The percolation behavior and electrical conductivity in unidirectional composites made of short conductive fibres embedded in an insulating matrix were examined by Monte Carlo simulation as a function of aspect ratio, volume fraction and angle. The percolation threshold did not change as the fibre length distribution. The electrical conductivity increased exponentially with volume fraction and the exponent increased as the aspect ratio increased for isotropic composites. The unidirectional composite exhibited a highly anisotropic percolation behavior with respect to the fibre direction for both fibre normal and fixed length distribution. For the direction parallel to fiber, the electrical conductivity increased exponentially with the volume fraction and the exponent increased as the aspect ratio increased. However, the conductivity in the transverse direction exhibited a sharp transition, from zero to nearly the same level as parallel conductivity at the critical volume fraction. The percolation threshold for the transverse direction also increased with aspect ratio up to 20, above which it decreased in parabolic manner. Both the threshold volume fraction and transient increase in the conductivity for the transverse direction varied parabolically with aspect ratio, the maximum being an aspect ratio of 20. On the basis of the agreement we proposed a new percolation model to account for the electric percolation of conductive short fiber composites. The percolation behavior and electrical conductivity calculated by this formular showed good agreement with that of experimental results.
몬테 카를로 방법에의하여 부도체내에 단섬유를 등방향 및 단일방향으로 분포시킨, 도체-부도체 등방향 및 단일방향 복합재료에서 모양비와 체적비 그리고 각도의 변화에 따른 전기전도의 변화를 조사하였다. 등방향의 복합재료에서, 퍼콜레이션의 임계체적비는 섬유의 길이 변화에 따라서는 변하지 않았으며, 전기 전도도는 체적비의 변화에 따라 지수함수적으로 변하였고, 지수는 모양비의 증가에 따라 증가하는 경향을 보였다. 단일방향 복합재료에서는 섬유의 길이방향과 수직방향에 따라서 매우 다른 전기전도도의 변화 양상을 보였다. 섬유의 배열과 평행한 방향에서의 전기전도도는 체적비의 증가에 따라 지수함수적으로 증가 하였으며, 지수는 모양비의 증가에 따라 증가하였으나, 섬유의 배열과 수직한 방향에서의 전기전도도는 체적비의 증가에 따라 부도체의 전기전도도에서 평행방향의 전기전도도와 거의 같은 값을 가지는 불연속적인 변화를 보였다. 수직방향에서, 모양비의 증가에 따른 퍼콜레이션 임계 체적비 및 임계체적비에서의 도체-부도체의 전도도의 차이의 변화($\Delta \sigma$)는 모양비 20에서 최대치를 가지는 포물선 형태의 변화를 보였다. 단일방항 복합재료에서, 임계체적비의 변화에 따른 전기전도도의 모의 실험의 결과로 부터, 이를 설명할 수 있는 새로운 모델을 제시하였으며, 이는 실험의 결과와 매우 잘 일치하였다.
