This paper presents the mix composition, production method, and curing condition applied to the extruded ECC(Engineered Cementitious Composite) panel which are able to exhibit multiple cracking and potential pseudo strain-hardening behavior. In addition to the production technique of extruded ECC panel, the effect of fiber distribution characteristics, which are uniquely created by applying extrusion process, on the flexural behavior of the panel is also focussed. In order to demonstrate fiber distribution, a series of experiments and analyses, including image processing/analysis and micro-mechanical analysis, was performed. The optimum mix composition of extruded ECC panel was determined in terms of water matrix ratio, the amount of cement, ECC powder, and silica powder. It was found that flexural behavior of extruded ECC panel was highly affected by the slight difference in mix composition of ECC panel. This is mainly because the difference in mix composition results in the change of micro-mechanical properties as well as fiber distribution characteristics, represented by fiber dispersion and orientation. In terms of the average fiber orientation, the fiber distribution was found to be similar to the assumption of two dimensional random distribution, irrespective of mix composition. In contrast, the probability density function for fiber orientation was measured to be quite different depending on the mix composition.
Polymeric films for gas barrier applications such as food packaging and electronic devices have attracted great interest due to their cheap, light and easy processability among gas barrier materials. Especially in electronic devices, extremely low gas permeance is necessary for maintaining the device performance. However, current polymeric barrier films still suffer from relatively high gas permeance than other materials. Therefore, there have been strong needs to enhance the gas barrier performance of polymeric barrier films while keep their own advantages. Recently, graphene is highlighted as a 2D-layered material for gas barrier applications. However, owing to the poor workability and difficulty to produce in engineering scale, graphene oxide (GO) is on the rise. GO consists of oxygen-containing functional groups on surface with intrinsic 2D-layered structure and high aspect ratio, and it can be well-dispersed in aqueous polar solvents like water, resulting in scalable mass production. Here, we prepared GO incorporated polyimide (PI) nanocomposites. PI is widely used barrier polymer with high mechanical strength and thermal and chemical stability. We demonstrated that PI/GO nanocomposites could perform as a gas barrier. Furthermore, surfactants (Triton X-100 (TX) and Sodium deoxycholate (SDC)) are introduced to enhance the gas barrier performance by improving the degree of dispersion of GO in PI matrix. As a result, TX enhanced the gas barrier performance of PI/GO nanocomposites which is similar to predicted value. This finding will provide new insight to polymer nanocomposites for gas barrier applications.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.11
no.6
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pp.530-537
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2011
The purpose of this study is to examine material performance of fiber reinforced cement composite for mass production. It is necessary to manufacture SHCC(Strain Hardening Cement Composite) by batch plant for field application and mass production. For the study, a mock-up test of SHCC manufactured in the batch plant was conducted, and the performance was compared with SHCC manufactured in the laboratory. Assessment items were freshness and hardening properties. Specifically, direct tensile test machine was used for performance verification of SHCC. As a result, there was a tendency of less satisfactory fiber dispersion and performance of strain hardening compared with the performance of SHCC manufactured in the laboratory. To address this, dry mixing and mortar mixing time should be increased compared to laboratory mixing, and injection time of an agent such as a water reducing agent should be properly controlled according to mixing combination, or the capacity to secure dispersion and homogeneity of material.
Curing behavior and interfacial properties were evaluated using electrical resistance measurement and tensile/compressive fragmentation test. Electrical resistivity difference (${\Delta}R$) during curing process was not observed in a bare carbon fiber. On the other hand, ${\Delta}R$ appeared due to the matrix contraction in single-carbon fiber/epoxy composite. Logarithmic electrical resistivity of the untreated single-carbon fiber composite increased suddenly to the infinity when the fiber fracture occurred under tensile loading, whereas that of the ED composite reached relatively broadly up to the infinity. Comparing to the untreated case, interfacial shear strength (IFSS) of the ED treated composite increased significantly in both tensile fragmentation and compressive Broutman test. Microfailure modes of the untreated and the ED treated fiber composite showed the debonding and the cone shapes in tensile test, respectively. For compressive test, fractures of diagonal slippage were observed in both untreated and the ED treated composite. Sharp-end shape fractures exhibited in the untreated composite, whereas relatively dull fractures showed in the ED Heated composite. It is proved that ED treatments affected differently on the interfacial adhesion and microfailure mechanism under tensile/compressive tests.
The mechanical properties and morphologies of cellulose blends with two different additives were compared. Poly (vinyl alcohol) (PVA) of ethylene glycol (EG) were used as additives in the formation of cellulose blends through the solution blending. The properties of blends were varied with the additive content in the polymer matrix. The ultimate tensile strength and initial modulus of the cellulose blends were highest for a blend PVA content of 30 wt% and for a blend EG content of 10 wt%, respectively. Ternary blended systems of composition of cellulose/PVA (70/30=w/w)/EG were also prepared by the solution blending method with different EG contents. The mechanical properties of these systems were found to be optimal for EG contents of up to 40 wt%. The mechanical properties of the cellulose ternary blend films were superior to those of the cellulose binary blend films. The oxygen permeability transmission rate ($O_2TR$) monotonically decreased with increasing EG content in the ternary blend films. Overall, the mechanical properties of the cellulose blend films were found to be better than those of pure cellulose films.
It has been well known that concrete structures exposed to acid and sulfate environments such as sewer, sewage and wastewater, soil, groundwater, and seawater etc. show significant decrease in their durability due to chemical attack. Such deleterious acid and sulfate attacks lead to expansion and cracking in concrete, and thus, eventually result in damage to concrete matrix by forming expansive hydration products due to the reaction between portland cement hydration products and acid and sulfate ions. Objectives of this experimental research are to investigate the effect of mineral admixtures on the resistance to acid and sulfate attack in concrete and to suggest high-resistance concrete mix against acid and sulfate attack. For this purpose, concretes specimens with three types of cement (ordinary portland cement (OPC), binary blended cement (BBC), and ternary blended cement (TBC) composed of different types and proportions of admixtures) were prepared at water-biner ratios of 32% and 43%. The concrete specimens were immersed in fresh water, 5% sulfuric acid, 10% sodium sulfate, and 10% magnesium sulfate solutions for 28, 56, 91, 182, and 365 days, respectively. To evaluate the resistance to acid and sulfate for concrete specimens, visual appearance changes were observed and compressive strength ratios and mass change ratios were measured. It was observed from the test results that the resistance against sulfuric acid and sodium sulfate solutions of the concretes containing mineral admixtures were much better than that of OPC concrete, but in the case of magnesium sulfate solution the concretes containing mineral admixtures was less resistant than OPC concrete due to formation of magnesium silicate hydrate (M-S-H) which is non-cementitious.
$Si_{3}N_{4}$-BN based machinable ceramics were fabricated by hot-pressing at $1800^{\circ}C$ for 2 h under a pressure of 25 MPa. The microstructure, mechanical properties, and machinability were investigated. With increasing h-BN content from 5 vol% to 30 vol%, three point flexural strength decreased from 1000 MPa of monolithic S $i_3$$N_4$ to 720~400 MPa. The fracture toughness, $K_{IC}$ , was decreased from 7.6 MPaㆍ$m^{1/2}$ of monolithic S $i_3$$N_4$ to 6.5~4.1 MPaㆍ$m^{1/2}$. The grain size and aspect ratio of $\beta$-S $i_3$$N_4$ slightly decreased with increasing h-BN content. S $i_3$$N_4$ monolith could not be machined due to brittle fracture, but S $i_3$$N_4$-BN based machinable ceramics could be machined without fracture, showing excellent machinability. With increasing h-BN content, the thurst force during cutting and micro-drilling process was decreased.
Inorganic shell powder waste was added to recycled polypropylene(COPP), and its effect on the mechanical properties and flammability was investigated. Compatibilizer(Polytail H) was added to improve mechanical properties of COPP/shell composites. Also three different flame retardants($Al_2O_3$, DBDPO, $Sb_2O_3$) were added to improve flammability. Experimental results indicated that addition of compatibilizer resulted in an improved mechanical properties, and especially impact strength approached that of 100 wt% COPP. Addition of flame retardant did not result in decreased mechanical properties. UL-94 flammability test indicated that COPP/shell composite did not show good flame retardancy, however, in the case of COPP/shell composites containing flame retardant showed good flammability. flammability was found $Sb_2O_3>Al_2O_3>DBDPO$ in this order. Finally, UL-94 V-0 grade was found in COPP/shell composite with $Al_2O_3$, compatibilizer, and 40 wt% shell, and COPP/shell composites with $Sb_2O_3$.
Lee, Yong-Sung;Shin, Ki-Hoon;Cheong, Seong-Kyun;Choi, Ung-Jae;Kim, Young-Keun;Park, Kyung-Rea;Kim, Hong Seok
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.1
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pp.121-127
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2013
With the continuing demand for lightweight bicycles, carbon fiber composite materials have been widely used in manufacturing bicycle frames and components. Unlike general isotropic materials, the structural characteristics of composite materials are strongly influenced by the staking directions and sequences of composite laminates. Thus, to verify the design process of bicycles manufactured using composites, structural analysis is considered essential. In this study, a carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) bicycle frame was designed and its structural behavior was investigated using finite element analysis (FEA). By measuring the failure indices of the fiber and matrix under various stacking sequences and loading conditions, the effect of the stacking condition of composite laminates on the strength of the bicycle structure was examined. In addition, the structural safety of the bicycle frame can be enhanced by reinforcing weak regions prone to failure using additional composite laminates.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.23
no.2
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pp.37-43
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2019
This study investigated electrical conductivity, electromagnetic shielding effectiveness, and mechanical property to improve electromagnetic shielding performance of high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC). Steel fiber, steel slag and carbon black as a conductive material were incorporated into the HPFRCC mixes. In addition, 2% CNT solution which was produced by dispersing multi-wall carbon nanotube (MWCNT) into water was used as a conductive material. In the test results, electrical conductivity of HPFRCC specimens was very low except for the specimen incorporating 1% carbon black. Micro structure of cement matrix was changed as the curing time increased, which negatively affected the conductive network of HPFRCC. In case of HC1 specimen showing a conductive network (0.083 S/cm), the electrical conductivity of the specimen after being dried at $60^{\circ}C$ for 72 hours to exclude the effect of water on electrical conductivity was significantly reduced to 0.0003 S/cm. The most important parameter of electromagnetic shielding effect was found to be a steel fiber while the effect of carbon black and steel slag was very few. The correlation between electrical conductivity and electromagnetic shielding effect does not seem to be clear.
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