The mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy composites (CFRPs) are greatly dependent on the interfacial adhesion between the carbon fibers and the epoxy matrix. Introducing nanomaterial reinforcements into the interface is an effective approach to enhance the interfacial adhesion of CFRPs. The main purpose of this work was to introduce graphitic nanofiber (GNFs) between an epoxy matrix and carbon fibers to enhance interfacial properties. The composites were reinforced with various concentrations of GNFs. For all of the fabricated composites, the optimum GNF content was found to be 0.6 wt%, which enhanced the interlaminar shear strength (ILSS) and fracture toughness (KIC) by 101.9% and 33.2%, respectively, compared with those of neat composites. In particular, we observed a direct linear relationship between ILSS and KIC through surface free energy. The related reinforcing mechanisms were also analyzed and the enhancements in mechanical properties are mainly attributed to the interfacial interlocking effect. Such an effort could accelerate the conversion of composites into high performance materials and provide fundamental understanding toward realizing the theoretical limits of interfacial adhesion and mechanical properties.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.10
no.3
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pp.143-147
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2007
In recents years, the statistical properties has become an important quantity for reliability based design of a component. The effects of the materials and test conditions for parameter estimation in residual strength degradation model are studied in carbon/epoxy laminate. It is shown that the correlation between the experimental results and the theoretical prediction on the fatigue life distribution using the life distribution convergence method is very reasonable.
This paper presents a study on the permittivities of the I-glass fabric/epoxy composite laminates containing carbon black dispersions at microwave frequency. Measurements were performed at the frequency band of 5 GHz∼18 GHz. The results showed that the complex permittivities of the composites depend strongly on the natures and concentrations of the carbon black dispersion. A new scheme is proposed to obtain a mixing law for the estimation of the complex permittivities of the composite laminates as a function of concentration of carbon black. Simultaneously, the complex permittivity of carbon black itself was also calculated by the scheme. The experimental values of the complex permittivities of the composites were compared to those calculated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.1
no.3
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pp.109-117
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1993
A carbon/epoxy composite drive shaft used for the power transmission of the automobiles with steel joints. Compared with the metallic drive shaft, the composite one has the weight saving of 50% with equivalent torsional strength and fatigue characteristics. In this study, the filament winding technique for the composite tube and composite/metal joining technique are estabilished. The performance test of the drive shaft is carried out. The optimal condition of the surface roughness of the steel adherend was $1.5{{\mu}m}$ to $2.5{{\mu}m}$, and the optimal condition of the bonding thickness was 0.15mm. Maximum torque and torsional stiffness of the composite drive shaft manufactured by filament winding process were found to be $210kg{\cdot}m$ and $18.5kg{\cdot}m/deg$, respectively.
Kim, Dae-Sik;Kong, Jin-Woo;Park, Joung-Man;Kim, Minyoung;Kim, Wonho;Ahn, Byung-Hyun;Park, In-Seo
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.109-113
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2002
Interfacial and electrical properties for the carbon fiber reinforced epoxy-amine terminated (AT) PEI composites were performed using microdroplet test and electrical resistance measurements. As AT PEI content increased, the fracture toughness of epoxy-AT PEI matrix increased, and IFSS was improved due to the improved toughness and energy absorption mechanisms of AT PEI. The microdroplet in the carbon fiber/neat epoxy composite showed brittle microfailure mode. At 15 wt% AT PEI content, ductile microfailure mode appeared because of improved fracture toughness. After curing, the changes of electrical resistance (ΔR) with increasing AT PEI content increased gradually because of thermal shrinkage. The matrix fracture toughness was correlated to IFSS, TEC and electrical resistance. In cyclic strain test, the maximum stress and their slope of the neat epoxy case were higher than those of 15 wt% AT PEI. The results obtained from electrical resistance measurements under curing process and reversible stress and strain were consistent well with matrix toughness properties.
Applications of composite materials have been in progress noticeably in manufacturing areas of automotive, aircraft and in other industries, resulting in ensuing research activities. Carbon-epoxy, one of major composite materials, is investigated for its thermal characteristics. Upon treatments of the composite material with repeated heatings and coolings variations of its elastic constants are monitored to reveal the thermal nature of the composite material. In this study, generally, changes in elastic constants are observed to occur mostly during the first 10~20 thermal cycles. Values of G(sub)13 remain almost unchanged except a minor decrease. However in the observed small changes thermal shocks produce less effect than thermal fatigues. On the other hand, values of $E_1$show gradual increases with the num-ber of applied thermal cycles and temperatures. Meanwhile, values of $E_2$ and G(sub)23 decrease to a certain extent in the early stage during the applications of thermal cycling but are not appreciable affected by frequencies of thermal cy-cles. Also, thermal shocks are observed to induce different effects depending on treatment temperatures.
The combined structure of hybrid composite made through the bonding process of materials of different properties greatly defines its mechanical characteristics, as the results of the experiments on materials of different properties show much dissimilarity. When carbon/epoxy materials are applied to hybrid composite, the carbon materials helps to improve the mechanical properties of the hybrid composite, and the epoxy reduces its fracture strain and impact resistance. Carbon fiber which is now in general commercialization is classified as high modulus or high strength system, and its manufacturing methods are various. The study of the materials having combined structure is focused on the numerical analysis of the layers of bonding surface in materials with difference modulus. The hybrid composite made through the multilayered bonding of reinforced aluminium sheets with aramid fiber now faces the marketing phase, and especially its excellent fatigue resistance and mechanical properties promote active researches on the similar products of hybrid composite. This study aims to investigate the effects of CFRP volume ratio and fiber's orientation over the properties of mechanical strength and fatigue life of the hybrid composite, AI7075/CFRP. To carry out this study, static tensile and fatigue tests were given to some of the panels which, made through the co-cure processing in an autoclave, have different CFRP volume ratio and carbon fiber orientations.
The effects of ammonia-treated graphene oxide (GO) on composites based on epoxy resin were investigated. Ammonia solutions of different concentrations (14-28%) were used to modify GO. Nitrogen functional groups were introduced on the GO surfaces without significant structural changes. The ammonia-treated GO-based epoxy composites exhibited interesting changes in their mechanical properties related to the presence of nitrogen functional groups, particularly amine ($C-NH_2$) groups on the GO surfaces. The highest tensile and impact strength values were 42.1 MPa and 12.3 J/m, respectively, which were observed in an epoxy composite prepared with GO treated with a 28% ammonia solution. This improved tensile strength was 2.2 and 1.3 times higher than those of the neat epoxy and the non-treated GO-based epoxy composite, respectively. The amine groups on the GO ensure its participation in the cross-linking reaction of the epoxy resin under amine curing agent condition and enhance its interfacial bonding with the epoxy resin.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.38-42
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2002
An apparatus was developed to repetitively apply a $-196^{\circ}C$ thermal load to coupon-sized mechanical test specimens. Using this device, IM7/5250-4 (carbon / bismaleimide) cross-ply and quasi-isotropic laminates were submerged in liquid nitrogen ($LN_2$) 400 times. Ply-by-ply micro-crack density, laminate modulus, and laminate strength were measured as a function of thermal cycles. Quasi-isotropic samples of IM7/977-3 (carbon / epoxy) composite were also manually cycled between liquid nitrogen and an oven set at $120^{\circ}C$ for 130 cycles to determine whether including elevated temperature in the thermal cycle significantly altered the degree or location of micro-cracking. In response to thermal cycling, both materials micro-cracked extensively in the surface plies fellowed by sparse cracking of the inner plies. The tensile modulus of the IM7/5250-4 specimens was unaffected by thermal cycling, but the tensile strength of two of the lay-ups decreased by as much as 8.5%.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.4
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pp.6-12
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2010
This study investigates how to apply composite material to the blast loading protection devices, mainly used for military purpose. Traditionally, earth-filled blast walls have been used for protecting important parts of military facilities and personnels. However these types of blast walls show difficulty in fabrication and portability because of their nature of heavy weight. Composite materials are known to have relatively higher specific stiffness and strength than any other metallic and earth-filled materials such as sand and gravels. Totally 4 times of TNT blast experiments were performed on the carbon/epoxy blast walls. After the end of each test, the improvement of blast wall was implemented to the structure. The test results show that the use of composite material in the blast protecting area is the one of very effective and reliable alternatives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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