Despite of the excellent properties of carbon nanofiber, The properties of carbon nanofiber filled polymer composites were not increased largely. The reason is that it is still difficult to ensure the uniform dispersion of carbon nanofiber in a polymer matrix. In this study, For improvement properties of carbon nanofiber filled epoxy composites, the effect of dispersion was investigated. The compounds were prepared by two methods, solution blending and mechanical mixing. Mixing of solution blending method was used using ultrasonic. Dispersion of carbon nanofiber was observed by optical microscope and scanning electron microscope (SEM). UV adsorption and turbidity measured by UV spectrometer was used for the comparison of dispersion of carbon nanofiber.
탄소나노섬유는 기계적, 전기적, 화학적, 열적 성질 등의 우수하고, 독특한 특성을 가진다. 이러한 탄소나노섬유의 우수한 물성에도 불구하고, 탄소나노섬유가 강화된 고분자 복합재료의 물성은 비례적으로 증가하지 않는다. 이러한 원인은 탄소나노섬유가 고분자 재료 내에 고루 분산되지 못하기 때문이다. 본 연구에서는 복합재료의 기계적 물성을 향상시키기 위해, 탄소나노섬유가 강화된 하이브리드 복합재료에 대한 연구를 수행하였다. 탄소나노섬유의 고른 분산을 위해, 초음파 분산장치를 이용한 용융 혼합방법을 이용하였고, 전자현미경(SEM)을 통해 탄소나노섬유의 분산정도를 확인하였으며, 만능시험기(UTM)를 이용하여 탄소나노섬유가 강화된 하이브리드 복합재료의 기계적 물성을 평가하였다.
In this study, the electrical and mechanical properties of carbon polymer composites, which have been gradually increasing in use in various fields, were investigated, and environment-friendly carbon nanofiber/waterborne polyurethane composites were prepared. Carbon nanofibers (diameter = approximately 100-300 mm) were synthesized using a relatively simple CVD process, obtaining a carbon material for application in ultrathin planar heating films and EMP shielding films in the future. The carbon nanofiber was dispersed, and mixed with water-dispersible polyurethane using a dispersing aid. According to the carbon nanofiber mass ratio, 20%-60% polyurethane/carbon nanofiber composites were manufactured. At a concentration of approximately 20%, the percolation threshold was determined, and at a concentration of approximately 50%, an electrical conductivity greater than 0.1 S/cm was determined. Moreover, a sample having a concentration of up to 60% was evaluated to further understand the mechanical properties. It was observed that as the concentration of the carbon nanofibers increased, the elongation decreased.
This study prepared fabric-heating elements of carbon nanofiber composite to characterize morphologies and electrical properties. Carbon nanofiber composite was prepared with 15wt% PVDF-HFP/acetone solution, and 0, 1, 2, 4, 8, and 16wt% carbon nanofiber. Dispersion of solution was conducted with stirring for a week, sonification for 24 hours, and storage for a month, until coating. Carbon nanofiber composite coated fabrics were prepared by knife-edge coating on nylon fabrics with a thickness of 0.1mm. The morphologies of carbon nanofiber composite coated fabrics were measured by FE-SEM. Surface resistance was determined by KS K0555 and worksurface tester. A heating-pad clamping device connected to a variable AC/DC power supply was used for the electric heating characteristics of the samples and multi-layer fabrics. An infrared camera applied voltages to samples while maintaining a certain distance from fabric surfaces. The results of morphologies indicated that the CNF content increased specifically to the visibility and presence of carbon nanofiber. The surface resistance test results revealed that an increased CNF content improved the performance of coated fabrics. The results of electric heating properties, surface temperatures and current of 16wt% carbon nanofiber composite coated fabrics were $80^{\circ}C$ and 0.35A in the application of a 20V current. Carbon nanofiber composite coated fabrics have excellent electrical characteristics as fabric-heating elements.
Carbon nanofibers with an average diameter of 100nm were reacted with SiO vapor generated from a mixture of Si and SiO2 to produce silicon carbide nanofibers at temperature ranging 1200∼1500$^{\circ}C$ under vacuum. The nanofiber reacted at 1200$^{\circ}C$ for two hours consisted of silicon carbide with an average crystallite size of 10-20nm, amorphous silica and a significant amount of unreacted carbon. The surface area of silicon carbide nanofiber, obtained after removal of amorphous silica and unreacted carbon from converted carbon nanofibers at 1200$^{\circ}C$, was as high as 150㎡/g. With increasing reaction temperature to 1500$^{\circ}C$, the surface area was decreased to 14㎡/g. Growth of SiC crystallite size with increasing conversion temperature of carbon nanofiber was confirmed from Scherrer formula using the (111) diffraction line and TEM images of converted carbon nanofibers.
In current study, Nanocomposites are reinforced with carbon nanofiber, carbon nanotube and SiC, etc. Since the nano reinforcements have the excellent mechanical, thermal and electrical properties compared with that of existing composites, it has lately attracted considerable attention in the various areas. Cu have been widely used as signal transmission materials for electrical electronic components owing to its high electrical conductivity. However, it's size have been limited to small ones due to its poor mechanical properties. Until now, strengthening of the copper alloy was obtained either by the solid solution and precipitation hardening by adding alloy elements or the work hardening by deformation process. Adding the alloy elements lead to reduction of electrical conductivity. In this aspect, if carbon nanofiber is used as reinforcement which have outstanding mechanical strength and electric conductivity, it is possible to develope Cu matrix nanocomposite having almost no loss of electric conductivity. It is expected to be innovative in electric conducting material market. The unidirectional alignment of carbon nanofiber is the most challenging task developing the cooer matrix composites of high strength and electric conductivity. In this study, the unidirectional alignment of carbon nanofibers which is used reinforced material are controlled by drawing process and align mechanism as well as optimized drawing process parameter are verified via numerical analysis. The materials used in this study were pure copper and the nanofibers of 150nm in diameter and of 10∼20$\mu\textrm{m}$ in length. The materials have been tested and the tensile strength was 75MPa with the elongation of 44% for the copper. it is assumed that carbon nanofiber behave like porous elasto-plastic materials. Compaction test was conducted to obtain constitutive properties of carbon nanofiber Optimal parameter for drawing process was obtained by analytical and numerical analysis considering the various drawing angles, reduction areas, friction coefficient, etc. The lower drawing angles and lower reduction areas provides the less rupture of co tube is noticed during the drawing process and the better alignment of carbon nanofiber is obtained.
Carbon nanofiber exhibits superior and often unique characteristics of mechanical, electrical chemical and thermal properties. In this study, For improvement of the mechanical properties of composites, carbon nanofiber reinforced hybrid composites was investigated. For the effect of dispersion, The dispersion methods of solution blending and mechanical mixing were used. The mixing of solution blending method was used using ultrasonic. Dispersion of carbon nanofiber was observed by scanning electron microscope (SEM). Mechanical properties were measured by universal testing Machine (UTM).
Novel unsaturated polyester composites with PAN-based nanofiber, stabilized PAN nanofiber, and carbonized nanofiber webs have been fabricated, respectively, and the effects of the nanofiber web content on their electrical resistivity, the thermal stability, dynamic storage modulus, and fracture surfaces were studied. The result demonstrated that the introduction of just one single layer (which is corresponding to 2 wt.%) of the carbonized nanofiber web to unsaturated polyester resin (UPE) could contribute to reducing markedly the electrical resistivity of the resin reflecting the percolation threshold, to improving the storage modulus, and to increasing the thermal stability above $350^{\circ}C$. The effect on decreasing the resistivity and increasing the modulus was the greatest at the carbonized PAN nanofiber web content of 8 wt.%, particularly showing that the storage modulus was increased about 257~283% in the measuring temperature range of $-25^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$. The result also exhibited that the carbonized PAN nanofibers were distributed uniformly and compactly in the unsaturated polyester, connecting the matrix three-dimensionally through the thickness direction of each specimen. It seemed that such the fiber distribution played a role in reducing the electrical resistivity as well as in improving the dynamic storage modulus.
본 연구에서는 리그닌 기반 폴리아크릴로나이트릴(polyacrylonitrile, PAN) 공중합체를 전기방사하여 나노탄소섬유 매트를 제조한 다음, 에폭시 수지를 보강하여 제조한 복합재료의 열적 특성 및 기계적 강도를 조사하였다. 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재는 에폭시 수지와 유사한 열분해 거동을 보이고 있는 반면에 유리전이온도는 $106.9^{\circ}C$로 순수에폭시 수지의 유리전이온도($T_g$) $90.7^{\circ}C$보다 다소 높은 경향으로 나타나 열적 안정성이 향상된 결과로 사료된다. 리그닌 기반 공중합체 및 순수 PAN으로 만든 나노탄소섬유 매트의 인장강도는 각각 7.2 및 9.4 MPa로 나타났으며, 리그닌 기반 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료의 인장강도는 43.0 MPa로 나타났다. 이는 나노탄소섬유 매트/에폭시 복합재료에서 에폭시 수지 매트릭스(matrix) 내에서 나노탄소섬유가 강화제(reinforcing filler)로 작용한 효과로 약 6배의 인장강도 향상을 보였다. 인장강도 측정 후 시편의 절단면에서 나노탄소섬유 자체의 높은 인장강도(478.8 MPa) 및 에폭시 수지와의 약한 계면접착성에 기인하는 나노섬유의 뽑힘현상이 관찰되었다.
Five vapor-grown carbon nanofiber (VGCNF) reinforced vinyl ester (VE) nanocomposite configurations were fabricated, imaged, and mechanically tested in order to obtain information on the influence and the interactions of the role of the microstructure at lower length scales on the observed continuum level properties/response. Three independent variables (the nanofiber weight fraction and two types of nanofiber mixing techniques) were chosen to be varied from low, middle, and high values at equally spaced intervals. Multiple mixing techniques were studied to gain insight into the effect of mixing on the VGCNF dispersion within the VE matrix. The point count method was used for both lower length-scale imaging techniques to provide quantitative approximations of the magnitude and the distribution of such lower length-scale features. Finally, an inverse relationship was shown to exist between the stiffness and strength properties of the resulting nanocomposites under uniaxial quasistatic compression loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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