Green composites composed of long maize fibers and poly $\varepsilon$-caprolactone (PCL) biodegradable polyester matrix were manufactured by the thermo-mechanical processing termed as 'Sequential Molding and Forming Process' that was developed previously by the authors' research group. A variety of processing parameters such as fiber area fraction, molding temperature and forming pressure were systematically controlled and their influence on the tensile properties was investigated. It was revealed that both tensile strength and elastic modulus of the composites increase steadily depending on the increase in fiber area fraction, suggesting a general conformity to the rule of mixtures (ROM), particularly up to 55% fiber area fraction. The improvement in tensile properties was found to be closely related to the good interfacial adhesion between the fiber and polymer matrix, and was observed to be more pronounced under the optimum processing condition of $130^{\circ}C$ molding temperature and 10 MPa forming pressure. However, processing out of the optimum condition results in a deterioration in properties, mostly fiber and/or matrix degradation together with their interfacial defect as a consequence of the thermal or mechanical damages. On the basis of microstructural observation, the cause of strength degradation and its countermeasure to provide a feasible composite design are discussed in relation to the optimized process conditions.
Lee, Su Kyoung;Park, Eun Young;Park, Tae Sung;An, Seung Kook
Textile Coloration and Finishing
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v.32
no.4
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pp.274-280
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2020
This study compared the mechanical properties of bamboo fiber composites and kenaf fiber composites through physical treatment (ultrasonic treatment). Kenaf, a composite of PP reinforced with bamboo fiber, was made using injection molding technology. PP was used as a binder and the ultrasonic treatment time of bamboo and kenaf was increased by 30 minutes to compare and study various mechanical properties of bamboo and kenaf composites through physical treatment. Interfacial properties such as internal cracks and internal structure of the wave cross section were confirmed using a scanning electron microscope (SEM). As a result of the ultrasonic treatment, most of the characteristics were fragile as the ultrasonic treatment time was increased, and it was confirmed that the natural characteristics of the twisted fibers had a great influence on the characteristics of the composite material.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.1
no.1
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pp.21-28
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2014
In this study, an investigation on mechanical properties of flax natural fiber composite is performed as a precedent study on the design of eco-friendly structure using flax natural fiber composite. The Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light (VARTML) manufacturing method is adopted for manufacturing the flax fiber composite panel. The VARTML is a manufacturing process that the resin is injected into the dry layered -up fibers enclosed by a rigid mold tool under vacuum. In this work, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method is performed. A series of flax composite panels are manufactured, and several kinds of specimens cut out from the panels are tested to obtain mechanical performance data. Based on this, structural design of chemical storage tank for agricultural vehicle was performed using flax/vinyl ester. After structural design and analysis, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method was performed.
The surfaces of henequen fibers, which can be obtained from the leaves of agave plants, were treated with two different media, tap water and sodium hydroxide, that underwent both soaking and ultrasonic methods for the fiber surface treatment. Various biocomposites were fabricated with untreated and treated, chopped henequen fibers and polypropylene using a compression molding method. The result is discussed in terms of interfacial shear strength, flexural properties, dynamic mechanical properties, and fracture surface observations of the biocomposites. The soaking (static method) and ultrasonic (dynamic method) treatments with tap water and sodium hydroxide at different concentrations and treatment times significantly influenced the interfacial, flexural and dynamic mechanical properties of henequen/polypropylene biocomposites. The alkali treatment was more effective than the water treatment in improving the interfacial and mechanical properties of randomly oriented, chopped henequen/PP bio-composites. In addition, the application of the ultrasonic method to each treatment was relatively more effective in increasing the properties than the soaking method, depending on the treatment medium and condition. The greatest improvement in the properties studied was achieved by ultrasonic alkalization of natural fibers, which was in agreement with the other results of interfacial shear strength, flexural strength and modulus, storage modulus, and fracture surfaces.
Environmentally friendly biocomposites were made using plant-based natural fibers, such as henequen and kenaf. The natural fiber reinforced polypropylene (PP) and unsaturated polyester (UP) biocomposites were examined in terms of the reinforcing effect of natural fibers on thermoplastic and thermosetting polymers. Kenaf (KE) and henequen (HQ) fibers were treated with an electron beam (EB) of 10 and 200 kGy doses, respectively, or with a 5 wt% NaOH solution. Four types of biocomposites (KE/PP, HQ/PP, KE/UP and HQ/UP) were fabricated by compression molding and each biocomposite was characterized by dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis. The kenaf fiber had the larger reinforcing effect on the dynamic mechanical properties of both PP and UP biocomposites than the henequen fiber. The highest storage modulus was obtained from the biocomposite with the combination of UP matrix and 200 kGy EB treated kenaf fibers.
In this study, free vibration analyses of symmetric laminated cantilever and simply supported damaged composite beams are investigated by using finite element method (FEM). Free vibration responses of damaged beams are examined using Euler Bernoulli beam and classical lamination theories. A computer code is developed by using MATLAB software to determine the natural frequencies of a damaged beam. The local damage zone is assumed to be on the surface lamina of the beam by broken fibers after impact. The damaged zone is modeled as a unidirectional discontinuous lamina with $0^{\circ}$ orientations in this study. Fiber volume fraction ($v_f$), fiber aspect ratio ($L_f/d_f$), damage length ($L_D$) and its location (${\lambda}/L$), fiber orientation and stacking sequence parameters effects on natural frequencies are investigated. These parameters are affected the natural frequency values significantly.
There has been a growing interest for the use of natural fibers in composite applications due to their low cost, environmental friendliness, and good mechanical properties. It was demonstrated to determine the characteristic of tensile behaviors under the variation of test temperature on sisal fiber reinforced polymer composites by RTM process. Especially, the permanganate-treated-fibers improved tensile strength by increasing the coherence with matrix. Material deformation is restricted to increment of cohesion for surface treatment of fiber and then elongation decreas.
The effect of temperature on natural frequency and damping is investigated in two different composite materials, Kevlar 29 fiber woven and polyethylene cloth, used especially to design ballistic armor. A damping monitoring method is used experimentally to measure the frequency response curve and it is also modeled numerically using a finite element program. The natural frequencies of a material, or a system, are a function of its elastic properties, dimensions and mass. This concept is used to calculate theoretical vibration modes of the composites. The damping properties in terms of the damping factor are determined by the half-power bandwidth technique. Numerically analyzed and experimentally measured time response curves are compared. It is seen that polymer matrix composites have temperature dependent mechanical properties. This relationship is functional and they have different effects against temperature.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.3
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pp.137-143
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2021
In this study, the fracture strength of Flexible Secondary Barrier (FSB) composites was standardized by conducting a distribution analysis of the fracture probability, considering that the fracture strength of FSB composites such as glass fiber reinforced composites is relatively large. As the mechanical performance of FSB composites varies with the fiber direction, 20 replicate uniaxial tensile tests were performed for different temperatures ranging from the ambient to cryogenic conditions, considering the actual operating environment of liquefied natural gas. For the probability statistical analysis, the Weibull distribution analysis derived from the weakest link theory was used, considering the large variance in the fracture strength and brittle fracture behavior. The results of the Weibull distribution analysis were used to calculate the standard fracture strength of the FSB composites for different fiber directions. The findings can help ensure the reliability of the FSB mechanical properties in different fiber directions in the design of the secondary barrier and structural analyses.
Vu, Cuong Manh;Nguyen, Liem Thanh;Nguyen, Thai Viet;Choi, Hyoung Jin
Polymer(Korea)
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v.38
no.6
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pp.726-734
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2014
Three different types of additives, thiokol, epoxidized natural rubber (ENR) and epoxidized linseed oil (ELO), were dispersed in an epoxy matrix before being used in glass fiber (GF) composites, and their effects on the mechanical and dielectric properties of epoxy resin and glass fiber reinforced epoxy composites (GF/EP) were examined. The addition of each of 7 phr ENR, 9 phr ELO and 5 phr thiokol into the epoxy resin increased the fracture toughness significantly by 56.9, 43.1, and 80.0%, respectively, compared to the unmodified resin. The mode I interlaminar fracture toughness of the GF/EP at propagation was also improved by 26.9, 18.3 and 32.7% when each of 7 phr ENR, 9 phr ELO, and 5 phr thiokol, respectively, was dispersed in the epoxy matrix. Scanning electron microscopy showed that the additives reduced crack growth in the GF/EP, whereas their dielectric measurements showed that all these additives had no additional effect on the real permittivity and loss factor of the GF/EP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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