Park, Soo-Jin;Im, Se-Hyuk;Rhee, John M.;Park, Seong-Yong;Kim, Hee-Jung
Applied Chemistry for Engineering
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v.18
no.3
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pp.205-212
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2007
In this work, polyacrylonitrile (PAN) fiber was prepared by electrospinning methods from dimethyl formamide solutions with various conditions, such as 8~20 kV applied voltage, 5~15 wt% PAN concentration, and 15 cm tip-to-collector distance (TCD). The nanofibers were stabilized by oxidation at $250^{\circ}C$ for 1 h, and then subsequently carbonized at $800{\sim}1000^{\circ}C$ for 1 h. The structured characteristics of the nanofibers before and after carbonization were studied by Fourier transform infrared spectroscopy. The resulting diameter distribution and morphologies of the nanofiber were evaluated by scanning electron microscope analysis. The electrochemical behaviors of the nanofiber were observed by cyclic voltammetry tests. From the results, the diameter of electrospinning nanofibers was predominantly influenced by the concentration of polymer solution and the applied voltage. The average diameter of the fibers was decreased with increasing the polymer concentration up to 10wt%. It was also found that the nanofibers with uniform diameter distribution and fine diameter could be achieved at 15kV input voltage and 15 cm TCD.
Kim, Kyung Hoon;Park, Mi-Seon;Jung, Min-Jung;Lee, Young-Seak
Applied Chemistry for Engineering
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v.26
no.5
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pp.598-603
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2015
In this study, electrochemical properties of pitch-based activated carbon fibers (ACFs) were investigated by different heat-treatment temperature of the pitch-based ACFs in order to improve the specific capacitance of electric double-layer capacitor (EDLC). The ACFs were prepared by different heat-treatment temperatures of 1050 and $1450^{\circ}C$, after activation with 4 M KOH at $800^{\circ}C$ using stabilized pitch fiber. The specific surface area of prepared ACFs increased from $828m^2/g$ to $987m^2/g$, also the micropore and mesopore volumes of prepared ACFs were increased. These results because pore was produced by desorbing oxygen and hydrogen elements within the ACFs, and pore size was increased by contraction ACFs by heat-treatment process. Because of the porous properties, the specific capacitance was increased from 73 F/g to 119 F/g using cyclic voltammetry with 1 M $H_2SO_4$ at scan rates of 5 mV/s.
The dyeing of polyester fiber with two different disperse dyes (Disperse Red 60 and Disperse Yellow 54) was carried out using supercritical carbon dioxide ($SCCO_2$) as a dyeing medium at temperatures ranging from $50^{\circ}C$ to $90^{\circ}C$ and at pressures from 15 MPa to 30 MPa. The dye uptake of Disperse Red 60 on polyester fiber was found to increase with temperature at constant pressure and $SCCO_2$ density (700 kg/$m^3$). At $90^{\circ}C$ and 30 MPa, the dye uptake on polyester fiber increased with dyeing time and the saturation concentration of Red 60 was attained within 240 min, while a longer dyeing time was required for Yellow 54 to reach its saturation concentration. When dyestuff mixtures with mixing ratios of 0.01 to 9.0 (Red 60/Yellow 54) were used, the uptake ratio of the two dyes was found to be proportional to 0.26 power of their mixing ratio. Dyed fibers showed an orange color and the depth of the color depended upon the mixing ratio of the dyestuffs.
In order to optimize the prepreg compression molding (PCM) process, the forming simulation is required to cope with any problems that may be raised during the process. For the improvement of simulation accuracy, the input data of material property should be measured accurately. However, most studies assume that the compressive properties of the prepreg are identical to the tensile properties without quantifying them separately. Therefore, in this study, the in - plane compressive properties of the prepreg are presented to improve the accuracy of the forming simulation. As a result, the compressive modulus of the fibers was measured to be about $10^{-2}$ times lower than the tensile modulus. Also we designed a square-cup mold with a tilting angle of $110^{\circ}$ to simulate the prepreg formability during the high temperature compression mold process. Shear angles were measured at each corner, which were compared with the simulation results. It was observed that the simulation results using the accurate compressive properties of the prepreg showed a similar trend with the experimental results. It was confirmed that the measured data of the in-plane compression property improved the accuracy of the forming simulation results.
Kim, Hyeongtae;Lee, Do-Hyeon;An, Woo-Jin;Oh, Chang-Hwan;Je, Yeonjin;Lee, Dong-Park;Cho, Kyuchul;Park, Jun Hong
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.31
no.4
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pp.159-165
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2021
The fiber composites have been investigated as lightweight structure material platforms for aerospace applications because their strength can be enhanced by adding reinforcement without a significant increase in weight. In this study, the fabrication and characterization of carbon nanotube (CNT) reinforced glass fiber composites are demonstrated to enhance the tensile strength of longitudinal direction along the glass fibers. Due to the reinforcement of CNT in epoxy layers, the yield strength of fiber/epoxy composites is enhanced by about 10 %. Furthermore, using scanning electron microscopy, analysis of fracture surfaces shows that mixed CNT in epoxy layers acts as necking agents between fractured surfaces of fiber/epoxy; thereby, initiation and evolution of crack across fiber composite can be suppressed by CNT necking between fractured surfaces.
As the demand for wearable devices increases, many studies have been studied on the development of flexible electrode materials recently. In particular, the development of high-performance flexible electrode materials is very important for wearable sensors for healthcare because it is necessary to continuously monitor and accurately detect body information such as body temperature, heart rate, blood glucose, and oxygen concentration in real time. In this study, we fabricated the nonenzymatic glucose sensor based on polyaniline/carbon nanotube fiber (PANI/CNT fiber) electrode. PANI layer was synthesized on the flexible CNT fiber electrode through electrochemical polymerization process in order to improve the performance of a flexible CNT fiber based electrode material. Surface morphology of the PANI/CNT fiber electrode was observed by scanning electron microscopy. And its electrochemical characteristics were investigated by chronoamperometry, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy. Compared to bare CNT fiber electrode, this PANI/CNT fiber electrode exhibited small electron transfer resistance, low peak separation potential and large surface area, resulting in enhanced sensing properties for glucose such as wide linear range (0.024~0.39 and 1.56~50 mM), high sensitivity (52.91 and 2.24 ㎂/mM·cm2), low detection limit (2 μM) and good selectivity. Therefore, it is expected that it will be possible to develop high performance CNT fiber based flexible electrode materials using various nanomaterials.
Due to the high specific strength and stiffness of the composite materials, the composite materials have been extensively used in various industries. In particular, carbon fiber reinforced composites are widely used in many mechanical structures. In addition, since carbon fiber reinforced composites have anisotropic properties, to understand the fatigue behavior of composites with different fiber orientation is very important for the efficient structural design. Therefore, in this paper, the effect fiber orientation on the fatigue life of composite materials was experimentally evaluated. For this purpose, tensile and fatigue tests were performed on the off-axis specimens (0°, 10°, 30°, 45°, 60°, 90°) of the composite materials. As a result of the fatigue tests, the fatigue strength of the composites decreased significantly as the fatigue strength slightly deviated from 0 degrees. On the other hand, the more deviated, the less decreased. This is because the role of supporting the load of fibers decreased as the stacking angle increased. In addition, the fatigue behavior was analyzed by introducing a fatigue strength ratio (Ψ) that eliminates the fiber orientation dependence of the off-axis fatigue behaviors on the unidirectional composites. The off-axis fatigue S-N lines can be reduced to a single line regardless of the fiber orientation by using the fatigue strength ratio (Ψ). Using the fatigue Ψ-N line, it is possible to extract back to any off-axis fatigue S-N lines of the composites with different fiber orientations.
Sung-Youl Bae;Kyo-Moon Lee;Sanjay Kumar;Ji-Hun Seok;Jae-Wan Choi;Woo-Hyuk Son;Yun-Hae Kim
Composites Research
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v.36
no.5
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pp.355-360
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2023
Epoxy-based carbon fibers reinforced plastic (CFRP) exhibit limitations in their suitability for industrial applications due to high brittleness characteristics. To address this challenge, extensive investigations are underway to enhance their toughness properties. This research focuses on evaluating the toughening mechanisms achieved by Polyamide 6 particles(p-PA6) and Carboxyl-Terminated Butadiene-Acrylonitrile (CTBN) elastomer, with a specific emphasis on utilizing minimal additive quantities. The study explores the impact of varying concentrations of p-PA6 and CTBN additives, namely 0.5, 1, 2.5, and 5 phr, through comprehensive Mode I fracture toughness and tensile strength analyses. The inclusion of p-PA6 demonstrated improvements in toughness when introduced at a relatively low content of 1phr. This improvement manifested as a sustained fracture behavior, contributing to enhanced toughness, while simultaneously maintaining the material's tensile strength. Furthermore, the investigation revealed that the incorporation of p-PA6 affected in particle aggregation, thus influencing the overall toughening mechanism. Incorporation of CTBN, an elastomeric modifier, exhibited a pronounced increase in fracture toughness at higher concentrations of 2.5 phr and beyond. However, this increase in toughness was accompanied by a reduction in tensile strength, resulting in fracture behavior similar to conventional CFRP exhibiting brittleness. The synergy between pPA6, CTBN and CFRP appeared to marginally enhance tensile strength under specific content conditions. As a result of this study, optimized conditions for the application of the p-PA6, CTBN toughening technology have been identified and established.
Interfacial and microfailure properties of the modified steel, carbon and glass fibers/cement composites were investigated using electro-pullout test under tensile and compressive tests with acoustic emission (AE). The hand-sanded steel composite exhibited higher interfacial shear strength (IFSS) than the untreated and even neoalkoxy zirconate (Zr) treated steel fiber composites. This might be due to the enhanced mechanical interlocking, compared to possible hydrogen or covalent bonds. During curing process, the contact resistivity decreased rapidly at the initial stage and then showed a level-off. Comparing to the untreated case, the contact resistivity of either Zr-treated or hand-sanded steel fiber composites increased to the infinity at latter stage. The number of AE signals of hand-sanded steel fiber composite was much more than those of the untreated and Zr-treated cases due to many interlayer failure signals. AE waveforms for pullout and frictional signals of the hand-sanded composite are larger than those of the untreated case. For dual matrix composite (DMC), AE energy and waveform under compressive loading were much higher and larger than those under tensile loading, due to brittle but well-enduring ceramic nature against compressive stress. Vertical multicrack exhibits fur glass fiber composite under tensile test, whereas buckling failure appeared under compressive loading. Electro-micromechanical technique with AE can be used as an efficient nondestructive (NDT) method to evaluate the interfacial and microfailure mechanisms for conductive fibers/brittle and nontransparent cement composites.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.9
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pp.1027-1034
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2007
This research was focused on the selective separation of $CO_2$ or $CH_4$ from mixture of these gases, by controlling the size of pore or pore gate. Pitch based activated carbon fibers(ACF) were used as adsorbents. The size of pore gate was controlled by the molecule having similar size to that of pore opening. After the adsorption of adsorbate on pore surface, planar molecules such as benzene and naphthalene covered the pore gate. The slow release of adsorbate from the pores covered by planar molecules makes apertures between planar molecules covering pore gate and this structure can be fixed by rapid pyrolysis. The control of pore gate using benzene as covering molecules could not accomplished due to the simultaneous volatilization of benzene and adsorbate$(CO_2)$ caused by similar temperatures of benzene volatilization and adsorbate desorption. Therefore we replaced benzene with naphthalene looking for the stability at a $CO_2$ desorption temperature. The naphthalene molecule was adsorbed on the ACF up to 15% of ACF weight and showed no desorption until $100^{\circ}C$, indicating that the molecule could be used as a good cover molecule. Naphthalene could cover almost all the pore gate, reducing BET surface area from 753 $m^2/g$ to 0.7 $m^2/g$. A mixed gas$(CO_2:CH_4=50:50)$ was adsorbed on the naphthalene treated OG-7A ACF. The amount of $CO_2$ adsorption increased with total pressure, whileas thai of $CH_4$ was not so much influenced on the pressure, indicating that $CO_2$ made more compounds on the ACF surface along with total pressure increase. The most $CO_2$ and the least $CH_4$ were adsorbed in the condition of 0.4 atm, resulting in the highly pure $CH_4$ left in ACF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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