Anti-oxidation coatings are the key technique for carbon/carbon (C/C) composites used as the thermal structural materials. The microstructure and oxidation behavior of several kinds of high-performance ceramic coatings for C/C composites prepared in Northwestern Polytechnical University were introduced in this paper. It showed that the ceramic coatings such as SiC, Si-$MoSi_2$, SiC-$MoSi_2$, $Al_2O_3$-mullite-SiC and SiC/yttrium silicate/glass coatings possessed excellent oxidation resistance at high temperatures, and some of these coatings were characterized with excellent thermal shock resistance. The SiC-$MoSi_2$ coating system has the best oxidation protective property, which can effectively protect C/C composites from oxidation up to 1973 K. In addition, the protection and failure reasons of some coatings at high temperature were also provided.
This paper presents the effects of high temperature and water absorption on the mechanical behaviors of carbon-aramid fiber composites, specifically their strength, elastic modulus, and fracture. These composites are used in industrial structures because of their high specific strength and toughness. Carbon fiber composites are vulnerable to the impact force of external objects despite their excellent properties. Aramid fibers have high elongation and impact absorption capabilities. Accordingly, a hybrid composite with the complementary properties and capabilities of carbon and aramid fibers is fabricated. However, the exposure of aramid fiber to water or heat typically deteriorates its mechanical properties. In view of this, tensile and flexural tests were conducted on a twill woven carbon-aramid fiber hybrid composite to investigate the effects of high temperature and water absorption. Moreover, a multiscale analysis of the stress behavior of the composite's microstructure was implemented. The results show that the elastic modulus of composites subjected to high temperature and water absorption treatments decreased by approximately 22% and 34%, respectively, compared with that of the composite under normal conditions. The crack behavior of the composites was well identified under the specimen conditions.
Kim, Seyoung;Han, In Sub;Bang, Hyung Joon;Kim, Soo-hyun;Seong, Young-Hoon;Lee, Seul Hee
Composites Research
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v.35
no.4
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pp.242-247
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2022
This study has a different direction from the existing technology of applying recycled carbon fiber obtained by recycling waste CFRP to CFRP again. A study was conducted to utilize recycled carbon fiber as a raw material for manufacturing a carbon/carbon (C/C) composite material comprising carbon as a matrix. First, it was attempted to recycle a commonly used epoxy resin composite material through a thermal decomposition process. By applying the newly proposed oxidation-inert atmosphere conversion technology to the pyrolysis process, the residual carbon rate of 1~2% was improved to 19%. Through this, the possibility of manufacturing C/C composite materials utilizing epoxy resin was confirmed. However, in the case of carbon obtained by the oxidation-inert atmosphere controlled pyrolysis process, the degree of oxygen bonding is high, so further improvement studies are needed. In addition, short-fiber C/C composite material specimens were prepared through the crushing and disintegrating processes after thermal decomposition of waste CFRP, and the optimum process conditions were derived through the evaluation of mechanical properties.
This paper presents the tensile characteristics for carbon/epoxy, carbon/phenolic and silica/phenolic composites under elevated temperature, which are considered for vehicle structure or thermal protection materials. The tensile test was conducted with servo-hydraulic testing machine and high temperature furnace, and the mechanical properties such as tensile strength, elastic modulus and Poisson's ratio were evaluated by using high temperature strain gages. Also, they were compared each other with respect to fiber orientation and temperature effect. These test results were used for designing and analyzing some airframe structures with these composites.
Microstructure plays an important role in controlling the fracture behaviour of carbon-carbon composites and hence their mechanical properties. In the present study effort was made to understand how the different interfaces (fiber/matrix interactions) influence the development of microstructure of the matrix as well as that of carbon fibers as the heat treatment temperature of the carbon-carbon composites is raised. Three different grades of PAN based carbon fibres were selected to offer different surface characteristics. It is observed that in case of high-strength carbon fiber based carbon-carbon composites, not only the matrix microstructure is different but the texture of carbon fiber changes from isotropic to anisotropic after HTT to $2600^{\circ}C$. However, in case of intermediate and high modulus carbon fiber based carbon-carbon composites, the carbon fiber texture remains nearly isotropic at $2600^{\circ}C$ because of relatively weak fiber-matrix interactions.
Polymeric positive temperature coefficient(PTC) composites have been prepared by incorporating carbon black(CB) into high density polyethylene(HDPE), polyphenylene sulfide(PPS) and polybutylene terephthalate(PBT) matrices. A PTC effect was observed in the composite, caused by the large thermal expansion due to He consecutive melting of HDPE, PPS and PBT crystallites. This theory is based upon the premise that the PTC phenomenon is due to a critical separation distance between carbon particles in the polymer matrix at the higher temperature. The influence of PTC characteristics of the PPS/CB composite can be explained by DSC result. HDPE, one of prepared composition, exhibit the higher performance PTC behavior that decreaseing of negative temperature coefficient(NTC) effect and improved reproducibility by chemically crosslinking. Also, PBT/CB and PPS/CB composites exhibit the higher PTC peack temperature than HDPE/CB PTC composite, individually $200^{\circ}C$ and $230^{\circ}C$. These PTC composite put to good use in a number of safety application, such as self$.$controlled heater, over-current protectors, auto resettable switch, high temperature proctection sensor, etc.
To investigate new applications for illite as an additive for carbon-based composites, the composites were prepared with and without illite at different heat-treatment temperatures. The effects of the heat-treatment temperature on the chemical structure, microstructure, and thermal oxidation properties of the resulting composites were studied. As the heat-treatment temperature was increased, silicon carbide SiC formation via carbothermal reduction increased until all the added illite was consumed in the case of the samples heat-treated at $2,300^{\circ}C$. This is attributed to the intimate contact between the $SiO_2$ in the illite and the phenol carbon precursor or the carbon fibers of the preform. Among composites prepared at all temperatures, those with illite addition exhibited fewer pores, voids, and interfacial cracks, resulting in larger bulk densities and lower porosities. A delay of oxidation was not observed in the illite-containing composites prepared at $2,300^{\circ}C$, suggesting that the illite itself absorbed energy for exfoliation or other physical changes. Therefore, if the illite-containing C/C composites can reach a density generally comparable to that of other C/C composites, illite may find application as a filler for C/C composites. However, in this study, the illite-containing C/C composites exhibited low density, even when prepared at a high heat-treatment temperature of $2300^{\circ}C$, although the thermal oxidation of the resulting composites was improved.
High surface carbon aerogels with hierarchical and tunable pore structure were prepared using ionic liquid as carbon precursor via a simple salt templating method. The as-prepared carbon aerogels were characterized by nitrogen sorption measurement and scanning electron microscopy. Through instant visual observation experiments, it was found that salt eutectics not only serve as solvents, porogens, and templates, but also play an important role of foaming agents in the preparation of carbon aerogels. When the pyrolyzing temperature rises from 800 to $1000^{\circ}C$, the higher temperature deepens the carbonization reaction further to form a nanoporous interconnected fractal structure and increase the contribution of super-micropores and small mesopores and improve the specific surface area and pore volume, while having few effects on the macropores. As the mass ratio of ionic liquid to salt eutectics drops from 55% to 15%, that is, the content of salt eutectics increases, the salt eutectics gradually aggregate from ion pairs, to clusters with minimal free energy, and finally to a continuous salt phase, leading to the formation of micropores, uniform mesopores, and macropores, respectively; these processes cause BET specific surface area initially to increase but subsequently to decrease. With the mass ratio of ionic liquids to salts at 35% and carbonization temperature at $900^{\circ}C$, the specific surface area of the resultant carbon aerogels reached $2309m^2g^{-1}$. By controlling the carbonization temperature and mass ratio of the raw materials, the hierarchically porous architecture of carbon aerogels can be tuned; this advantage will promote their use in the fields of electrodes and adsorption.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.9
no.2
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pp.188-197
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1997
The fracture toughness of three different kinds of epoxy-matrix composites containing the same volume fraction of reinforcement and the variation of fracture toughness of glass-carbon fiber/epoxy hybrid composites due to the change of test temperature and different glass fiber content were investigated in this study. Glass fiber/epoxy composite provided much higher fracture toughness than that of other composites because of the high strain at failure of glass fiber. Particularly the carbon fiber/epoxy composite exhibited the low fracture toughness caused by the low strain energy absorbing capacity of carbon fiber. And it was found that the strain at failure of reinforcement and interfacial delamination absorbing a significant amount of impact energy played an important role to increase fracture toughness of composites. The fracture toughness of the glass-carbon fiber hybrid composites increased with increasing the glass fiber content and decreased with raising the test temperature. The residual stress arising from the different thermal expansion between the matrix and reinforcement influenced the fracture toughness of composites.
In this paper, the inter-lamina shear strength (ILSS) of multi-wall carbon nanotube (MWNT) reinforced carbon fiber reinforced plastics (CFRP) and thin-ply composites were verified under low earth orbit (LEO) space environment. CFRP, MWNT reinforced CFRP, thin-ply CFRP and MWNT reinforced thin-ply CFRP were tested after aging by using accelerated ground simulation equipment. The used ground simulation equipment can simulate high vacuum ($2.5{\times}10^{-6}torr$), atomic oxygen (AO, $9.15{\times}10^{14}atoms/cm^2{\cdot}s$), ultraviolet light (UV, 200 nm wave length) and thermal cycling ($-70{\sim}100^{\circ}C$) simultaneously. The duration of aging experiment was twenty hours, which is an equivalent duration to that of STS-4 space shuttle condition. After the aging experiment, ILSS were measured at room temperature ($27^{\circ}C$), high temperature ($100^{\circ}C$) and low temperature ($-100^{\circ}C$) to verify the effect of operation temperature. The MWNT and thin-ply shows good improvement of ILSS at ground condition especially with the thin-ply. And after LEO exposure large degradation of ILSS was observed at MWNT added composite due to the thermal cycle. And the degradation rate was much higher under the high temperature condition. But, at the low temperature condition, the ILSS was largely recovered due to the matrix toughening effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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