International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.12
no.2
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pp.115-133
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2011
Fiber reinforced polymer composites (FRPs) are being increasingly used for a wide range of engineering applications owing to their high specific strength and stiffness. However, their through-the-thickness performance lacks some of the most demanding physical and mechanical property requirements for structural applications, such as aerospace vehicles and military components. Carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs), due to their excellent mechanical, thermal and electrical properties, offer great promise to improve the weak properties in the thickness direction and impart multi-functionality without substantial weight addition to FRPs. This paper reviews the progress made to date on i) the techniques developed for integration of CNTs/ CNFs into FRPs, and ii) the effects of the addition of these nanofillers on the interlaminar properties, such as such interlaminar shear strength, interlaminar fracture toughness and impact damage resistance and tolerance, of FRPs. The key challenges and future prospects in the development of multiscale CNT-FRP composites for advanced applications are also highlighted.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.363-364
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2002
Although the factors that cause the failure of orthopedic implants were not clearly determined, it was reported that the shapes of wear debris affect the tribological behavior of artificial implant. Many researches were conducted to examine the wear mechanism by debris but the role of debris shape in inflammatory reaction remains unclear. To observe the debris shape by addition of reinforcement, carbon nanotubes ( CNTs ) were added to ultra high molecular weight polyethylene ( UHMWPE ) to investigate the reinforcement effect of CNTs. CNTs which have a diameter of about 10-50 nm, while their length is about 3-5 nm were produced by the catalytic decomposition of the acetylene gas using a tube furnace. Plate on disc type wear test were performed to evaluate the tribological performance of UHMWPE composites reinforced with CNTs in lubricating condition ( bovine serum ). The wear losses of CNT added UHMWPE in bovine serum were significantly reduced. Worn surface and wear debris of UHMWPE with CNTs and without CNTs were compared to investigate the reinforcement effect of CNT on tribological behavior.
This paper has focused on presenting vibration analysis of trapezoidal sandwich plates with 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) core and FG wavy CNT-reinforced face sheets. The porous graphene foam possessing 3D scaffold structures has been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the plate thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. In this study, the classical theory concerning the mechanical efficiency of a matrix embedding finite length fibers has been modified by introducing the tube-to-tube random contact, which explicitly accounts for the progressive reduction of the tubes' effective aspect ratio as the filler content increases. The First-order shear deformation theory of plate is utilized to establish governing partial differential equations and boundary conditions for trapezoidal plate. The governing equations together with related boundary conditions are discretized using a mapping-generalized differential quadrature (GDQ) method in spatial domain. Then natural frequencies of the trapezoidal sandwich plates are obtained using GDQ method. Validity of the current study is evaluated by comparing its numerical results with those available in the literature. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction, carbon nanotubes (CNTs) waviness and CNT aspect ratio can significantly affect the vibrational behavior of the sandwich structure. The plate's normalized natural frequency decreased and the straight carbon nanotube (w=0) reached the highest frequency by increasing the values of the waviness index (w).
Dispersion and self-sensing evaluation for single-carbon fiber reinforced in three different acid-treated CNT-epoxy nanocomposites were investigated by electro-micromechanical techniques and wettability tests. Self-sensing based on contact resistivity exhibited more noise for single carbon fiber/acid-treated CNT-epoxy composites than it did for untreated CNT. However, the apparent modulus was higher the acid treated case than the untreated case which is attributed to better stress transfer. The interfacial shear strength (IFSS) between carbon fibers and the CNT-epoxy was lower than that between carbon fiber and neat epoxy due to the increased viscosity associated with the addition of the CNT. The CNT-epoxy nanocomposite exhibited more hydrophobicity than did neat epoxy. Change in the thermodynamic work of adhesion was consistent with changes in the IFSS but disproportional to that of the apparent modulus. The optimum condition of acid treatment on the need can be obtained instead of the maximum condition.
Kim, Jong-Hyun;Shin, Pyeong-Su;Kim, So-Yeon;Park, Joung-Man
Composites Research
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v.33
no.1
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pp.1-6
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2020
Dispersion and electrical resistance (ER) properties of polyurethane (PU) type topcoat were evaluated using carbon nanotube (CNT) with different CNT weight fraction. CNT was dispersed in PU type topcoat using ultra sonication dispersion method. CNT/PU topcoat was coated on carbon fiber reinforced epoxy composite (CFRC) surface using gravity feed spraying method. Static contact angles of CFRC and CNT/PU topcoat were performed using 4 types of solvents to calculate the work of adhesion between CNT/PU topcoat and CFRC surface. Surface resistance of CNT added PU topcoat was measured to determine CNT dispersion. Adhesion property between CNT/PU topcoat and CFRC was determined via cross hatch cutting test based on ASTM D3359. The optimized condition of CNT weight fraction was found.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.12
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pp.1465-1471
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2013
The electrical and mechanical properties of room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber composites are investigated as functions of multi-walled carbon nanotube (CNT), carbon black (CB), and thinner content. The thinner is used to improve the CNT and CB dispersion in the matrix. The electrical and mechanical properties of the composite with CNT are improved when compared to the composite with CB at the same content. As the thinner content is 80 phr, the electric resistance of the composite decreases significantly with the CNT content and shows contact point saturation of CNT at 2.5 phr. As the thinner content increases, the dispersion of conductive particles improves; however, the critical CB content increases because of the reduction in the CB weight ratio. It is believed that an electrode that needs good flexibility and excellent electrical properties can be manufactured when the amount of CNT and CB are increased with the thinner content.
Interfacial evaluation of glass fiber reinforced carbon nanotube (CNT)-epoxy nanocomposite was investigated by micromechanical technique in combination with wettability test. The contact resistance of the CNT-epoxy nanocomposite was measured using a gradient specimen, containing electrical contacts with gradually-increasing spacing. The contact resistance of CNT-epoxy nanocomposites was evaluated by using the two-point method rather than the four-point method. Due to the presence of hydrophobic domains on the heterogeneous surface, the static contact angle of CNT-epoxy nanocomposite was about $120^{\circ}$, which was rather lower than that for super-hydrophobicity. For surface treated-glass fibers, the tensile strength decreased dramatically, whereas the tensile modulus exhibited little change despite the presence of flaws on the etched fiber surface. The interfacial shear strength (IFSS) between the etched glass fiber and the CNT-epoxy nanocomposites increased due to the enhanced surface energy and roughness. As the thermodynamic work of adhesion, $W_a$ increased, both the mechanical IFSS and the apparent modulus increased, which indicated the consistency with each other.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.261-264
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2005
Since the first discovery of carbon nanotube (CNT) in 1991, a window to new technological areas has been opened. One of the emerging applications of CNTs is the reinforcement of composite materials to overcome the performance limits of conventional materials. However, because of the difficulties in distributing CNTs homogeneously in metal or ceramic matrix by means of traditional composite processes, it has been doubted whether CNTs can really reinforce metals or ceramics. In this study, CNT reinforced Cu matrix nanocomposite is fabricated by a novel fabrication process named molecular level mixing process. This process produces CNT/Cu composite powders whereby the CNTs are homogeneously implanted within Cu powders. The CNT/Cu nanocomposite, consolidated by spark plasma sintering of CNT/Cu composite powders, shows to be 3 times higher strength and 2 times higher Young’s modulus than Cu matrix. This extra-ordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal is higher than that of any other reinforcement ever used for metal matrix composites.
For the last twenty years, nanocomposites composed of polymer matrices reinforced with carbon nanotubes (CNTs) have been an active research area. Also, the polymeric nanocomposites reinforced with CNTs are being investigated to be used matrices of carbon fiber composites. Carbon tiber composites have achieved advanced properties in the direction of carbon fibers due to enhanced carbon fiber properties. However, the matrix dominated properties need to be improved further to fully utilize the advanced carbon fiber properties. In particular, delamination is a typical and critical reason for fracture of carbon fiber composites. Mode I fracture toughness test which is also often called double cantilever beam (DCB) test shows the resistance to delamination of carbon fiber composites and this test is performed on carbon fiber composite samples incorporated with carbon nanotubes functionalized with various functional groups. The specimens with mat-like CNT layers showed the increased fracture toughness by 10.6%.
This research concentrates on the effects of distributions and volume fractions of carbon nanotubes (CNT) on the nonlinear bending behavior of deep cylindrical panels reinforced by functionally graded carbon nanotubes under thermo-mechanical loading, hitherto not reported in the literature. Assuming the effects of shear deformation and moderately high value of the radius-to-side ratio (R/a), based on the first-order shear deformation theory (FSDT) and von Karman type of geometric nonlinearity, the governing system of equations is obtained. The analytical solution of field equations is carried out using the Ritz method together with the Newton-Raphson iterative scheme. The effects of radius-to-side ratio, temperature change, and boundary conditions on the nonlinear response of the functionally graded carbon nanotubes reinforced composite deep cylindrical panel (FG-CNTRC) are investigated. It is concluded that, among the five possible distribution patterns of CNT, FG-V CNTRC deep cylindrical panel is strongest with the highest bending moment and followed by UD, X, O, and Ʌ-ones. Also, considering the present deep cylindrical panel formulation increases the accuracy of the results. Hence, according to the noticeable amount of R/a in FG-CNTRC cylindrical panels, it is mandatory to apply strain-displacement relations of deep cylindrical panels for bending analysis of FG-CNTRC which certainly is desirable for industrial application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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