Research on enhancing the mechanical strength, lightweight properties, electrical conductivity, and thermal conductivity of composite materials by incorporating nano-materials is actively underway. Thermoplastic resins can change their form under heat, making them highly processable and recyclable. In this study, Polyamide-Nylon 6 (PA6), a thermoplastic resin, was utilized, and as reinforcing agents, fused carbon nano-materials (FCN) formed by structurally combining Carbon Nanotube(CNT) and Graphene were employed. Nano-materials often face challenges related to cohesion and dispersion. To address this issue, Silane functional groups were introduced to enhance the dispersion of FCN in PA6. The manufacturing conditions for the composite materials involved determining the use of a dispersant and varying FCN content at 0.05 wt%, 0.1 wt%, and 0.2 wt%. Tensile strength measurements were conducted, and FE-SEM analysis was performed on fracture surfaces. As a result of the tensile strength test, it was confirmed that compared to pure PA6, the strength of the polymer composite with a content of 0.05 wt% was improved by about 60%, for 0.1 wt%, about 65%, and for 0.2 wt%, the strength was improved by 50%. Also, when compared according to the content of FCN, the best strength value was shown when 0.1 wt% was added. The elastic modulus also showed an improvement of about 15% in the case of surface treatment compared to the case without surface treatment, and an improvement of about 70% compared to pure PA6. Through FE-SEM, it was confirmed that the matrix material and silane-modified nanomaterial improved the dispersibility and bonding strength of the interface, helping to support the load evenly and enabling effective stress transfer.
Dispersed type Al2O3-SiC composite powders were synthesized from Al-isopropoxide (Al(i-OC3H7)3) and Si(OC2H5)4 precursors by hydrolysis of mixed alkoxides and carbothermal reaction method. The characteristics of the synthesized (dispersed type) Al2O3-SiC composite powders were investigated using XRD, SEM, TEM, BET and particle size analyzer. Carbothermal reaction to produce Al2O3-SiC composite was completed in 10h at 135$0^{\circ}C$ on 3~4㎤/s (0.21~0.28cm/s) of H2 flow rate and about 1/1 of carbon/oxides(=SiO2+Al2O3) molar ratio. The synthesized powders were observed to have the mean particle size range of 0.4~1.26${\mu}{\textrm}{m}$ and showed finer particle size with increasing SiC content.
High reaction heat evolved from the oxidation of Al was used to synthesize SiC, which might be difficult to be formed by SHS. Al2O3-SiC composite powder was easily manufactured using KNO3 as an ignition and reaction catalyst. Unreacted Si and C were observed after reaction dependent upon the composition of starting powders, reaction atmosphere and relative densities of compacted bodies. The unreacted carbon could be removed by calcining at $600^{\circ}C$ and the remaining Si could be removed by dissolving in NaOH solution. The final powder particles were smaller than 1${\mu}{\textrm}{m}$ in size.
Fiber reinforced plastic (FRP) composites and ceramic matrix composites (CMC) which contain electrically conductive phases have been designed and fabricated to introduce the detection capability of damage/fracture detection into these materials. The composites were made electrically conductive by adding carbon and TiN particles into FRP and CMC, respectively. The resistance of the conductive FRP containing carbon particles showed almost linear response to strain and high sensitivity over a wide range of strains. After each load-unload cycle the FRP retained a residual resistance, which increased with applied maximum stress or strain. The FRP with carbon particles embedded in cement (mortar) specimens enabled micro-crack formation and propagation in the mortar to be detected in situ. The CMC materials exhibited not only sensitive response to the applied strain but also an increase in resistance with increasing number of load-unload cycles during cyclic load testing. These results show that it is possible to use these composites to detect and/or fracture in structural materials, which are required to monitor the healthiness or safety in industrial applications and public constructions.
In this study, an expanded graphite-titanium oxide composite is developed from expanded graphite (EG) and titanium n-butoxide (TNB). EG is synthesized by chemical intercalation of natural graphite (NG) and rapid expansion at high temperature. TNB is used as the titanium source. The performances of the prepared EG-$TiO_2$ composite are characterized by BET surface area measurements, scan electron microscope (SEM), X-ray diffraction patterns (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX). The catalytic activities of the EG-$TiO_2$ composite are investigated by analysis of the degradation of methylene blue (MB) in aqueous solution under irradiation of UV light. Compared with the pristine $TiO_2$ and activity carbon-$TiO_2$ (AC-$TiO_2$) composite, the EG-$TiO_2$ composite shows very high efficiency against MB solution, and the EG could improve the photocatalytic effect of $TiO_2$ in the MB degradation reaction under the irradiation of UV light.
Hybrid $A1_2O_3-TiC$ ceramic particle reinforced 6061 and 5083 Al composite powders were prepared by the combination of twin rolling and stone mill crushing process, followed by consolidating processes of cold compaction, degassing and hot extrusion. The composite bar consists of lamellar structure of ceramic particle rich area and matrix area, in which the hybrid was decomposed into each TiC of about $3-4\mutextrm{m}$ and $AI_2O_3$ particles of about $1-2\mutextrm{m}$ in diameter. It also found that fine $Mg_2Si$ precipitates of about 30 nm were embedded in the matrix, which have grains of about 3 $\mutextrm{m}$. Higher UTS was measured at the 5083 composite bar compared to the conventionally fabricated composite, due to again refinement effect by the rapid solidification. No particle was shown to form in the interface between the matrix and reinforcement, whereas carbon was diffused into the matrix.
Coal tar pitch was used to study the effect of the pyrolysis conditions to produce mesophase pitch used as a matrix precursor for carbon/carbon composites. The pyrolysis conditions were presented in all cases that the total pressure was 1 atm and the first stage temperature was changed from 25$0^{\circ}C$ to 34$0^{\circ}C$ to remove the low molecular weight compounds in the pitch, and then, heated to 40$0^{\circ}C$ to form anisotropic mesophase as the second stage temperature. The first stage temperature was very affected to form resulting anisotropic mesophase pitch. The resulting mesophase pitches show a significantly increased anisotropic contents upto 30$0^{\circ}C$. However, the contents of mesophase were decreased above 30$0^{\circ}C$. It was the reason that the first stage temperature had been control the number of free radicals to react the aromatic compounds in the pitch to form high molecular weight compound. Therefore, the two stage pyrolysis method could be very effectively used to control various contents of anisotropic polyaromatic mesophase compared to continuous to continuous heating method.
Pitch-binded activated carbon fiber(ACF)/$TiO_2$ composite photocatalysts were prepared by Carbon Tetra Chloride (CTC) solvent mixing method with different mixing ratios of anatase to ACF. The result of the textural surface properties demonstrated that there is a slight increase in the Brunauer, Emmett and Teller (BET) surface area of composites with an increase of the amount of ACF. The surfaces structure morphologies of the composites were observed using an Scanning Electron Microscope (SEM). In the XRD patterns for all ACF/$TiO_2$ composites, the diffraction peaks showed the formation of anatase crystallites. The EDX spectra showed the presence of C, O and Si with strong Ti peaks. Most of these samples were richer in carbon and major Ti metal than any other elements. From the photo-decomposition results, the excellent activity of the ACF/$TiO_2$ composites between c/$c_0$ for methylene blue and UV irradiation time could be attributed to both the effects of the photocatalysis of the supported $TiO_2$ and adsorptivity of activated carbon fiber and another carbon derived from pitch.
Magnesium hydroxide-melamine core-shell particles were prepared through the coating of melamine monomer on the surface of magnesium hydroxide in the presence of phosphoric acid. The melamine monomer was dissolved in hot water but recrystallized on the surface of magnesium hydroxide by quenching to room temperature in the presence of phosphoric acid. The core-shell particle was applied to low-density polyethylene/ ethylene vinyl acetate (LDPE/EVA) resin by melt-compounding at $180^{\circ}C$ as flame retardant. The effect of magnesium hydroxide and melamine content has been studied on the flame retardancy of the core-shell particles in LDPE/EVA resin according to the preparation process and purity of magnesium hydroxide. Magnesium hydroxide prepared with sodium hydroxide rather than with ammonia solution revealed higher flame retardancy in core-shell particles with LDPE/EVA resin. At 50 wt% loading of flame retardant, core-shell particles revealed higher flame retardancy compared to that of the exclusive magnesium hydroxide in LDPE/EVA composite, and it was possible to satisfy the V0 grade in the UL-94 vertical test. The synergistic flame retardant effect of magnesium hydroxide and melamine core-shell particles was explained as being due to the endothermic decomposition of magnesium hydroxide and melamine, which was followed by the evolution of water from the magnesium hydroxide and porous char formation due to reactive nitrogen compounds, and carbon dioxide generated from melamine.
섬유체적비에 따라 복합재료의 기계적 열적 특성이 크게 달라지기 때문에, 복합재료 설계시 섬유체적비를 올바르게 측정하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 섬유체적비를 측정하는 여러 방법은 산화되지 않는 유리섬유나 세라믹섬유를 사용한 복합재료의 경우에는 적합하고 효율적이다. 하지만 산화현상이 있는 탄소섬유의 경우에는 산화 방법과 조건에 따라서 다른 결과를 가져오게 되며 그러므로 올바른 섬유체적비를 측정이 어렵다. 본 연구에서는 Thermogravimetric analysis를 수행하여 산화되는 탄소섬유의 질량 감소량을 보정하여 탄소섬유 복합재료의 섬유체적비를 측정하였고 현미경 단면 이미지를 이용하여 그 결과를 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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