Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.5
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pp.838-848
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1992
The objective of the study is to provide a theoretical tools for analyzing the fracture of leyered composites with a center crack. It is assumed that the composite is composed of successive accumulation of the fiber layer and resin layer with the fiber layer being perfectly bonded to the resin layer except the region of a center crack. In-plane shear loading (Mode II) and the anti-plane shear loading (Mode III) are considered separately. Boundary value problems are formulated by using a plane theory of elasticity and governing equations are reduced to a Fredholm integral equation of a second kind. The equation is solved numerically and the stress intensity factors are obtained. The normalized Mode II and Mode III stress intensity factors are evaluated for various combinations of material properties and for various geometrical parametes.
Lightweight hydrant tanks increase the amount of water that can be carried by fire trucks, resulting in longer water spray times during the initial firefighting process, which can minimize human and property damages. In this study, the applicability of carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP) composites as a material for lightweight hydrant tanks was investigated. In particular, the resin for manufacturing CFRP hydrant tanks must meet various requirements, such as excellent mechanical properties, formability, and dimensional stability. In order to identify a resin that satisfies these conditions, five commercially available resins, including epoxy(KFR-120V), unsaturated polyesters(G-650, HG-3689BT, LSP8020), vinyl ester(KRF-1031) were selected as candidates, and their characteristics were analyzed to investigate the suitability for manufacturing a CFRP hydrant tank. Based on the analyses, KRF-1031 exhibited the most suitable properties for hydrant tanks. Particularly, CFRP with KRF-1031 exhibited successful results for thermal stability and elution tests.
Jiseon, Kang;Minji, Kim;Mongyoung, Huh;Seok Il, Yun
Composites Research
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v.35
no.6
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pp.412-418
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2022
Flame-retardant vinyl ester (VE) resin films were developed from the mixtures of brominated and non-brominated epoxy resins via esterification with methacrylic acid without reactive diluents. The films were used to fabricate carbon fiber (CF) prepregs via a hot melt impregnation process. The viscosity of VE resins suitable for film production was optimized by mixing low-viscosity bisphenol-A and high-viscosity brominated bisphenol-A epoxy precursors. Increasing the bromine content of the cured VE resin further increased the limited oxygen index (LOI) (39%), storage modulus (2.4 GPa) at 25℃ and residual carbonization (16.1%) values compared to non-brominated VE. Manual layup of as-prepared VE prepregs with subsequent curing led to the successful fabrication of CF-reinforced composites with high tensile and flexural strength. The results from the study hold high promise for a styrene-free, environmentally friendly VE composite process in the future.
This paper decided the 3D shape of sandwich composite for the cradle of CT instrument, suggested the stacking sequence with satisfaction on structural criteria using the Finite Element Analysis, and introduced the manufacturing method to meet the X-ray transmission performance uniformly. The design of Cradle was considered the space between other parts, fixing method, and assembly condition with headrest part. It is decided the stacking sequence to meet the criteria that the deflection at the end point is less than 20 mm when it is applied to 135 kg load at the specific locations. In site of manufacturing method, at first, it is used the hand lay-up for carbon UD and carbon fabric/polyester resin, but it had the ununiform X-ray transmission performance due to the void and excess resin. For solving this problem, it was replaced with the infusion method for the first layer of face material and the application of carbon UD or fabric/epoxy resin prepreg for other layers. Therefor, the property of X-ray transmission was improved.
Objectives: This study analyzed the physical-chemical behavior of 2 bulk fill resin composites (BFCs; Filtek Bulk Fill [FBF], and Tetric-N-Ceram Bulk Fill [TBF]) used in 2- and 4-mm increments and compared them with a conventional resin composite (Filtek Z250). Materials and Methods: Flexural strength and elastic modulus were evaluated by using a 3-point bending test. Knoop hardness was measured at depth areas 0-1, 1-2, 2-3, and 3-4 mm. The translucency parameter was measured using an optical spectrophotometer. Real-time polymerization kinetics was analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy. Results: Flexural strength was similar among the materials, while TBF showed lower elastic modulus (Z250: 6.6 ± 1.3, FBF: 6.4 ± 0.9, TBF: 4.3 ± 1.3). The hardness of Z250 was similar only between 0-1 mm and 1-2 mm. Both BFCs had similar hardness until 2-3 mm, and showed significant decreases at 3-4 mm (FBF: 33.45 ± 1.95 at 0-1 mm to 23.19 ± 4.32 at 3-4 mm, TBF: 23.17 ± 2.51 at 0-1 mm to 15.11 ± 1.94 at 3-4 mm). The BFCs showed higher translucency than Z250. The polymerization kinetics of all the materials were similar at 2-mm increments. At 4-mm, only TBF had a similar degree of conversion compared with 2 mm. Conclusions: The BFCs tested had similar performance compared to the conventional composite when used in up to 2-mm increments. When the increment was thicker, the BFCs were properly polymerized only up to 3 mm.
In the manufacturing process of thermosetting carbon fiber composite materials using an autoclave, the internal temperature changes according to the set temperature cycle. This temperature change causes the resin in the composite material to cure. Heat is generated through the chemical reaction of the resin, which can result in a difference between the temperature inside the autoclave and the temperature of the composite material. Previous research assumed that the temperatures of the composite material and the autoclave were the same and analyzed to predict the residual stress and thermal deformation after manufacturing. However, these stresses and deformations depend on the temperature and degree of cure of the composite material. Therefore, this study verifies a thermal-chemical model analysis technique that takes into account the heat generated by the chemical reaction of the resin to accurately calculate the temperature and degree of cure. Additionally, case studies were conducted for different thicknesses to investigate whether this model exhibits similar trends across varying thicknesses.
Jin-Woo Lee;Jae-Young Lee;Seoung-Bo Shin;Jae-Hyung Park;Hyun-Ju Park;Kyung-Hun Oh;Jin-Hyuk Huh;Yun-Hae Kim;Ji-Eun Lee
Composites Research
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v.37
no.2
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pp.68-75
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2024
Polypropylene (PP), a thermoplastic resin with excellent mechanical, thermal, chemical, and water resistance properties, has been attracting attention due to its economic efficiency and recyclability. However, repeated processing of thermoplastic resins can lead to property degradation, and the point at which quality degradation occurs varies depending on the processing conditions. In this study, we evaluated the performance changes of composite materials with repeated processing by blending PP resin with various additives and conducting extrusion and injection processes repeatedly. In addition, we evaluated the mechanical properties of composite materials to evaluate the effect of MFI value change during repeated processing on fiber impregnation in composite material processing.
Epoxy composites with concentrations of 5-70 wt% of silica particles were prepared in order to improve mechanical property and poor thermal stability. The mechanical and thermal properties were investigated and compared to the corresponding properties of neat epoxy composite. Furthermore, the effects of silane compound treatment on silica particles were observed by the experimental results of the tensile strength, glass transition temperature, and thermal stability of epoxy composite. Tensile strength of epoxy composites was measured by universal testing machine (UTM) and after that, the structure and morphology analysis of epoxy nanocomposites were analyzed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The increased solid content of CA0030 particle improved the tensile strength of epoxy/ modified composites to give 30-50 MPa. The thermal expansion coefficients (CTE) of neat epoxy resin and epoxy/silica composites measured with a thermomechanical analyzer (TMA) showed that the incorporation of silica particles was helpful to reduce the CTE of neat epoxy resin.
Particle reinforced composites are materials that have enhanced physical properties by adding particle reinforcements to polymer materials and have been applied to a wide range of fields such as the aerospace, bio-technology and automative industry. In this study, particle reinforced composites were prepared by mixing $SiC/Al_2O_3$ to the vinyl ester as the thermoset resin. The purpose of this study is to evaluate mechanical properties and fracture behavior by the tensile test and single edge notch specimen according to the addition ratio of reinforcement. Addition of 1 and 2 wt% of the particle reinforcement to the vinyl-ester resin was effective for the strength improvement. However, when it was more than 3 wt%, its strength was decreased. Also the highest elastic modulus obtained as 3.19 GPa was found at the 2 wt% addition of reinforcement. Futhermore the fracture toughness was evaluated by the energy release rate and the maximum critical energy release rate was obtained when 1 wt% reinforcement. The results show that the limit of adding of $SiC/Al_2O_3$ for improvement of the mechanical and fracture performance is 2 wt% reinforcement particles.
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.
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