• Composites Research
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• 제29권5호
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• pp.269-275
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• 2016

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.

• 한국안전학회지
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• 제37권4호
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• pp.11-19
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• 2022

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.

• Composites Research
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• 제24권6호
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• pp.25-30
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• 2011

본 연구에서는 유리섬유, 탄소섬유 및 유리섬유-탄소섬유 복합재에 MWCNT층을 삽입하는 경우 복합재의 전자파차폐 물성에 대한 연구를 수행하였다. 유리섬유 복합재의 경우, $200mm{\times}200mm$ 면적에 0.1~0.2 g의 MWCNT를 도포했을 때 (1.8~3.6 ${\mu}m$ 두께) 전자파차폐효과가 현격히 증가함을 발견하였다. 아울러, 두개 이상의 MWCNT층을 삽입하는 경우, 이들을 분산배치 하는 것 보다는 복합재 중앙에 집중배치 하는 것이 더 효과적이었다. 반면, 탄소섬유 및 유리섬유-탄소섬유 복합재의 경우, MWCNT층이 전자파차폐효과에 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. MWCNT를 비롯한 탄소나노소재를 전자파차폐용 소재로 효과적으로 활용하기 위해서는, 탄소나노소재의 첨가에 의한 다양한 전자파차폐 메커니즘 간 상관관계를 이해하는 것이 중요하다.

• Steel and Composite Structures
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• 제44권5호
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• pp.707-720
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• 2022

In the present work, bending and free vibration analyses of multilayered functionally graded (FG) graphene platelet (GPL) and fiber-reinforced hybrid composite beams are carried out using the parabolic function based shear deformation theory. Parabolic variation of transverse shear stress across the thickness of beam and transverse shear stress-free conditions at top and bottom surfaces of the beam are considered, and the proposed formulation incorporates a transverse displacement field. The present theory works only with four unknowns and is computationally efficient. Hamilton's principle has been employed for deriving the governing equations. Analytical solutions are obtained for both the bending and free vibration problems in the present work considering different variations of GPLs and fibers distribution, namely, FG-X, FG-U, FG-Λ, and FG-O for beams having simply-supported boundary condition. First, the matrix is assumed to be strengthened using GPLs, and then the fibers are embedded. Multiscale modeling for material properties of functionally graded graphene platelet/fiber hybrid composites (FG-GPL/FHRC) is performed using Halpin-Tsai micromechanical model. The study reveals that the distributions of GPLs and fibers have significant impacts on the stresses, deflections, and natural frequencies of the beam. The number of layers and shape factors widely affect the behavior of FG-GPL-FHRC beams. The multilayered FG-GPL-FHRC beams turn out to be a good approximation to the FG beams without exhibiting the stress-channeling effects.

• Composites Research
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• 제33권6호
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• pp.415-420
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• 2020

탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)의 계면 특성은 복합재료의 전체적인 기계적 특성을 제어하므로 매우 중요하다. 이에 따라, 탄소나노튜브(CNT)로 탄소섬유(CF) 표면을 개질하는 것이 계면을 강화하기 위해 활발히 연구되고 있다. 그러나 대부분의 표면 개질 방법은 자체적으로 한계가 있다. 예를 들어, CVD 성장에서 탄소섬유의 CNT를 성장시키기 위해 600~1000℃ 범위의 고온을 적용해야 하며, 이는 탄소섬유 자체에 손상을 줄 수 있으므로 물성이 저하될 수 있다. 한편, 본 연구에서는, 폴리아마이드(PA) 610/CF/CNT 복합재가 PA610의 계면중합을 통해 제조되었으며, 유기계와 수계 사이의 계면에서 PA610/CNT 중합이 일어난다. 탄소섬유는 CNT가 균일하게 분산된 PA610으로 코팅되었다. 복합재 내에서의 CNT 분산상태는 주사전자현미경으로 관찰되었으며, 열중량 분석을 통해 복합재의 열안정성을 분석하였다. 그리고 섬유 뽑힘 시험을 통해 섬유와 기지 간의 계면 결합력을 측정하였다.

• Composites Research
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• 제35권3호
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• pp.188-195
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• 2022

본 논문은 멀티스케일 공정-구조 해석의 방법론을 제안하고 단섬유층과 직물층으로 이루어진 배터리 하우징 파트에 적용한다. 특별히 마이크로스케일 대표체적요소(RVE: Representative Volume Element)안 기지의 불확정성을 고려하였다. 마이크로스케일의 RVE내 기지 물성의 랜덤한 공간내 분포는 KLE(Karhunen-Loeve Expansion)을 통해 구현하였다. 공간상 랜덤분포된 기지 물성을 갖는 RVE의 유효 물성을 전산균질화를 통해 얻어 매크로스케일 유한요소 모델에 매핑하였다. 또한 하이브리드 공정해석을 통해 압축 성형 해석으로부터 얻은 잔류응력과 섬유배향을 매핑한 유한요소 모델과 드레이핑 공정 해석결과로부터 얻어진 섬유배향을 매핑한 모델을 결합하였다. 본 연구에 제안된 방법은 배터리 하우징 뿐만 아니라 다양한 재료 구성을 갖는 복합재료의 공정-구조해석을 통해 설계요구도를 엄밀하게 평가할 수 있을 것이라 기대된다.