.-M.; Kim, H.; Kim, H.-J. Enhancing Thermo-Mechanical Properties of Epoxy Composites Using Fumed Silica with Different Surface Treatment. Polymers 2021, 13, 2691.
 [17]Minghui Fang,Jun Qian, Xuezhi Wang, Zhong Chen, Ruilin Guo, Synthesis of a Novel Flame Retardant Containing Phosphorus, Nitrogen, and Silicon and Its Application in Epoxy Resin, ACS Omega 2021, 6, 10, 7094–7105
 [18].Wang S, Cao M, Xue H, et al. Nano-silica reinforced epoxy resin/nano-rubber composite material with a balance of stiffness and toughness. High Performance Polymers. 2021;33(6):685-694.
 [19].Yonghao Lv, Hongyan Li, Zhu-Bao Shao, Zhiming Jiang, One-pot solvent-free synthesis of self-catalyzed phosphorus/silicon cycloaliphatic epoxy resin with excellent flame-retardant and dielectric property, Polymer, Volume 320, 2025, 128087.
 [20].Xinming Ye, Yifan Zhang, Qianru Guo, Fan Yang, Yunlan Liu, Jiankun Bai, Tong Liu, Xinyi Jing, Fei Xiao, Fengchao Li, Wensheng Wang, Jie Li, Yingchun Li, Designing silicon-containing nanotube architectures to impart epoxy resin high-efficient flame retardancy, Polymer Degradation and Stability, Volume 232, 2025, 111129.
 [21]. Vu, C.M., Bui, X.K. & Dinh, V.C. Simultaneous improvement impact strength and thermal stability of epoxy resin by using bio-silica and a thermoplastic. Polym. Bull. 81, 6761–6771 (2024). https://doi.org/10.1007/s00289-023-05036-5
 [22].Venkatesh, R., Karthikeyan, M.K.V., Sasikumar, R. et al. Effective utilization of silica from waste cow dung ash filler reinforced biodegradable jute epoxy composites: influence of silica on its mechanical properties. Biomass Conv. Bioref. 14, 22401–22411 (2024).
 [23].Murugesan, K., Suresh, P., Prabu, M. et al. Effect of graphene/silicon dioxide fillers addition on mechanical and thermal stability of epoxy glass fibre composite. Polym. Bull. 81, 9961–9976 (2024). https://doi.org/10.1007/s00289-024-05189-x
 [24].Vu, C.M., Van Vu, T. Influence of SiO2@PANI Core/Shell Particles on Mechanical Properties, Electrical Properties, and Thermal Aging of Epoxy Resin. Silicon 16, 25–33 (2024). https://doi.org/10.1007/s12633-023-02649-3
 
 [25].Yufei Cao, Lan Ding, Ling Sun, Jinke Yu, Xiaohui Liu, Yuanlin Ren, Yuesheng Li,  flexible silicon-oxygen chain segment-containing phosphoramidite toward modification of epoxy resin: Flame retardancy, toughness and transparency, European Polymer Journal, Volume 223, 2025, 113636.
 [26].Mohamadmahdi Sajadifar, Morteza Ehsani, Davood Zaarei, Hossein Ali Khonakdar, Volume65, Issue1, polymer engineering and science, January 2025, Pages 135-148.
 [27].Xinming Ye, Yifan Zhang, Qianru Guo, Fan Yang, Yunlan Liu, Jiankun Bai, Tong Liu, Xinyi Jing, Fei Xiao, Fengchao Li, Wensheng Wang, Jie Li, Yingchun Li, Designing silicon-containing nanotube architectures to impart epoxy resin high-efficient flame retardancy, Polymer Degradation and Stability, Volume 232, 2025, 111129.
 [28].Yong Tang, Xiyu Zhang, Zheng Liu, Xiaoya Liu, Xiaojie Li, A resveratrol-based P/Si-containing hyperbranched flame retardant for simultaneously enhancing fire safety and mechanical properties of epoxy thermosets, Chemical Engineering Journal, Volume 506,2025, 160240.
 [29].Megahed M, Tobbala DE, El-baky MAA. The effect of incorporation of hybrid silica and cobalt ferrite nanofillers on the mechanical characteristics of glass fiber-reinforced polymeric composites. Polymer Composites. 2020;1–14.
 
[30].Arabli, V., & Aghili, A. (2014). The effect of silica nanoparticles, thermal stability, and modeling of the curing kinetics of epoxy/silica nanocomposite. Advanced Composite Materials, 24(6), 561–577.
 [31].Kim, K.-M.; Kim, H.; Kim, H.-J. Enhancing Thermo-Mechanical Properties of Epoxy Composites Using Fumed Silica with Different Surface Treatment. Polymers 2021, 13, 2691.
[32].Zhang, Y.; Shi, C.; Qian, X.; Jing, J.; Jin, L. DOPO/Silicon/CNT Nanohybrid Flame Retardants: Toward Improving the Fire Safety of Epoxy Resins. Polymers 2022, 14, 565.
  [33]Sharif, M., & Tavakoli, S., "Biodegradable chitosan-graphene oxide as an effective green filler for improving properties in epoxy nanocomposites", International Journal of Biological Macromolecules, 233: pp. 123550, (2023).
 [34]George, J.S., Vijayan, P.P., Ponçot, M., Paduvilan, J.K., & Thomas, S., "Viscoelastic and rheokinetic behaviour of cellulose nanofiber/cloisite 30B hybrid nanofiller reinforced epoxy nanocomposites", Chemical Engineering Journal, 498: pp. 155170, (2024).
 
[35]Ganjaee Sari, M., Ramezanzadeh, B., Pakdel, A.S., Shahbazi, M., "A physico-mechanical investigation of a novel hyperbranched polymer-modified clay/epoxy nanocomposite coating", Progress in Organic Coatings, 99: pp. 1, (2016).
 [36]Rudawska, A., "The effects of temperature on mechanical properties of neat and montmorillonite reinforced epoxy compounds", The Journal of Adhesion, 101(1): pp. 265–298, (2024).
 [37]Ganvir, V.Y., & Ganvir, H.V., "Moisture absorption behavior of epoxy-kenaf composites enhanced with surface-modified nano-clay", Interactions, 246: pp. 3, (2025).
 [38]Al-kawaz, A.E., Al-Mutairi, N.H., & Alobad, Z.K.M., "Tribological behavior of epoxy/nano-clay nanocomposites used as a floor coating", Journal of Adhesion Science and Technology, 38(23): pp. 4299–4315, (2024).
 [39]Shahrajabian, H., & Vaezzadeh, H., "The nano-clay effect on the improvement of the thermal, flammability, and mechanical behavior of epoxy/glass fiber/ATH hybrid composites", Journal of Composite Materials, 58(23): pp. 2545-2554, (2024).
 [40]Zaccone, M., Kociolek, I., Frache, A., Bellini, C., Di Cocco, V., & Monti, M., "Abrasion resistance of a carbon fiber reinforced composite based on a nanoclay epoxy nanocomposite matrix", Polymer Composite, 45(4): pp. 2919-2926, (2023).
دوره 29، شماره 116
زمستان 1403
صفحه 3-22

  • تاریخ دریافت 01 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 11 اسفند 1403