This study was to correctly estimate the friction and wear behavior of carbon fiber and PEEK sheet composites, and the validity of using them as alternatives to the metal-based materials used for artificial hip joints. Moreover, this work evaluated the friction coefficient according to the fiber ply orientation, along with the fractured surfaces of the carbon/PEEK composites. The unidirectional composites had higher friction coefficients than those multidirectional composites. This was caused by the debonding between the carbon fiber and the PEEK sheet, which was proportional to the contact area between the sliding surface and the carbon fiber. The friction test results showed that there was no significant differences in relation to the fiber ply orientation. However, in a case where the speed was 2.5 m/s, the friction coefficient was relatively large for configuration I. The friction surface of the specimen was analyzed using an electron microscope. In all cases, the debonding of the fiber and PEEK could be confirmed.
The effects of fiber surface-treatment and sizing on the dynamic mechanical properties of unidirectional and 2-directional carbon fiber/nylon 6 composites by means of dynamic mechanical analysis have been investigated in the present study. The interlaminar shear strengths of 2-directional carbon/nylon 6 composites sized with various thermosetting and thermoplastic resins are also measured using a short-beam shear test method. The result suggests that different surface-treatment levels onto carbon fibers may influence the storage modulus and tan ${\delta}$ behavior of carbon/nylon 6 composites, reflecting somewhat change of the stiffness and the interfacial adhesion of the composites. Dynamic mechanical analysis and short-beam shear test results indicate that appropriate use of a sizing material upon carbon fiber composite processing may contribute to enhancing the interfacial and/or interlaminar properties of woven carbon fabric/nylon 6 composites, depending on their resin characteristics and processing temperature.
4D carbon fiber preforms were manufactured by weaving method and their carbon fiber volume fractions were 50% and 60%. In order to form carbon matrix on the preform, coal tar pitch was used for matrix precursor and high density carbon/carbon composites were obtained by high densification process. In this process, manufacture of high density composites was more effective according to pressure increasement. When densificating the preform of 60% fiber volume fraction with 900 bar, density of the composites reached at 1.90 $g/cm^3$ after three times processing. Degree of pressure in the densification process controls macro pore but it can not affect micro pore. During the carbonization process, micro pore of the preform were filled fully by once or twice densification processing. But micro pore were not filled easily in the repeating process. Therefore, over three times densification processing is the filling micro pore.
Multidirectional reinforcement is aimed primarily at overcoming interlaminar weakness, hence a major interest lies in the mechanical properties of multidirectional carbon/carbon composites. Mechanical properties depend on the type of carbon fiber, the size of the fiber bundle, the spacing of the bundles, the angles of the bundles relative to the axes of the block, and matrix formation. In the present studies, PAN based carbon fiber preforms manufactured different size of unit cell have been prepared. Densification of these used high pressure infiltration and carbonization technique with coal tar pitch as matrix precursor was carried out. Scanning electron microscopy has been used to study the fracture behavior of composites. The size of unit cell of the preforms has considerably affected on the flexural properties as well as microstructure of the carbon/carbon composites.
In order to improve the interfacial bonding force and reaction polymerization degree of the carbon fiber reinforced nylon 6 composite material, the surface of the existing epoxy-sizing carbon fiber was desized to remove the epoxy and treated with urethane, nylon and phenoxy sizing agent, was observed. The interfacial bond strength of the resized carbon fiber was confirmed by IFSS (Interfacial Shear Strength) and the fracture surface was observed by scanning electron microscope. The results showed that the interfacial bonding strength of the carbon fiber treated with nylon and phenoxy sizing agents was higher than that of urethane - based sizing. It has been found that the urethane - type resizing carbon fiber has lower interfacial bonding strength than the conventional epoxy - sizing carbon fiber. This result shows that the interfacial bonding between carbon fiber and nylon 6 is improved by removing low activity and smoothness of existing carbon fiber.
Delamination crack detection is very important for improving the structural reliability of laminated composite structures. This requires real-time delamination detection technologies. For composite laminates that are reinforced with carbon fiber, an electrical potential method uses carbon fiber for reinforcements and sensors at the same time. The use of carbon fiber for sensors does not need to consider the strength reduction of smart structures induced by imbedding sensors into the structures. With carbon fiber reinforced (CF/) epoxy matrix composites, it had been proved that the delamination crack was detected experimentally. In the present study, therefore, similar experiments were conducted to prove the applicability of the method for delamination crack detection of CF/polyetherethereketone matrix composite laminates. Mode I and mode II delamination tests with artificial cracks were conducted, and three point bending tests without artificial cracks were conducted. This study experimentally proves the applicability of the method for detection of delamination cracks. CF/polyetherethereketone material has strong electric resistance anisotropy. For CF/polyetherethereketone matrix composites, a carbon fiber network is constructed, and the network is broken by propagation of delamination cracks. This causes a change in the electric resistance of CF/polyetherethereketone matrix composites. Using three point bending specimens, delamination cracks generated without artificial initial cracks is proved to be detectable using the electric potential method: This method successfully detected delamination cracks.
This paper presents the effects of high temperature and water absorption on the mechanical behaviors of carbon-aramid fiber composites, specifically their strength, elastic modulus, and fracture. These composites are used in industrial structures because of their high specific strength and toughness. Carbon fiber composites are vulnerable to the impact force of external objects despite their excellent properties. Aramid fibers have high elongation and impact absorption capabilities. Accordingly, a hybrid composite with the complementary properties and capabilities of carbon and aramid fibers is fabricated. However, the exposure of aramid fiber to water or heat typically deteriorates its mechanical properties. In view of this, tensile and flexural tests were conducted on a twill woven carbon-aramid fiber hybrid composite to investigate the effects of high temperature and water absorption. Moreover, a multiscale analysis of the stress behavior of the composite's microstructure was implemented. The results show that the elastic modulus of composites subjected to high temperature and water absorption treatments decreased by approximately 22% and 34%, respectively, compared with that of the composite under normal conditions. The crack behavior of the composites was well identified under the specimen conditions.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.9
no.2
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pp.188-197
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1997
The fracture toughness of three different kinds of epoxy-matrix composites containing the same volume fraction of reinforcement and the variation of fracture toughness of glass-carbon fiber/epoxy hybrid composites due to the change of test temperature and different glass fiber content were investigated in this study. Glass fiber/epoxy composite provided much higher fracture toughness than that of other composites because of the high strain at failure of glass fiber. Particularly the carbon fiber/epoxy composite exhibited the low fracture toughness caused by the low strain energy absorbing capacity of carbon fiber. And it was found that the strain at failure of reinforcement and interfacial delamination absorbing a significant amount of impact energy played an important role to increase fracture toughness of composites. The fracture toughness of the glass-carbon fiber hybrid composites increased with increasing the glass fiber content and decreased with raising the test temperature. The residual stress arising from the different thermal expansion between the matrix and reinforcement influenced the fracture toughness of composites.
Multiscale hybrid composites, which consist of polymeric resins, microscale fibers and nanoscale reinforcements, have drawn significant attention in the field of advanced, high-performance materials. Despite their advantages, multiscale hybrid composites show challenges associated with nanomaterial dispersion, viscosity, interfacial bonding and load transfer, and orientation control. In this paper, carbon nanotube(CNT)/carbon fiber(CF)/polycarbonate(PC) multiscale hybrid composite were fabricated by a solution process to overcome the difficulties associated with controlling the melt viscosity of thermoplastic resins. The dependence of CNT loading was studied by varying the method to add CNTs, i.e., impregnation of CF with CNT/PC/solvent solution and impregnation of CNT-coated CF with PC/solvent solution. In addition, hybrid composites were fabricated through surfactant-aided CNT dispersion followed by vacuum filtration. The morphologies of the surfaces of hybrid composites, as analyzed by scanning electron microscopy, revealed the quality of PC impregnation depends on the processing method. Dynamic mechanical analysis was performed to evaluate their mechanical performance. It was analyzed that if the position of the value of tan ${\delta}$ is closer to the ideal line, the adhesion between polymer and carbon fiber is stronger. The effect of mechanical interlocking has a great influence on the dynamic mechanical properties of the composites with CNT-coated CF, which indicates that coating CF with CNTs is a suitable method to fabricate CNT/CF/PC hybrid composites.
Chop molding composites and 2D carbon/carbon composites were manufactured by hot press molding method. Phenol resin of novolac type was used for matrix precursor and PAN-based carbon, PAN-based graphite and pitch-based carbon fiber were used for reinforcement and boron oxide was used for oxidation retardant. All of the composites were treated by $2000^{\circ}C$ and $2400^{\circ}C$ graphitization process, respectively. After graphitization process, amount of a boron residue in carbon/carbon composites is much according to irregularity of used raw materials. Under the presence of boron in carbon/carbon composites, catalytic effect of boron was a little at $2000^{\circ}C$ graphitization temperature. However, it was quite at $2400^{\circ}C$ graphitization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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