Journal of Energy Conversion

fa کاغذ سنگی؛ مروری جامع بر مواد، فرآیند، ریزساختار و خواص کامپوزیت‌های پلیمر–کربنات کلسیم Stone Paper; A Comprehensive Review of Materials, Processing, Microstructure, and Properties of Polymer–Calcium Carbonate Composites سایر (برق، عمران، معماری، هیدرولیک، ماشین آلات کشاورزی، ساخت و تولید، متالوژی، ریاضی، فیزیک، شیمی و ...) سایر (برق، عمران، معماری، هیدرولیک، ماشین آلات کشاورزی، ساخت و تولید، متالوژی، ریاضی، فیزیک، شیمی و ...) مروری Review paper <div style="border-bottom: 1pt solid windowtext; border-top: 1pt solid windowtext; border-left: none; border-right: none; padding: 1pt 0in; text-align: justify;">کاغذ سنگی (Stone Paper) به‌عنوان یکی از مواد نوین موردتوجه در حوزه جایگزین‌های کاغذ سلولزی، عمدتاً از کربنات کلسیم با درصد بالا و یک ماتریس پلیمری، معمولاً پلی‌اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، تشکیل می‌شود. برخلاف کاغذهای متداول سلولزی، عملکرد کاغذ سنگی نه بر پایه شبکه الیافی، بلکه براساس برهم‌کنش میان فاز معدنی و ماتریس پلیمری و ریزساختار حاصل از فرآوری آن‌ها شکل می‌گیرد. ازاین‌رو، بررسی هم‌زمان ترکیب مواد، ویژگی‌های کربنات کلسیم، اصلاح سطح، فرآیند اختلاط و اکستروژن، شکل‌دهی و ارتباط آن‌ها با ریزساختار و خواص نهایی، برای ارزیابی علمی و توسعه این ماده ضروری است. در این مقاله مروری، مطالعات مرتبط با کاغذ سنگی و هم‌چنین پژوهش‌های حوزه کامپوزیت‌های پلی‌اتیلن/کربنات کلسیم، فناوری فرآوری پلیمرها و مهندسی مواد به‌صورت نظام‌مند مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته‌اند. شواهد موجود نشان می‌دهند که افزایش مقدار کربنات کلسیم می‌تواند موجب افزایش سختی و مدول شود، اما در بارگذاری‌های بالا، پراکنش نامناسب، آگلومراسیون ذرات و ضعف فصل مشترک می‌تواند موجب تمرکز تنش، حفره‌زایی و کاهش شکل‌پذیری شود. هم‌چنین، اندازه و توزیع ذرات، اصلاح سطح کربنات کلسیم و شرایط فرآوری نقش تعیین‌کننده‌ای در کنترل فصل مشترک و ریزساختار دارند. فرآیندهایی مانند اختلاط، اکستروژن و کشش نیز صرفاً مراحل شکل‌دهی نیستند، بلکه با ایجاد جهت‌گیری زنجیره‌های پلیمری، تغییر آرایش ذرات و تأثیر بر حفره‌زایی، مستقیماً بر خواص مکانیکی، فیزیکی و عملکردی محصول اثر می‌گذارند. در نهایت، تحلیل تلفیقی مطالعات نشان می‌دهد که عملکرد کاغذ سنگی را نمی‌توان صرفاً بر اساس درصد کربنات کلسیم ارزیابی کرد؛ بلکه این عملکرد حاصل برهم‌کنش پیچیده و چندمقیاسی میان ترکیب، ویژگی‌های پرکننده، فصل مشترک، فرآیند و ریزساختار است. بر این اساس، رویکرد «مواد–فرآیند–ریزساختار–خواص–عملکرد» به‌عنوان چارچوبی مناسب برای تحلیل علمی و توسعه نسل آینده کاغذ سنگی پیشنهاد می‌شود.</div> <div style="border-bottom: 1pt solid windowtext; padding: 0in 0in 1pt; text-align: justify;">Stone Paper has emerged as an alternative paper-like material of growing interest, consisting predominantly of calcium carbonate (CaCO₃) and a polymeric matrix, commonly high-density polyethylene (HDPE). Unlike conventional cellulose-based paper, the performance of Stone Paper is not governed by a fibrous network but by the interactions between the mineral filler and polymer matrix and by the microstructure developed during processing. Therefore, a comprehensive understanding of the relationships among material composition, calcium carbonate characteristics, surface modification, mixing and extrusion, forming processes, microstructure, and final properties is essential for the scientific evaluation and further development of this material. In this review, studies addressing Stone Paper, together with relevant research on polyethylene/calcium carbonate composites, polymer processing, and materials engineering, are critically examined through an evidence-based framework. The available evidence indicates that increasing calcium carbonate content can enhance stiffness and modulus; however, at high filler loadings, poor dispersion, particle agglomeration, and weak interfacial adhesion may promote stress concentration, interfacial debonding, void formation, and reduced ductility. Particle size and distribution, surface modification of calcium carbonate, and processing conditions are therefore critical parameters governing interfacial interactions and microstructural development. Furthermore, mixing, extrusion, and stretching should not be regarded merely as shaping operations, because polymer-chain orientation, particle rearrangement, and process-induced void formation can substantially influence the mechanical, physical, and functional performance of the final product. The integrated analysis demonstrates that the performance of Stone Paper cannot be adequately described solely by its calcium carbonate content; rather, it results from a complex multiscale interaction among composition, filler characteristics, interfacial behavior, processing history, and microstructure. Accordingly, a materials–processing–microstructure–properties–performance framework is proposed as a useful basis for the scientific analysis and future development of Stone Paper.</div> کاغذ سنگی, کربنات کلسیم, کامپوزیت پلیمر–معدنی, پلی‌اتیلن, فرآوری پلیمر, فصل مشترک, خواص Stone Paper, CaCO₃, polymer–mineral composite, polyethylene, polymer processing, interfacial adhesion, properties 0 0 http://jeed.dezful.iau.ir/browse.php?a_code=A-10-346-3&slc_lang=fa&sid=1 Mahboubeh Vaseghi محبوبه واثقی ma.vaseghi24@iau.ac.ir 10031947532846005665 10031947532846005665 Yes Department of Materials Engineering, Dez.C., Islamic Azad University, Dezful, Iran گروه مهندسی مواد، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران