In this study, carbon fiber/epoxy (CF/EP) composites were interleaved with aramid nonwoven veils with an areal weight density of $8.5g/m^2$ to improve their Mode-I fracture toughness. The control and aramid interleaved CF/EP composite laminates were manufactured by VARTM in a [0]4 configuration. Tensile, three-point bending, compression, interlaminar shear, Charpy impact and Mode-I (DCB) fracture toughness values were determined to evaluate the effects of aramid nonwoven fabrics on the mechanical performance of the CF/EP composites. Thermomechanical behavior of the specimens was investigated by Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The results showed that the propagation Mode-I fracture toughness values of CF/EP composites can be significantly improved (by about 72%) using aramid nonwoven fabrics. It was found that the main extrinsic toughening mechanism is aramid microfiber bridging acting behind the crack-tip. The incorporation of these nonwovens also increased interlaminar shear and Charpy impact strength by 10 and 16.5%, respectively. Moreover, it was revealed that the damping ability of the composites increased with the incorporation of aramid nonwoven fabrics in the interlaminar region of composites. On the other hand, they caused a reduction in in-plane mechanical properties due to the reduced carbon fiber volume fraction, increased thickness and void formation in the composites.
탄소섬유 복합재료는 우수한 물성을 바탕으로 산업 전반에 활용되고 있으나 취성이 강하다는 단점이 있다. 연신율이 높은 소재와의 하이브리드화를 통해 강도는 다소 감소되더라도 파괴인성을 향상시킬 수 있다. 이 연구에서는 탄소섬유와 아라미드섬유를 하이브리드한 적층 판재의 물성을 평가하되, 적층 순서를 다르게 하여 이종 재료와의 계면 형성 정도를 조절하였다. 그 결과 25%의 아라미드 섬유 포함 시 순수 탄소섬유 대비 최대 63%의 Izod 충격강도의 향상을 확인할 수 있었으며, 중간 정도의 복잡도를 가진 적층순서 [CF/CAF2/CF]s 에서 가장 우수하였다. 그러나 전체적인 복합화 효과는 부정적인 것으로 분석되었다.
Fiber-reinforced composite materials with carbon, glass, and aramid fibers are widely applied to industrial field structures due to their excellent properties. However, carbon fibers are vulnerable to external impacts, whereas aramid fibers degrade when exposed to water. This study evaluated carbon/aramid fiber composites degraded and damaged by high-temperature saline environments using acoustic emission (AE). The test specimen was molded using an autoclave and immersed in seawater at 70 ℃ for 224 days. In order to imitate the damage, a 3-mm-diameter hole was drilled using a diamond drill. Additionally, the specimen with the perforation was repaired by patch attachment processing. Three-point bending was used to conduct the flexural experiment, and an AE sensor with a 150-kHz resonance frequency was attached to evaluate the damage and the effect of patch attachment. AE accumulative counts obtained at the maximum load were 69.2, 67.1, and 91.2 for a high-temperature seawater deteriorated condition, a hole specimen, and a repaired patch specimen, respectively. Furthermore, the maximum amplitude of AE was detected at low values of 28 dB, 31.3 dB, and 30.3 dB.
Experimental investigations of interlaminar mechanical properties for carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates were carried out using aramid fiber ($Kevlar^{(R)}$-29 1000d) and carbon fiber (TR40-1K 612d, Mitsubishi Rayon) stitching. Various carbon fiber (CF) stitch densities were used to prepare a number of CF stitched CFRP laminates for double cantilever beam (DCB) tests. An insert tongue-type loading fixture, developed by the Japan Aerospace Exploration Agency (formerly the National Aerospace Laboratory of Japan), was also employed in the DCB test. Interlaminar tension tests were carried out under an out-of-plane directional loading using a single CF stitch thread in the CFRP laminates. The DCB test results clarified that the relationship between the volume fractions of the CF stitch thread ($V_{ft}$) and mode I critical energy release rate ($G_{Ic}$) showed a mostly linear function with a higher gradient than that of the $Kevlar^{(R)}$ stitched CFRP laminates. The CF stitched CFRP tension test results indicated that the consumption energy per unit area ($E_i$) was larger than that of $Kevlar^{(R)}$ stitched CFRP laminates.
Testing methods for mechanical properties of the advanced composites were introduced. The mechanical properties, such as tensile properties, compressive properties, in-plane shear properties, flexural properties, and interlaminar shear properties, were evaluated along the warp and the fill directions. The CF3327 of the carbon fabric, the HG1581 of the glass fabric, and the HK285 of the aramid fabric were considered as reinforcements. Epoxy and phenolic resin were used as resin. The experimental results obtained in this study would be applicable in the design and structural analysis for the manufacture of the carbody of the tilting train.
Recently new rehabilitation techniques have been proposed with advanced composite materials like carbon fiber, aramid, glass fiber sheet and so forth. The purpose of this paper is to investigate the mechanical characteristics of reinforced concrete columns confined with carbon fiber sheet and evaluate the degree of their strengthening effect. For the test, the specimen size of column is 15cm$\times$15cm$\times$90cm reinforced with 4 number of main bars of 10 mm diameter, tied bars of 6 mm diameter and slenderness ratio 20. Columns were wrapped with carbon fiber sheet along the column length. It is necessary to make some assumption regarding the confinement of carbon fiber sheet to apply to reinforced concrete columns under concentric loads. The strength gain effect of columns confined with carbon fiber sheet could be predicted using the proposed equation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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