Conductive polymer composites (CPCs) consist of a polymeric matrix and a conductive filler, for example, carbon black, carbon fibers, graphite or carbon nanotubes (CNTs). The critical amount of the electrically conductive filler necessary to build up a continuous conductive network, and accordingly, to make the material conductive; is referred to as the percolation threshold. From technical and economical viewpoints, it is desirable to decrease the conductive-filler percolation-threshold as much as possible. In this study, we investigated the effect of polymer/conductive-filler interactions, as well as the processing and morphological development of low-percolation-threshold (${\Phi}c$) conductive-polymer composites. The aim of the study was to produce conductive composites containing less multi-walled CNTs (MWCNTs) than required for pure polypropylene (PP) through two approaches: one using various mixing methods and the other using immiscible polymer blends. Variants of the conductive PP composite filled with MWCNT was prepared by dry mixing, melt mixing, mechanofusion, and compression molding. The percolation threshold (${\Phi}c$) of the MWCNT-PP composites was most successfully lowered using the mechanofusion process than with any other mixing method (2-5 wt%). The mechanofusion process was found to enhance formation of a percolation network structure, and to ensure a more uniform state of dispersion in the CPCs. The immiscible-polymer blends were prepared by melt mixing (internal mixer) poly(vinylidene fluoride) (PVDF, PP/PVDF, volume ratio 1:1) filled with MWCNT.
Kim, Jong-Hawk;Cho, Hyun-Nam;Kim, Seong-Hun;Kim, Jun-Young
Macromolecular Research
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v.12
no.1
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pp.53-62
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2004
We have prepared polymer composites of low-density polyethylene (LDPE) and ionomers (Surlyn 8940) containing polar segments and metal ions by melt blending with carbon black (CB) as a conductive filler. The resistivity and positive temperature coefficient (PTC) of the ionomer/LDPE/CB composites were investigated with respect to the CB content. The ionomer content has an effect on the resistivity and percolation threshold of the polymer composites; the percolation curve exhibits a plateau at low CB content. The PTC intensity of the crosslinked ionomer/LDPE/CB composite decreased slightly at low ionomer content, and increased significantly above a critical concentration of the ionomer. Irradiation-induced crosslinking could increase the PTC intensity and decrease the NTC effect of the polymer composites. The minimum switching current (Ι$\sub$trip/) of the polymer composites decreased with temperature; the ratio of Ι$\sub$trip/ for the ionomer/LDPE/CB composite decreased to a greater extent than that of the LDPE/CB composite. The average temperature coefficient of resistance (${\alpha}$$\sub$T/) for the polymer composites increased in the low-temperature region.
In this study, commercially available pitch-based carbon fibers of general grade were post-heat-treated using a boxtype high temperature furnace at $1800^{\circ}C$, $2000^{\circ}$, $2200^{\circ}C$, and $2400^{\circ}C$, respectively. The fundamental characteristics of each heat-treated carbon fibers were investigated in terms of chemical composition, morphology, thermal stability, X-ray diffraction, single filament tensile test, and electrical resistivity. The result showed that the fiber properties were significantly influenced by the post-heat-treatment, indicating the greater effect with increasing treatment temperature. The carbon contents, thermal stability, and tensile properties of the carbon fibers used here were further increased by the post-heat-treatment, whereas the d-spacing between graphene layers and the electrical resistivity were reduced with increasing post-heat-treatment temperature.
This paper introduces new specimens of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite developed in accordance with standard test method and definition for mechanical testing of steel (ASTM-A370). The main purpose of this research is to study the behaviour of steel-CFRP composite specimen under uniaxial tension to use it in beams in lieu of traditional steel bar reinforcement. Eighteen specimens were prepared and divided into six groups, depending upon the number of the layers of CFRP. Uniaxial tensile tests were conducted to determine yield strength and ultimate strength of specimens. Test results showed that the stress-strain curve of the composite specimen was bilinear prior to the fracture of CFRP laminate. The tested composite specimens displayed a large difference in strength with remarkable ductility. The ultimate load for Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer composite specimens was found using the model proposed by Wu et al. (2010) and nonlinear FE analysis. The ultimate loads obtained from FE analysis are found to be in good agreement with experimental ones. However, ultimate loads obtained applying Wu model are significantly different from experimental/FE ones. This suggested modification of Wu model. Modified Wu's model which gives a better estimate for the ultimate load of Steel-Carbon Fibre Reinforced Polymer (SCFRP) composite specimen is presented in this paper.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.143-148
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1999
In this paper we present the results of an analytical investigation on the existing concrete structures which are reinforced with carbon fiber grid. The carbon fiber grid and polymer mortar are utilized in the reinforcement of concrete column, beam, and tunnel lining. The physical and mechanical properties of the carbon fiber grid and polymer mortar were obtained experimentally and then used in the analytical investigation. In the analysis concrete structures are modeled with 3-D solid finite elements and the carbon fiber grid is modeled with space frame elements. Through the investigation reinforcing effect of carbon fiber grid on the existing concrete structures is confirmed.
Carbon nanotubes (CNTs) have received increased interest in reinforcing research for polymer matrix composites due to their exceptional mechanical characteristics. Its high surface area/volume ratio and aspect ratio enable polymer-based composites to make the most of its features. This study focuses on the experimental tensile testing and fabrication of carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) beams, exploring various micromechanical models. By examining the performance of these models alongside experimental results, the research aims to better understand and optimize the mechanical properties of CNTRC materials. Tensile properties of neat epoxy and 0.3%; 0.4% and 0.5% by CNT reinforced laminated single layer (0°/90°) carbon fiber composite beams were investigated. The composite plates were produced in accordance with ASTM D7264 standard. The tensile test was performed in order to see the mechanical properties of the composite beams. The results showed that the optimum amount of CNT was 0.3% based on the tensile capacity. The capacity was significantly reduced when 0.4% CNT was utilized. Moreover, the experimental results are compared with Finite Element Models using ABAQUS. Hashin Failure Criteria was utilized to predict the tensile capacity. Good conformance was observed between experimental and numerical models. More importantly is that Young' Moduli of the specimens is compared with the prediction Halpin-Tsai and Mixture-Rule. Although Halpin-Tsai can accurately predict the Young's Moduli of the specimens, the accuracy of Mixture-Rule was significantly low.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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1999.11a
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pp.154-159
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1999
In this paper we present tile results of an experimental investigation on the physical and mechanical properties of carbon fiber grid, polymer mortar, and carbon fiber grid reinforced plain concrete flexural members. In order to repairing and reinforcing damaged and/or deteriorated existing concrete structural members, new materials have been developed and utilized in the construction industries. But the physical and mechanical behaviors of the material are not well understood. To use the material effectively various aspects of the material must be throughly investigated analytically as well as experimentally. In this investigation we found the physical and mechanical properties of carbon fiber grid and polymer mortar which are directly utilized in the repair and reinforcement design of damaged or deteriorated concrete structures. In addition, we also investigate the strengthening effect of carbon fiber grid on the plain concrete flexural test specimens. It was found that the material can be used to repair and strengthen the concrete structures effectively.
This study compared and evaluated the mechanical properties of carbon fiber reinforced thermoplastic polymer (CFRTP) mixed with nanofillers. After mixing various nanofillers such as Multi-wall carbon nanotube (MWCNT), Silicon oxide, Core shell rubber, and Aramid nanofiber with Polyamide 6 (PA6) resin, this is used as a matrix to create a carbon fiber reinforced composite material (CFRP) was manufactured and its physical properties were measured. Depending on the type and mixing ratio of nanofiller, tensile strength, inter-laminar shear strength (ILSS), and Izod impact strength were measured. In terms of tensile strength and impact strength, the highest values were obtained when mixing core shell rubber, however the ILSS was optimal when mixing less than 1 wt.% of silicon oxide.
In this study, AR (aromatic resin) pitch was employed as the matrix-precursor for carbon/carbon composite because it exhibits much higher coke yield than coal tar pitch. As a result, a fabrication process of carbon/carbon composites can be shortened. It has been known that the pitches may cause swolling problem during the carbonization process. In order to restrain the swelling occurrence, a small quantity of carbon black was added to the AR pitch. Due to addition of carbon black the swelling was decreased largely and the perform can be infiltrated with the AR pitch. The densification efficiency of the performs was compared with various matrix-precursors. The coke yield of matrixprecursors, the morphology and the degree of graphitization of carbon matrix were analyzed.
Park, Jong Hyeok;Lee, Sang Young;Kim, Jong Hun;Ahn, Sunho
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.3
no.3
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pp.143-148
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2012
The unique effects of highly conductive conducting polymer/SWNT (single walled carbon nanotube) composite nanoparticles in electric double layer capacitors are studied for the enhancement of the adhesive properties, specific capacitance and power characteristics of the electrode. Because the conducting polymer/SWNT composite material, which is believed to act as a polymer binder, an active material for charge storage and a conducting agent, is well distributed on the activated carbon, greatly enhanced adhesion properties, cell capacitance and power characteristics were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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