The characteristics of all polymer composites containing carbon materials are determined by four factors: component properties, composition, structure and interfacial interactions. The most important filler characteristics are particle size, size distribution, specific surface area and particle shape. As a consequence, in this paper we discuss the aspects of the mechanical, electrical and thermal properties of composites with different fillers of carbon black, carbon nanotube (CNT), graphene and graphite and focus on the relationship between factors and properties, as mentioned above. Accordingly, we fabricate rubber composites that contain various carbon materials in carbon black-based and silica based-SBR matrixes with dual phase fillers and use scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, a rhometer, an Instron tensile machine, and a thermal conductivity analyzer to evaluate composites' mechanical, fatigue, thermal, and electronic properties. In mechanical properties, hardness and 300%-modulus of graphene-composite are sharply increased in all cases due to the larger specific surface. Also, it has been found that the thermal conductivity of the CNT-composite is higher than that of any of the other composites and that the composite with graphene has the best electrical properties.
Although carbon nanotubes(CNTs) have outstanding theoretical mechanical and electrical properties, CNT fibers(CNTFs) have not yet reached that level. Particularly, tensile strength is only about 10% or less, so studies for making up for it are being actively conducted. As a way for improving mechanical strength, methods such as synthesizing long CNT, orientation, chemical cross-linking, hydrogen bonding and polymer infiltration are being studied. In this review paper, we report preparation methods for highly conductive and strong CNTF/Carbon composites through coating and infiltration followed by carbonization of carbon precursor polymers such as polyacrylonitrile (PAN) and polydopamine (PDA) on CNTFs.
The existence of active material in the environment causes the small-scale systems to be sensitive to the actual environment. Carbon dioxide is one of the active materials that exists a lot in the air conditions of the living environment. However, in some applications, the carbon dioxide-coated is used to improve the performance of systems against the destructive factors such as the corrosion; nevertheless, in the current research, the stability analysis of a carbon dioxide capture mechanism-coated beam is investigated according to the mathematical simulation of a rectangular composite beam utilizing the modified couple stress theory. The composite mechanism of carbon dioxide trapping is made of a polyacrylonitrile substrate that supports a cross-link polydimethylsiloxane gutter layer as the carbon dioxide mechanism trapping. Three novel types of carbon dioxide trapping mechanism involving methacrylate, poly (ethylene glycol) methyl ether methacrylate, and three pedant methacrylates are considered, which were introduced by Fu et al. (2016). Finally, according to introducing the methodology of carbon dioxide (CO2) trapping, the impact of various effective parameters on the stability of composite beams will be analyzed in detail.
In this study, thermoplastic composites were manufactured using a thermoplastic resin (PEEK) with the same melting temperature and a highly heat-resistant carbon UD tapes with different carbon fibers (Type A, Type B). And the bonding characteristics and mechanical characteristics of each of the two produced thermoplastic composites by induction heating welding were examined. The bonding characteristics and mechanical characteristics of the thermoplastic composites were performed using C-Scan and B-Scan, which is a non-destructive inspection, and the single lap shear test, respectively. The temperature of the carbon composites surface was monitored using a thermal image camera.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.25-28
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2003
Carbon nanotubes(CNTs), since their first discovery, have been considered as new promising materials in various fields of applications including field emission displays, memory devices, electrodes, NEMS constituents, hydrogen storages and reinforcements in composites due to their extra-ordinary properties. The carbon nanotube reinforced nanocomposites have attracted attention owing to their outstanding mechanical and electrical properties and are expected to overcome the limit of conventional materials. Various application areas are possible for carbon nanotube reinforced nanocomposites through the functionalization of carbon nanotubes. Carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites have been fabricated by liquid phase process including surface functionalization and dispersion of CNTs within organic solvent. In case of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the mechanical strength and electrical conducting can be improved by more than an order of magnitude. The carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites can be applied to high strength polymers, conductive polymers, optical limiters and EMI materials. In spite of successful development of carbon nanotube reinforced polymer matrix nanocomposites, the researches on carbon nanotube reinforced inorganic matrix nanocomposites show limitations due to a difficulty in homogeneous distribution of carbon nanotubes within inorganic matrix. Therefore, the enhancement of carbon nanotube reinforced inorganic nanocomposites is under investigation to maximize the excellent properties of carbon nanotubes. To overcome the current limitations, novel processes, including intensive milling process, sol-gel process, in-situ process and spark plasma sintering of nanocomposite powders are being investigated. In this presentation, current research status on carbon nanotube reinforced nanocomposites with various matrices are reviewed.
A microstructure analysis is carried out to optimize the process parameters of a randomly oriented discrete length hybrid carbon fiber reinforced carbon matrix composite. The composite is fabricated by moulding of a slurry into a preform, followed by hot-pressing and carbonization. Heating rates of 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1, and $3.3^{\circ}C/min$ and pressures of 5, 10, 15, and 20 MPa are applied during hot-pressing. Matrix precursor to reinforcement weight ratios of 70:30, 50:50, and 30:70 are also considered. A microstructure analysis of the carbon/carbon compacts is performed for each variant. Higher heating rates give bloated compacts whereas low heating rates give bloating-free, fine microstructure compacts. The compacts fabricated at higher pressure have displayed side oozing of molten pitch and discrete length carbon fibers. The microstructure of the compacts fabricated at low pressure shows a lack of densification. The compacts with low matrix precursor to reinforcement weight ratios have insufficient bonding agent to bind the reinforcement whereas the higher matrix precursor to reinforcement weight ratio results in a plaster-like structure. Based on the microstructure analysis, a heating rate of $0.2^{\circ}C/min$, pressure of 15 MPa, and a matrix precursor to reinforcement ratio of 50:50 are found to be optimum w.r.t attaining bloating-free densification and processing time.
Kim, Hyung-Sun;Chung, Kyung-Yoon;Cho, Won-Il;Cho, Byung-Won
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.30
no.7
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pp.1607-1610
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2009
The carbon-coated Si/Cu powder has been prepared by mechanical ball milling and hydrocarbon gas decomposition methods. The phase of Si/Cu powder was analyzed using X-ray diffraction (XRD), dispersive Raman spectroscopy, electron probe microanalysis (EPMA) and transmission electron microscope (TEM). The carbon-coated Si/Cu powders were used as anode active material for lithium-ion batteries. Their electrochemical properties were investigated by charge/discharge test using commercial LiCo$O_2$ cathode and lithium foil electrode, respectively. The surface phase of Si/Cu powders consisted of carbon phase like the carbon nanotubes (CNTs) with a spacing layer of 0.35 nm. The carbon-coated Si/Cu/graphite composite anode exhibited a higher capacity than commercial graphite anode. However, the cyclic efficiency and the capacity retention of the composite anode were lower compared with graphite anode as cycling proceeds. This effect may be attributed to some mass limitations in LiCo$O_2$ cathode materials during the cycling.
The multi-scale analysis is more proper and precise for composite materials because of considering the individual microscopic structure and properties of each material for composite materials. The purpose of this study is to verify the validity of using palladium particles in carbon/fiber composites by multi-scale analysis. The palladium is a material for itself to detect leaking hydrogen by using the property of adsorbing hydrogen. The macroscopic model material properties used in this study are homogeneous material properties from microstructure. Homogenized material properties that are calculated from periodic boundary conditions in the microscopic representative volume element model of each macroscopic analysis model. In this study, three macroscopic models were used : carbon fiber/epoxy, carbon fiber/palladium, palladium/epoxy. As a result, adding palladium to carbon/epoxy composite is not a problem in terms of strength.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.1
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pp.88-93
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2001
Carbon fiber epoxy composite are widely used in airframe structures, space vehicles, sports equipment, and high speed reciprocating parts for industrial machinery. In this paper, the groove processing characteristics of carbon fiber epoxy com-posite was experimentally investigated in order to study the endmill operation of fiber reinforce epoxy composites. Followings are main finding from the experimental results. First, the cutting and bending force in groove processing of the carbon fiber epoxy composite increased as the spindle speed deceased. They also deceased as the table feed increased. Second, the good cutting status obtained at the entrance of groove while delamination occurred at the exit of groove, Third, the regular high speed steel endmill was not efficient, thus the new endmill such as coated carbide rooter endmill or dia-mode endmill should be used for the effective endmll operation of carbon filber epoxy composites.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.4
no.2
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pp.1-4
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2017
This work dealt with design and manufacturing of WIG vehicle wing using carbon/epoxy composite materials. In this study, structural design and analysis of carbon composite structure for WIG craft were performed. Firstly, structural design requirement of wing for WIG vehicle was investigated. After structural design, the structural analysis of the wing was performed by the finite element analysis method. It was performed that the stress, displacement and buckling analysis at the applied load condition. And also, manufacturing of subscale wing using carbon/epoxy composite materials was carried out. After structural test of target structure, structural test results were compared with analysis results. Through the structural analysis and test, it was confirmed that the designed wing structure is safety.
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