آنالیز پیشرفت های اخیر درپایداری گرمایی و رفتارتخریب گرمایی نانو ذرات اکسید آهن اصلاح شده در نانو کامپوزیت های اپوکسی : مطالعه مورفولوژی، و خواص مکانیکی
محورهای موضوعی : پليمرها و نانوفناوریمحمدحسین کرمی 1 * , امید معینی جزنی 2 * , وحید یزدانیان 3 * , محمد علی اطمینانی 4
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 - پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات
4 - گروه صنایع شیمیایی ، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران
کلید واژه: رزین اپوکسی, نانو ذرات اکسید آهن اصلاح شده, مورفولوژی, خواص مکانیکی, تخریب گرمایی,
چکیده مقاله :
.رزین اپوکسی به دلیل ویژگی‌های مکانیکی، مقاومت در برابر تنش حرارتی و تخریب گرمایی، یکی از اصلی‌ترین پلیمرهای گرماسخت به شمار می‌آید که در بسیاری از حوزه‌های مهم از جمله پوشش‌ها، چسب‌ها، ترکیبات قالب‌سازی ، کاربرد های فضایی و نانو کامپوزیت‌های پلیمری کاربردهای وسیعی دارد. نانو ذرات اکسید آهن اصلاح شده به بهبود توزیع و یکنواختی ساختار اپوکسی کمک کرده و در نتیجه خواص مکانیکی و پایداری حرارتی را افزایش می دهد. پژوهش ها نشان می‌دهد که استفاده از این نانو کامپوزیت‌ها می‌تواند به عنوان راهکاری مؤثر در صنایع مختلف، از جمله ساخت و ساز، حفاظت در برابر تابش و بهبود ایمنی مواد پلیمری، مورد استفاده قرار گیرد. به ویژه، نانو ذرات اکسید آهن نوع آلفا به دلیل خواص بهتر ضد شعله، توجه بیشتری را جلب کرده‌اند. در نهایت، این پیشرفت‌ها نه تنها به بهبود عملکرد مواد کمک می‌کند، بلکه افق‌های جدیدی را برای توسعه مواد با کارایی بالا و چندمنظوره در صنعت فراهم می‌آورد. بررسی های انجام شده بر روی مورفولوژی سطوح شکست رزین اپوکسی و نانو ذرات اکسید آهن نشان می‌دهد که توزیع نانو ذرات در ماتریس اپوکسی تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی و دی‌الکتریک این کامپوزیت‌ها دارد. در این پژوهش به بررس اثر نانو ذرات اکسید آهن اصلاح شده بر مورفولوژی، خواص مکانیکی، پایداری گرمایی و رفتار تخریب گرمایی رزین اپوکسی پرداخته می شود. همچنین در ادامه پژوهش پیشرفت های اخیر و نتایج مهم در زمینه ساخت نانو کامپوزیت های اپوکسی حاوی نانو ذرات اکسید آهن اصلاح شده، بررسی و تحلیل می شود
Epoxy resin is recognized as one of the primary thermosetting polymers due to its mechanical properties, thermal stress resistance, and thermal degradation resistance. It finds extensive applications in critical areas such as coatings, adhesives, molding compounds, aerospace applications, and polymer nanocomposites. Modified iron oxide nanoparticles enhance the distribution and uniformity of the epoxy structure, thereby improving mechanical properties and thermal stability. Research indicates that the use of these nanocomposites can serve as an effective solution in various industries, including construction, radiation protection, and enhancing the safety of polymer materials. Notably, alpha-type iron oxide nanoparticles have garnered increased attention due to their superior flame-retardant properties. Ultimately, these advancements not only contribute to improved material performance but also open new horizons for the development of high-performance, multifunctional materials in the industry. The results of the studies conducted on the morphology of the fracture surfaces of epoxy resin and iron oxide nanoparticles indicate that the distribution of nanoparticles within the epoxy matrix has a significant impact on the mechanical and dielectric properties of these composites. This study investigates the effects of modified iron oxide nanoparticles on the morphology, mechanical properties, thermal stability, and thermal degradation behavior of epoxy resin. Furthermore, recent advancements and significant findings in the field of epoxy nanocomposites containing modified iron oxide nanoparticles will be examined and analyzed.
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. Gharieh A., Sharifian A., Dadkhah S., Enhanced Long-Term Corrosion Resistance and Self-Healing of Epoxy Coating with HQ-Zn-PA Nanocomposite, Scientific Reports, 15, 8154, 2025.
11.Zhang L., Yang D., Li Z., Zhai Z., Li X., de La Vega J., Wang D.-Y., Ultrafine iron oxide decorated mesoporous carbon nanotubes as highly efficient flame retardant in epoxy nanocomposites via catalytic charring effect, Sustainable Materials and Technologies, 39, e00845, 2024.
12.Ali Z., Yaqoob S., D’Amore A., Impact of Dispersion Methods on Mechanical Properties of Carbon Nanotube (CNT)/Iron Oxide (Fe3O4)/Epoxy Composites, Journal of Carbon Research., 10(3), 66, 2024.
13.Qi C., Dam-Johansen K., Weinell C.E., Wu H., Effect of iron powder on zinc reactivity and anticorrosion performance of zinc-rich epoxy coatings, Progress in Organic Coatings, 190, 108403, 2024.
14.Shariatmadar M., Gholamhosseini P., Abdorrezaee Z., Ghorbanzadeh S., Feizollahi S., Hosseini F.S., Azad Shahraki F., Mahdavian M., Leveraging polyaniline grafted micaceous iron oxide as a dual active-barrier pigment for anti-corrosion polymer coatings, Surface and Coatings Technology, 479, 130501, 2024.
15.Zhong F., Yang X., Chen C., Wang M., Wang B., Xia H., Song J., Cobalt-doped iron-based Prussian blue analogue cubes anchored to phosphorus-nitrogen-covered BN surfaces for enhancing the flame retardancy of epoxy coatings, Progress in Organic Coatings, 198, 2025.
16.Ji Z., Shu J., Jing H., Su C., Peng X., Li T., Xu C., Xia M., Wang J., Yang J., Lei W., Hao Q., Enhanced corrosion resistance of zinc-rich epoxy anti-corrosion coatings using graphene-Fe2O3 and HEDP, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2025.
17.Khalil M.M., Gouda M.M., Abbas M.I., Impact of nano Fe2O3 on radiation parameters of epoxy reinforced with nano carbon, Scientific Reports, 14, 21940, 2024.
18.Wang B., Zhang C., Huang B., Wang H., Miao X., Deng W., A facile dip-coating approach to prepare robust superhydrophobic fabric modified by γ-Fe2O3/epoxy resin/lauric acid for oil/water separation, lossless water transportation, and flame retardancy, Surfaces and Interfaces, 45, 103896, 2024.
19.Qiao Y., Tao X., Li L., Robust α-Fe2O3/Epoxy Resin Superhydrophobic Coatings for Anti-icing Property, J. Wuhan Univ. Journal of Wuhan University of Technology-Materials Science Edition., 39, 621–626, 2024.
20.Wei Z., Guan J., Yan L., Niu G., The role of nano-Fe2O3 crystal structure on the thermal stability, flame retardancy, and smoke suppression of intumescent flame-retarded epoxy resins, Journal of Vinyl and Additive Technology, 31(1), 59-70, 2024.
21.Zhou K., Wu Y., Yin L., Luo J., Lu K., Yu B., Shi Y., Zhang S., Jia S., In situ assembly of polyphosphazene on Fe-MMT nanosheets for high-performance flame-retardant epoxy composites, Polymer Degradation and Stability, 235, 111264, 2025.
22.Le Huy C.H., Thanh A.T., Study on fabricating epoxy coatings reinforced with iron oxide flakes and nano silica, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 42(13-14), 724-740, 2023.
23.Dorado L., Toledo A.R. de la Osa A., Esteban-Arranz J., Sacristan B., Pellegrin J., Steck L., Sanchez-Silva L., Adhesion enhancement and protection of concrete against aggressive environment using graphite-Fe2O3 modified epoxy coating, Construction and Building Materials, 379, 131179, 2023.
24.Shi X.-H., Liu Q.-Y., Li X.-L., Yang S.-Y., Wang D.-Y., Simultaneously improving the fire safety and mechanical properties of epoxy resin with iron phosphonated grafted polyethylenimine, Polymer Degradation and Stability, 206, 110173, 2022.
25.Liu C., Li P., Xu Y.J., Epoxy/iron alginate composites with improved fire resistance, smoke suppression and mechanical properties, Journal of Materials Science, 57, 2567–2583, 2022.
26.Chen Q., Huo S., Lu Y., Ding M., Feng J., Huang G., Xu H., Sun Z., Wang Z., Song P., Heterostructured Graphene@Silica@Iron Phenylphosphinate for Fire-Retardant, Strong, Thermally Conductive Yet Electrically Insulated Epoxy Nanocomposites, Small, 20(31), 2310724, 2024.
27.Shi G., Zang J., Chen R., Wang X., Wang L., Wang M., Cheng Y., Differences in the magnetic properties of Finemet/FeSi soft magnetic composites prepared with epoxy resin/nano-oxide composite coating layers, Materials Today Communications, 40, 110177, 2024.
28.Rathi J.S.L., Ruban Y.J.V., Mon S.G., Waste iron swarf reinforced epoxy/unsaturated polyester particulate composite films fabrication, characterization and peculiarities, Journal of the Indian Chemical Society, 102(3), 101619, 2025.
29.Zimmermann I., Eilts F., Galler A.-S., Bayer J., Hober S., Berensmeier S., Immobilizing calcium-dependent affinity ligand onto iron oxide nanoparticles for mild magnetic mAb separation, Biotechnology Reports, 45, 2025.
30. Chen Y., Sha A., Jiang W., Lu Q., Du P., Hu K., Li C., Eco-friendly bismuth vanadate/iron oxide yellow composite heat-reflective coating for sustainable pavement: Urban heat island mitigation, Construction and Building Materials, 470, 140645, 2025.