This paper dealt with multi-scale natural frequency characteristics of wavy CNT (carbon nanotube) reinforced composites by applying the Mori-Tanaka method, rule of mixture, and Halpin-Tsai equation. By compelling benefit of an ad-hoc Eshelby tensor, the load-transfer characteristics of CNT with a waviness implanted in the polymer matrix was determined. The numerical results obtained are in good agreement with those reported by other investigators. Furthermore, the new results reported in this paper show the interactions between CNT weight, waviness ratios and layup sequences of laminated composites. Key observation points are discussed and significant considerations are given in practical designing of CNT reinforced composites.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.11a
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pp.536-538
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2011
In this study, the moisture absorption behaviors of the CNT reinforced unsaturated polyester composites were investigated along with exposure temperature and time. The tensile properties of the specimens were evaluated to identify the effect of absorbed moisture on the mechanical properties. The exposure temperatures of $25^{\circ}C$ and $75^{\circ}C$ were considered and the exposure time up to 600 hours was applied. According to the results, moisture absorption rate was increased as CNT content and exposure temperature were increased. The rate of decrease in tensile strength of the CNT reinforced unsaturated polyester composites was reduced due to the reinforcing effect of CNT compared to the unsaturated polyester resin.
Despite the exceptional mechanical properties of individual carbon nanotubes (CNTs), the effective properties of CNT-reinforced composites remain below expectations. The composite's microstructure has been identified as a key factor in explaining this discrepancy. In this contribution, a method for generating representative volume elements of aligned CNT sheets is presented. The model captures material characteristics such as random waviness and entanglement of individual nanotubes. Thus it allows studying microstructural effects on the composite's effective properties. Simulations investigating the strengthening effect of the application of a pre-stretch on the CNTs are carried out and found to be in very good agreement with experimental values. They highlight the importance of the nanotube's waviness and entanglement for the mechanical behavior of the composite. The presented representative volume elements are the first to accurately capture the waviness and entanglement of CNT sheets for realistically high volume fractions.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.46
no.5
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pp.223-228
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2013
In this work, the grow of carbon nanotube (CNT) on carbon fiber was introduced on PAN-based carbon fibers for the enhancement of mechanical interfacial strength of carbon fibers-reinforced composites. The surface properties of carbon fibers were determined by scanning electron microscopy (SEM) and mechanical interfacial properties of the composites were studied by interlaminar shear strength (ILSS). From the results, it was found that the mechanical interfacial properties of CNT-carbon fibers-reinforced composites (CNT-CFRPs) enhanced with decreasing the CNT content. The excessive CNT content can lead the failure due to the interfacial separation between fibers and matrices in this system. In conclusion, the optimum CNT content on carbon fiber surfaces can be a key factor to determine the mechanical interfacial properties of the CNT-CFRPs.
Kim, Seong Hun;Yun, Yu Seong;Kang, Ji Woong;Kwon, Oh Heon
Journal of the Korean Society of Safety
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v.32
no.6
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pp.9-15
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2017
Recently many researches were conducted on the interlaminar fracture that is a delamination between laminates by using ASTM standardized methods. However the experiment of the intralaminar a fracture is difficulty. In this study, four types of CFRP/GFRP composites with different layer structures were compared to evaluate an intralaminar fracture toughness under the mode I. Also the CNTs were added to the layer for the examination of the fracture toughness improvement. And the characteristics of the crack propagation behaviour was observed using a microscope. The obtained results can be useful for the evaluation of the intralaminar fracture toughness of the CNT reinforced CFRP/GFRP composites.
In order to save the energy in vehicles using renewable energy, it is necessary to reduce the weight of parts with polymer matrix composites. Carbon nanotube (CNT) is the nano-scale reinforcement used to increase the interlaminar strength of fiber reinforced composites or enhance the fracture toughness of polymer. However, since the degree of improvement in mechanical properties varies according to the various experimental conditions such as shape of reinforcement, types of matrix and dispersion of reinforcement, research to find the optimal conditions is essentially needed. In this study, CNT/epoxy composites with different CNT concentration were fabricated under the same conditions, and the optimal CNT content (2 wt%) was found through Mode 1 fracture toughness test. Furthermore, through optical microscopy, it was confirmed that the fracture toughness was rather decreased due to the CNT aggregation when the CNT content exceeded 2 wt%.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.20
no.12
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pp.1062-1067
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2007
In this paper, we have investigated thermal properties of semiconductive shield materials for power cables. EEA (Ethylene Ethyl Acrylate) was used for base polymer and TGA (Thermal Gravimetric Analysis) and AFM (Atomic Force Microscope) were investigated with various carbon black and CNT (carbon nanotube) contents. When CNT reinforced composites and conventional composite were investigated with TGA, we knew that thermal properties of CNT reinforced composite were better than them of conventional composite. To investigate roughness, we used AFM. Before and after aging, AFM was applied and after aging, roughness was increased. As a result, suitable CNT and CB(carbon black) content is CNT:CB=50:50.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.3-9
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2013
Aluminum Oxide($Al_2O_3$) ceramics are excellent candidates for such applications due to their outstanding mechanical, thermal, and tribological properties. However, they are difficult to machine using conventional mechanical methods. Carbon fillers, such as carbon nanotubes(CNT) and graphene nanoplatelets(GNP)can be dispersed in a ceramic matrix to improve the mechanical and electrical properties. In this study, CNT and Graphene reinforced hybrid ceramic composites were fabricated using the spark plasma sintering method at a temperature of $1,500^{\circ}C$, pressure of 40 MPa, and soaking time of 10min. Besides this, the material properties such as microstructure, crystal structure, hardness, and electrical conductivity were analyzed using FE-SEM, XRD, Vickers, and the 4-point probe method. A micro machining test was carried out to compare the effects of the material properties and the machining performance for CNT and Graphene reinforced ceramic composites.
Kim, Hyeongtae;Lee, Do-Hyeon;An, Woo-Jin;Oh, Chang-Hwan;Je, Yeonjin;Lee, Dong-Park;Cho, Kyuchul;Park, Jun Hong
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.4
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pp.159-165
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2021
The fiber composites have been investigated as lightweight structure material platforms for aerospace applications because their strength can be enhanced by adding reinforcement without a significant increase in weight. In this study, the fabrication and characterization of carbon nanotube (CNT) reinforced glass fiber composites are demonstrated to enhance the tensile strength of longitudinal direction along the glass fibers. Due to the reinforcement of CNT in epoxy layers, the yield strength of fiber/epoxy composites is enhanced by about 10 %. Furthermore, using scanning electron microscopy, analysis of fracture surfaces shows that mixed CNT in epoxy layers acts as necking agents between fractured surfaces of fiber/epoxy; thereby, initiation and evolution of crack across fiber composite can be suppressed by CNT necking between fractured surfaces.
Kim, Sung Wan;Chung, Won Sub;Sohn, Kee-Sun;Son, Chang-Young;Lee, Sunghak
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.1
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pp.50-58
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2009
In this study, alumina matrix composites reinforced with carbon nanotubes (CNTs) were fabricated by ultrasonic dispersion, ball milling, mixing, compaction, and sintering processes, and their relative density, electrical resistance, hardness, flexure strength, and fracture toughness were evaluated. 0~3 vol.% of CNTs were relatively homogeneously dispersed in the composites in spite of the existence of some pores. The three-point bending test results indicated that the flexure strength increased with increasing volume fraction of CNTs, and reached the maximum when the CNT fraction was 1.5 vol.%. The fracture toughness increased as the CNT fraction increased, and the fracture toughness of the composite containing 3 vol.% of CNTs was higher by 40% than that of the monolithic alumina. According to observation of the crack propagation path after the indentation fracture test, a new toughening mechanism of grain interface bridging-induced CNT bridging was suggested to explain the improvement of fracture toughness in the alumina matrix composites reinforced with CNTs.
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