Electropolymerization of 2-vinylnaphthalene (2-VN) and methylmethacrylate (MMA) with high radiation resistance property was conducted on the surfaces of carbon fibers by using a nonaqueous solution of comonomers dissolved in N,N-dimethylformamide containing sodium nitrate as a supporting electrolyte. The fabrication of carbon fiber/2-VN/MMA prepreg was performed electrochemically in 1:1 comonomer solution. Electropolymerization was conduced by changing the current density, initial comonomer concentration, and reaction time. The weight gain on the surface of the carbon fibers was measured by thermogravimetric analyser (TGA). The highest weight gain of 50 wt% was obtained at 600mA/g~800mA/g current density range, but the weight gain was rapidly decreased above 800mA/g current density. The weight gain was increased with the concentration of comonomer, while the concentration of electrolyte had almost no effect on the weight gain. At 300mA/g current density, weight gain rate was increased abruptly to the initial 30 minutes of reaction time. After that the rate was decreased due to the generation of gas bubbles. In order to check the effect of coated polymers on the radiation resistance, morphology changes before and after $\gamma$-ray irradiation was investigated for the composites.
The adhesive strength can be improved through surface treatment. The most common method is to improve physical bonding by varying the surface conditions. This study presents the effect of laser surface treatment on the adhesive strength of CFRP. The surface roughness was patterned using a 1064 nm laser. The effects of the number of laser shots and the direction and length of the pattern on the adhesion of the CFRP/CFRP single joint were investigated through tensile tests. Tests according to ASTM D5868 were performed, and the bonding mechanism was determined by analyzing the damaged surface after a fracture. The optimized number of the laser shots and the optimized depth of the roughness should be required to increase the bonding strength on the CFRP surface. When considering the shear stress in the tensile direction, the roughness pattern in the direction of 45° that increases the length of the fracture path in the adhesive layer resulted in an increase of the adhesive strength. The surface treatment of the bonding surface using a laser is a suitable method to acquire a mechanical bonding mechanism and improve the bonding strength of the CFRP bonding joint. The study on the optimized laser process parameters is required for utilizing the benefits of laser surface processing.
In recent years, degenerative spinal instability has been effectively treated with a cage. However, little attention is focused on the stiffness of the cage. Recent advances in the medical implant industry have resulted in the use of medical carbon fiber reinforced polymer (CFRP) cages. The biomechanical advantages of using different cage material in terms of stability and stresses in bone graft are not fully understood. A previously validated three-dimensional, nonlinear finite element model of an intact L2-L5 segment was modified to simulate posterior interbody fusion cages made of CFRP and titanium at the L4-L5 disc with pedicle screw, to investigate the effect of cage stiffness on the biomechanics of the fused segment in the lumbar region. From the results, it could be found that the use of a CFRP cage would not only reduce stress shielding, but it might also have led to increased bony fusion.
The curing behavior of glass fiber reinforced epoxy prepregs based on Bisphenol-A (BPA) was studied by differential scanning calorimetry (DSC). The total heat of reaction(${\Delta}H_{total}=280.3J/g$) was determined based on the results of the dynamic heating scanning experiments. Isothermal experiments were carried out at $110{\sim}130^{\circ}C$, and it was observed that the maximum conversion and the maximum reaction rate were increased as temperature increased. Also Kamal equation was applied to analyze autocatalytic reaction of epoxy prepregs. The higher temperatures, the greater reaction rate constants ($k_1$, $k_2$). Theoretical values were calculated by these reaction rate constants and compared with experimental values. And it was confirmed that they were in reasonable agreement. At the beginning of the reaction, the experimental data and theoretical prediction were shown the same tendency, but at the end of reaction, the experimental data were smaller than theoretical predicted values due to reaction rates controlled by diffusion.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.10
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pp.928-935
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2015
This paper presents low temperature structural tests of a UAV wing which has room temperature-curing adhesive bond. The wing structure is made of carbon fiber reinforced composites, and the skins are bonded to the inner structures (such as ribs and spars) using room temperature-curing adhesive bond. Also, to verify damage tolerance design of the wing structure, barely visible impact damages are intentionally created in the critical areas. The attachment fittings of the wing are fixed in a specially designed chamber which can simulate the low temperature environments of the operating altitudes. The test load is applied by hydraulic actuators which are placed outside the chamber. The structural tests consist of strain survey tests and a durability test for 1-life fatigue load spectrum. During the tests, strains of major parts are measured by strain gauges and FBG sensors. The change of the initial impact damages is also monitored using piezoelectric sensors. The 1-life damage tolerance of the composite structure is verified by the structural tests under the simulated environments.
Mechanical and impact properties of stitched S2 glass fiber reinforced polyester woven laminates composites have been studied. Laminates were stitched using Kevlar 49 thread with 1/2, 1, and 2 inch stitch spacing. Tensile and 3-point bending tests haute been performed to evaluate the mechanical properties of stitched and unstitched laminates. Impact tests at applied energy of 234.7J were performed to examine the impact behavior and toughness changes of the specimen. The same specimens were also tested repeatedly at low impact energy level of 110.2J for 3 times to evaluate damage tolerance properties. The tensile and 3-point bending test results showed that one inch spacing specimen had the highest tensile and flexural strength. It also showed the highest energy absorption capability and the best damage tolerance property at the repeated impact test. The half inch spacing specimen showed the lowest tensile strength and energy absorption property at the impact energy level of 234.7J, even though it had the highest frequency of stitching thread.
The lumbar spinal fusion is a treatment performed to restore the stability of the degenerated lumbar. In this study, the intervertebral discs between two or more segments are removed and a bone graft is inserted to harden the segments. The pedicle screw system is inserted to vertebral bodies to fix two or more segments so that they can be firmly fused. In this study, a total of 7 patient-specific lumbar finite element models were created and pedicle screw systems were installed. The connecting rods made of titanium and CFR-PEEK was inserted to the generated models. Finite element analysis was conducted for four representative spine behaviors and statistical analysis was performed to investigate the biomechanical effects by the material properties of connecting rods. The intradiscal pressure of adjacent segments and the range of motion of the joints of each segment were investigated. In the subjects who used CFR-PEEK instead of Ti for connecting rods, the intradiscal pressure of adjacent segments tend to decrease and the range of motion of each segment tend to increase. However, no statistically significant difference in tendency was observed under all loading conditions.
Recently, as demand for high-strength, lightweight materials has increased, there has been great interest in joining with metals. In the case of mechanical bonding, such as bolting and riveting, chemical bonding using adhesives is attracting attention as stress concentration, cracks, and peeling occur. In this paper, surface treatment was performed to improve the adhesive strength, and the change in adhesive strength was analyzed. For the adhesive strength test were conducted with Carbon Fiber Reinforced Plastic(CFRP), CR340(Steel), and Al6061(Aluminum), and laser and plasma surface treatment were used. After plasma surface treatment, the adhesive strength improved by 7.3% and 39.2% in CFRP-CR340 and CFRP-Al6061, respectively. CR340-Al6061 was improved by 56.2% in laser surface treatment. Surface free energy(SFE) was measured by contact angle after plasma treatment, and it is thought that the adhesion strength was improved by minimizing damage through a chemical reaction mechanism. For laser surface treatment, it is thought that creates a rough bonding surface and improves adhesive strength due to the mechanical interlocking effect. Therefore, surface treatment is effect to improve adhesive strength, and based on this paper, the long-term fatigue test will be conducted to prevent fatigue failure, which is a representative cause of actual structural damage.
CFRP chip is the byproduct from carbon fiber reinforced plastic (CFRP) processing. CFRP chip is not simply a waste mainly composed of fine carbon fiber and epoxy resin. CFRP chip keeps matrix to maximize their reinforcing effect. To obtain a uniform length of carbon fiber in CFRP chip, chip was chopped ina mortar. CFRP chip should be purified to get better interface adhesion. Epoxy resin on the carbon fiber was removed by $H_2O_2$ surface etching treatment. Optimal dispersion and fabrication conditions of CFRP chip embedded in phenolic resin were determined by thermal stability for fire retardant applications. CFRP chip-phenolic composite exhibits better mechanical and thermal properties than neat phenolic resin. Surface condition of CFRP chip-phenolic composite was evaluated by static contact angle measurement. Contact angle of CFRP chip-phenolic composite was greater than neat phenolic due to heterogeneous condition of fine carbon fibers. From the evaluation for fire retardant (ASTM D635-06) test, thermal stability of CFRP chip-phenolic composite was found to be improved with higher concentration of CFRP chip.
Lee, Yong-Sung;Shin, Ki-Hoon;Cheong, Seong-Kyun;Choi, Ung-Jae;Kim, Young-Keun;Park, Kyung-Rea;Kim, Hong Seok
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.121-127
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2013
With the continuing demand for lightweight bicycles, carbon fiber composite materials have been widely used in manufacturing bicycle frames and components. Unlike general isotropic materials, the structural characteristics of composite materials are strongly influenced by the staking directions and sequences of composite laminates. Thus, to verify the design process of bicycles manufactured using composites, structural analysis is considered essential. In this study, a carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) bicycle frame was designed and its structural behavior was investigated using finite element analysis (FEA). By measuring the failure indices of the fiber and matrix under various stacking sequences and loading conditions, the effect of the stacking condition of composite laminates on the strength of the bicycle structure was examined. In addition, the structural safety of the bicycle frame can be enhanced by reinforcing weak regions prone to failure using additional composite laminates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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