In this study, AR (aromatic resin) pitch was employed as the matrix-precursor for carbon/carbon composite because it exhibits much higher coke yield than coal tar pitch. As a result, a fabrication process of carbon/carbon composites can be shortened. It has been known that the pitches may cause swolling problem during the carbonization process. In order to restrain the swelling occurrence, a small quantity of carbon black was added to the AR pitch. Due to addition of carbon black the swelling was decreased largely and the perform can be infiltrated with the AR pitch. The densification efficiency of the performs was compared with various matrix-precursors. The coke yield of matrixprecursors, the morphology and the degree of graphitization of carbon matrix were analyzed.
A microstructure analysis is carried out to optimize the process parameters of a randomly oriented discrete length hybrid carbon fiber reinforced carbon matrix composite. The composite is fabricated by moulding of a slurry into a preform, followed by hot-pressing and carbonization. Heating rates of 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1, and $3.3^{\circ}C/min$ and pressures of 5, 10, 15, and 20 MPa are applied during hot-pressing. Matrix precursor to reinforcement weight ratios of 70:30, 50:50, and 30:70 are also considered. A microstructure analysis of the carbon/carbon compacts is performed for each variant. Higher heating rates give bloated compacts whereas low heating rates give bloating-free, fine microstructure compacts. The compacts fabricated at higher pressure have displayed side oozing of molten pitch and discrete length carbon fibers. The microstructure of the compacts fabricated at low pressure shows a lack of densification. The compacts with low matrix precursor to reinforcement weight ratios have insufficient bonding agent to bind the reinforcement whereas the higher matrix precursor to reinforcement weight ratio results in a plaster-like structure. Based on the microstructure analysis, a heating rate of $0.2^{\circ}C/min$, pressure of 15 MPa, and a matrix precursor to reinforcement ratio of 50:50 are found to be optimum w.r.t attaining bloating-free densification and processing time.
The aim of the work was to investigate the thermo-electrical properties of low cost and rapidly produced randomly oriented carbon/carbon (C/C) composite. The composite body was fabricated by combining the high-pressure hot-pressing (HP) method with the low-pressure impregnation thermosetting carbonization (ITC) method. After the ITC method step selected samples were graphitized at $3000^{\circ}C$. Detailed characterization of the samples' physical properties and thermal properties, including thermal diffusivity, thermal conductivity, specific heat and coefficient of thermal expansion, was carried out. Additionally, direct current (DC) electrical conductivity in both the in-plane and through-plane directions was evaluated. The results indicated that after graphitization the specimens had excellent carbon purity (99.9 %) as compared to that after carbonization (98.1). The results further showed an increasing trend in thermal conductivity with temperature for the carbonized samples and a decreasing trend in thermal conductivity with temperature for graphitized samples. The influence of the thickness of the test specimen on the thermal conductivity was found to be negligible. Further, all of the specimens after graphitization displayed an enormous increase in electrical conductivity (from 190 to 565 and 595 to 1180 S/cm in the through-plane and in-plane directions, respectively).
Yang, Jee-Woo;Jin, Da Young;Lee, Ji Eun;Lee, Seung Goo;Park, Won Ho
Carbon letters
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v.16
no.3
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pp.203-210
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2015
This study fabricated low thermal conductive polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers containing cellulose particles while maintaining their mechanical properties. The high thermal conductivity of carbon fibers limits their application as a high temperature insulator in various systems such as an insulator for propulsion parts in aerospace or missile systems. By controlling process parameters such as the heat treatment temperature of the cellulose particles and the amount of cellulose added, the thermal and mechanical properties of the PAN-based carbon fibers were investigated. The results show that it is possible to manufacture composite carbon fibers with low thermal conductivity. That is, thermal conductivities were reduced by the cellulose particles in the PAN based carbon fibers while at the same time, the tensile strength loss was minimized, and the tensile modulus increased.
The characteristics of all polymer composites containing carbon materials are determined by four factors: component properties, composition, structure and interfacial interactions. The most important filler characteristics are particle size, size distribution, specific surface area and particle shape. As a consequence, in this paper we discuss the aspects of the mechanical, electrical and thermal properties of composites with different fillers of carbon black, carbon nanotube (CNT), graphene and graphite and focus on the relationship between factors and properties, as mentioned above. Accordingly, we fabricate rubber composites that contain various carbon materials in carbon black-based and silica based-SBR matrixes with dual phase fillers and use scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, a rhometer, an Instron tensile machine, and a thermal conductivity analyzer to evaluate composites' mechanical, fatigue, thermal, and electronic properties. In mechanical properties, hardness and 300%-modulus of graphene-composite are sharply increased in all cases due to the larger specific surface. Also, it has been found that the thermal conductivity of the CNT-composite is higher than that of any of the other composites and that the composite with graphene has the best electrical properties.
Although carbon nanotubes(CNTs) have outstanding theoretical mechanical and electrical properties, CNT fibers(CNTFs) have not yet reached that level. Particularly, tensile strength is only about 10% or less, so studies for making up for it are being actively conducted. As a way for improving mechanical strength, methods such as synthesizing long CNT, orientation, chemical cross-linking, hydrogen bonding and polymer infiltration are being studied. In this review paper, we report preparation methods for highly conductive and strong CNTF/Carbon composites through coating and infiltration followed by carbonization of carbon precursor polymers such as polyacrylonitrile (PAN) and polydopamine (PDA) on CNTFs.
The existence of active material in the environment causes the small-scale systems to be sensitive to the actual environment. Carbon dioxide is one of the active materials that exists a lot in the air conditions of the living environment. However, in some applications, the carbon dioxide-coated is used to improve the performance of systems against the destructive factors such as the corrosion; nevertheless, in the current research, the stability analysis of a carbon dioxide capture mechanism-coated beam is investigated according to the mathematical simulation of a rectangular composite beam utilizing the modified couple stress theory. The composite mechanism of carbon dioxide trapping is made of a polyacrylonitrile substrate that supports a cross-link polydimethylsiloxane gutter layer as the carbon dioxide mechanism trapping. Three novel types of carbon dioxide trapping mechanism involving methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and three pedant methacrylates are considered, which were introduced by Fu et al. (2016). Finally, according to introducing the methodology of carbon dioxide (CO2) trapping, the impact of various effective parameters on the stability of composite beams will be analyzed in detail.
In this study, thermoplastic composites were manufactured using a thermoplastic resin (PEEK) with the same melting temperature and a highly heat-resistant carbon UD tapes with different carbon fibers (Type A, Type B). And the bonding characteristics and mechanical characteristics of each of the two produced thermoplastic composites by induction heating welding were examined. The bonding characteristics and mechanical characteristics of the thermoplastic composites were performed using C-Scan and B-Scan, which is a non-destructive inspection, and the single lap shear test, respectively. The temperature of the carbon composites surface was monitored using a thermal image camera.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.53
no.4
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pp.160-168
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2020
A polymer-based carbon nanomaterial composite was fabricated and characterized for the application of a thermal conductive adhesive. Low-dimensional carbon nanomaterials with excellent thermal conductivity such as carbon nanotube (CNT) and graphene were selected as a filler in the composite. Thermal, electrical and adhesive properties of the composite were investigated with respect to the morphology and content of the low-dimensional carbon nanomaterials. As a result, the composite-based adhesive fabricated by the loading of surface-treated MWCNTs of 0.4 wt% showed uniform dispersion, moderate adhesion and effective heat dissipation properties. Finally, it was confirmed through the thermal image analysis of LED module that the temperature reduction of 10℃ was achieved using the fabricated composite adhesive with MWCNT-6A. Expecially, heat dissipation performance of the optimized composite adhesive was evident at the hot spot in the module compared to other samples mixed with graphene or different MWCNT loading ratios.
The electrical contact resistance between the bipolar plate (BP) and the carbon felt electrode (CFE), which are in contact by the stack clamping pressure, has a great impact on the stack efficiency because of the relatively low clamping pressure of the vanadium redox flow battery (VRFB) stack. In this study, a polyethylene (PE) composite-CFE hybrid bipolar plate structure is developed through a local heat welding process to reduce such contact resistance and improve cell performance. The PE matrix of the carbon fiber composite BP is locally melted to create a direct contact structure between the carbon fibers of CFE and the carbon fibers of BP, thereby reducing the electrical contact resistance. Area specific resistance (ASR) and gas permeability are measured to evaluate the performance of the PE composite-CFE hybrid bipolar plate. In addition, an acid aging test is performed to measure stack reliability. Finally, a VFRB unit cell charge/discharge test is performed to compare and analyze the performance of the developed PE composite-CFE hybrid BP and the conventional BP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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