Semiconducting layers are thin rubber film between electrical cable wire and insulating polymer layers having a volume resistivity of ${\sim}10^2{\Omega}cm$. Commercial semiconducting layers ire composed of polymer composites reinforced with more than 30 wt% of carbon blacks. A new semiconducting material was suggested in this study based on the carbon nanotube(CNT)-reinforced polymer nanocomposites. CNT-reinforced polymer nanocomposites were prepared by solution mixing and precipitation with various polymer type and dual filler system. The mechanical, thermal and electrical properties were investigated as a function of polymer type and dual filler system based on CNT and carbon black. The volume resistivity of composites was strongly related with the crystallinity of polymer matrix. With the decreased crystallinity, the volume resistivity decreased linearly until a critical point, and it remained constant with further decreasing the crystallinity. Dual filler system also affected the volume resistivity. The CNT-reinforced nanocomposite showed the lowest volume resistivity. When a small amount of carbon black(CB) was replaced the CNT, the crystallinity increased considerably leading to a higher volume resistivity.
Proceedings of the Polymer Society of Korea Conference
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2006.10a
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pp.288-288
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2006
Natural rubbers (NR) reinforced by multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) was found to show extraordinary improvement of mechanical property. We speculated that this was owing to the interfacial phase that surrounded CNT and investigated about the phase by atomic force microscopy (AFM). Using force modulation mode and force-distance curve analyses, we succeeded in obtaining the information of its nanometer-scale rheological property. We found that was actually surrounded by the interfacial phase, that had softer modulus than NR matrix.
Kang Tae-June;Kim Dong-Iel;Huh Yong-Hak;Kim Yong-Hyup
Composites Research
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v.19
no.3
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pp.23-28
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2006
Carbon nanotubes reinforced copper matrix laminated nanocomposites were developed and the mechanical properties were evaluated by using micro-tensile testing system. Sandwich-type laminated structure constituted with carbon nanotube layers as a reinforcement and electroplated copper matrix were fabricated by a new processing approach based on selective dip-coating of carbon nanotubes. The mechanical properties of nanocomposites were improved due to an enhanced load sharing capacity of carbon nanotubes homogeneously distributed within the in-plane direction, as well as a bridging effect of carbon nanotubes along the out-of-plane direction between the upper and lower matrices. The universality of the layering approach is applicable to a wide range of functional materials, and here we demonstrate its potential use in reinforcing composite materials.
This work focused on the novel numerical tool for the bending responses of carbon nanotube reinforced composites (CNTRC) beams. The higher order shear deformation beam theory (HSDT) is used to determine strain-displacement relationships. A new exponential function was introduced into the carbon nanotube (CNT) volume fraction equation to show the effect of the CNT distribution on the CNTRC beams through displacements and stresses. To determine the mechanical properties of CNTRCs, the rule of the mixture was employed by assuming that the single-walled carbon nanotubes (SWCNTs)are aligned and distributed in the matrix. The governing equations were derived by Hamilton's principle, and the mathematical models presented in this work are numerically provided to verify the accuracy of the present theory. The effects of aspect ratio (l/d), CNT volume fraction (Vcnt), and the order of exponent (n) on the displacement and stresses are presented and discussed in detail. Based on the analytical results. It turns out that the increase of the exponent degree (n) makes the X-beam stiffer and the exponential CNTs distribution plays an indispensable role to improve the mechanical properties of the CNTRC beams.
Shin, Bum Sik;Shin, Jin Wook;Jeun, Joon Pyo;Kim, Hyun Bin;Oh, Seung Hwan;Kang, Phil Hyun
Journal of Radiation Industry
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v.5
no.2
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pp.137-143
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2011
Epoxy resins are widely used as high performance thermosets in many industrial applications, such as coatings, adhesives and composites. Recently, a lot of research has been carried out in order to improve their mechanical properties and thermal stability in various fields. Carbon nanotubes possess high physical and mechanical properties that are considered to be ideal reinforcing materials in composites. CNT-reinforced epoxy system hold the promise of delivering superior composite materials with their high strength, light weight and multi functional features. Therefore, this study used multi-walled carbon nanotubes (MWNT) and gamma rays to improve the mechanical and thermal properties of epoxy. The diglycidyl ether of bisphenol A (DGEBA) as epoxy resins were cured by gamma ray irradiation with well-dispersed MWNTs as a reinforcing agent and triarylsulfonium hexafluoroantimonate (TASHFA) as an initiator. The flexural modulus was measured by UTM (universal testing machine). At this point, the flexural modulus factor exhibits an upper limit at 0.1 wt% MWNT. The thermal properties had improved by increasing the content of MWNT in the result of TGA (thermogravimetric analysis). However, they were decreased with increasing the radiation dose. The change of glass transition temperature by the radiation dose was characterized by DMA (dynamic mechanical analysis).
In this paper, molecular dynamics (MD) simulation was carried to predict thermo-mechanical behaviors for carbon nanotube (CNT) reinforced epoxy composites and to analyze the trends. Total of six models having the volume fractions of CNT from 0 to 25% in epoxy were constructed. To predict thermal behaviors, temperature was increased constantly from 300 to 600 K, and the glass transition temperature ($T_g$) and coefficient of thermal expansion (CTE) analyzed using the relationship between temperature and specific volume. The elastic moduli that represented to the mechanical behaviors were also predicted by constant strain. Additionally, the effects of functionalization of CNT on mechanical behaviors of composite were analyzed. Models were constructed to represent CNTs functionalized by nitrogen doping and COOH groops, and interfacial behaviors and elastic moduli were analyzed. Results showed that the agglomerations of CNTs in epoxy cause by perturbations of thermo-mechanical behaviors, and the functionalization of CNTs improved the interfacial response as well as mechanical properties.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.12
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pp.1465-1471
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2013
The electrical and mechanical properties of room temperature vulcanized (RTV) silicone rubber composites are investigated as functions of multi-walled carbon nanotube (CNT), carbon black (CB), and thinner content. The thinner is used to improve the CNT and CB dispersion in the matrix. The electrical and mechanical properties of the composite with CNT are improved when compared to the composite with CB at the same content. As the thinner content is 80 phr, the electric resistance of the composite decreases significantly with the CNT content and shows contact point saturation of CNT at 2.5 phr. As the thinner content increases, the dispersion of conductive particles improves; however, the critical CB content increases because of the reduction in the CB weight ratio. It is believed that an electrode that needs good flexibility and excellent electrical properties can be manufactured when the amount of CNT and CB are increased with the thinner content.
Mostefa Sekkak;Rachid Zerrouki;Mohamed Zidour;Abdelouahed Tounsi;Mohamed Bourada;Mahmoud M Selim;Hosam A. Saad
Advances in nano research
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v.16
no.5
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pp.509-519
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2024
In this study, the static analysis of carbon nanotube-reinforced composites (CNTRC) beams resting on a Winkler-Pasternak elastic foundation is presented. The developed theories account for higher-order variation of transverse shear strain through the depth of the beam and satisfy the stress-free boundary conditions on the top and bottom surfaces of the beam. To study the effect of carbon nanotubes distribution in functionally graded (FG-CNT), we introduce in the equation of CNT volume fraction a new exponent equation. The SWCNTs are assumed to be aligned and distributed in the polymeric matrix with different patterns of reinforcement. The rule of mixture is used to describe the material properties of the CNTRC beams. The governing equations were derived by employing Hamilton's principle. The models presented in this work are numerically provided to verify the accuracy of the present theory. The analytical solutions are presented, and the obtained results are compared with the existing solutions to verify the validity of the developed theories. Many parameters are investigated, such as the Pasternak shear modulus parameter, the Winkler modulus parameter, the volume fraction, and the order of the exponent in the volume fraction equation. New results obtained from bending and stresses are presented and discussed in detail. From the obtained results, it became clear the influence of the exponential CNTs distribution and Winkler-Pasternak model improved the mechanical properties of the CNTRC beams.
Thermally or electrically conductive filler reinforced polymer composites are extensively being developed as the demand for light weight material increases rapidly in industiral applications need good conductivity such as heat sink of the electronics or light. Carbon or ceramic materials like graphite, carbon nanotube or boron nitride are typical conductive fillers with good thermal or electical conductivity. Using these conductive fillers, the polymer composites in the market show wide range of thermal conductivity from approximately 1 W/mK to 20 W/mK, which is quite enhanced considering the thermal conductivity lower than 0.5 W/mK for most polymeric materials. The practical use of these composites, however, is yet limited to specific applications because most composites are still not conductive enough or too difficult to process, too brittle, too expensive for higher conductivity. For practical use of conductive composite, the thermal conductivity required depending on the heat releasing mode are studied first for simplified unit cooling geometry to propose thermal conductivities of the composites for reasonable cooling performance comparing with the metal heat sink as a reference. Also, as a practical design for heat sink based on polymer composite, composite and metal sheet hybrid structures are investigated for LED lamp heat sink and audio amplication module housing to find that this hybrid structure can be a good solution considering all of the cooling performance, manufacturing, mechanical performance, cost and weight.
In this article, the semi-analytical method was used to analyze the nonlinear dynamic stability and vibration analysis of sandwich shallow spherical shells (SSSS). The SSSS was considered as functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTRC) with three new patterns of FG-CNTRC. The governing equation was obtained and discretized utilizing the Galerkin method by implementing the von Kármán-Donnell nonlinear strain-displacement relations. The nonlinear dynamic stability was analyzed by means of the fourth-order Runge-Kutta method. Then the Budiansky-Roth criterion was employed to obtain the critical load for the dynamic post-buckling. The approximate solution for the deflection was represented by suitable mode functions, which consisted of the three modes of transverse nonlinear oscillations, including one symmetrically and two asymmetrical mode shapes. The influences of various geometrical characteristics and material parameters were studied on the nonlinear dynamic stability and vibration response. The results showed that the order of layers had a significant influence on the amplitude of vibration and critical dynamic buckling load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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