This study is aimed to investigate the electrically conductive properties of epoxy nanocomposites exposed to an acidic environment under various mechanical loads. For simultaneous assessment of the acidic environment and mechanical load on the electrical conductivity of the samples, the samples with and without carbon nanotubes were exposed to the acidic environment under three different loading conditions for 20 days. Then, the aged samples' strength and flexural stiffness degradation under crude oil and bending stress were measured using a three-point flexural test. The aged samples in the acidic environment and under 80 percent of their intact ultimate strength revealed a 9% and 26% reduction of their electrical conductivity for samples with and without CNTs, respectively. The presence of nanoparticles declined flexural stiffness by about 16.39%. Scanning electron microscopy (SEM) images of the specimen were used to evaluate the dispersion quality of CNTs. The results of this study can be exploited in constructing conductive composite electrodes to be used in petroleum environments such as crude oil electrostatic tanks.
International Journal of Aerospace System Engineering
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제7권1호
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pp.16-20
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2020
The recent trend is increasing towards the usage of polymer matrix composites since they have a wide variety of applications. They have applications in the field of aircraft and space industry, sporting goods, medical devices, marine and automotive applications and also in commercial usage. The most commonly used fibre-reinforced polymer matrix composite is Glass fibre reinforced epoxy (GFRE) composite which is used in aviation, sports and automotive industries. However, the strength of GFRE composites is not adequate for structural applications. Therefore, the current research focuses on increasing the strength of GFRE composites by reinforcing with micro Graphite (Gr) particulates. The Gr used is an ultra-fine powder with particle size 250 ㎛. Gr is known to have good wear resistance, thermal conductivity and can operate at high temperatures. Gr particulates are mixed with the epoxy matrix in various weight ratios. Hand-lay technique is used for fabricating the composites. Mechanical properties such as tensile strength, elongation, compressive strength and flexural strength are obtained experimentally to study the effect of change in Gr content (0-5 wt. %). The tests were done as per ASTM standards.
Denise-Penelope N. Kontoni;Behnaz Jahangiri;Ahmad Dalvand;Mozafar Shokri-Rad
Advances in concrete construction
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제15권1호
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pp.23-39
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2023
One of the important problems of concrete placing is the concrete compaction, which can affect the strength, durability and apparent quality of the hardened concrete. Therefore, vibrating operations might be accompanied by much noise and the need for training the involved workers, while inappropriate functioning can result in many problems. One of the most important methods to solve these problems is to utilize self-compacting cementitious composites instead of the normal concrete. Due to their benefits of these new materials, such as high tensile, compressive, and flexural strength, have drawn the researchers' attention to this type of cementitious composite more than ever. In this experimental investigation, six mixing designs were selected as a base to acquire the best mechanical properties. Moreover, forty-eight rectangular composite panels with dimensions of 300 mm × 400 mm and two thickness values of 30 mm and 50 mm were cast and tested to compare the flexural and impact energy absorption. Steel fibers with volume fractions of 0%, 0.5% and 1% and with lengths of 25 mm and 50 mm were imposed in order to prepare the required cement composites. In this research, the composite panels with two thicknesses of 30 mm and 50 mm, classified into 12 different groups, were cast and tested under three-point flexural bending and repeated drop weight impact test, respectively. Also, the examination and comparison of flexural energy absorption with impact energy absorption were one of the other aims of this research. The obtained results showed that the addition of fibers of longer length improved the mechanical properties of specimens. On the other hand, the findings of the flexural and impact test on the self-compacting composite panels indicated a stronger influence of the long-length fibers.
The thermal shock properties of SiC materials were investigated for high temperature applications. In particular, the effect of thermal shock temperature on the flexural strength of SiC materials was evaluated, in conjunction with a detailed analysis of their microstructures. The efficiency of a nondestructive technique using ultrasonic waves was also examined for the characterization of SiC materials suffering from a cyclic thermal shock history. SiC materials were fabricated by a liquid phase sintering process (LPS) associated with hot pressing, using a commercial submicron SiC powder. In the materials, a complex mixture of $Al_2O_3$ and $Y_2O_3$ powders was used as a sintering additive for the densification of the microstructure. Both the microstructure and mechanical properties of the sintered SiC materials were investigated using SEM, XRD, and a three point bending test. The SiC materials had a high density of about 3.12 Mg/m3 and an excellent flexural strength of about 700 MPa, accompanying the creation of a secondary phase in the microstructure. The SiC materials exhibited a rapid propagation of cracks with an increase in the thermal shock temperature. The flexural strength of the SiC materials was greatly decreased at thermal shock temperatures higher than $700^{\circ}C$, due to the creation of microcracks and their propagation. In addition, the SiC materials had a clear tendency for a variation in the attenuation coefficient in ultrasonic waves with an increase in thermal shock cycles.
The present work dealt with the high temperature thermal shock properties of 316 stainless steels, in conjunction with a detailed analysis of their microstructures. In particular, the effects of the thermal shock temperature difference and thermal shock cycle number on the properties of 316 stainless steels were investigated. A thermal shock test for 316 stainless steel was carried out at thermal shock temperature differences from $300^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$. The cyclic thermal shock test for the 316 stainless steel was performed at a thermal shock temperature difference of $700^{\circ}C$ up to 100 cycles. The characterization of 316 stainless steels was evaluated using an optical microscope and a three-point bending test. Both the microstructure and flexural strength of 316 stainless steels were affected by the high-temperature thermal shock. The flexural strength of 316 stainless steels gradually increased with an increase in the thermal shock temperature difference, accompanied by a growth in the grain size of the microstructure. However, a thermal shock temperature difference of $800^{\circ}C$ produced a decrease in the flexural strength of the 316 stainless steel because of damage to the material surface. The properties of 316 stainless steels greatly depended on the thermal shock cycle number. In other words, the flexural strength of 316 stainless steels decreased with an increase in the thermal shock cycle number, accompanied by a linear growth in the grain size of the microstructure. In particular, the 316 stainless steel had a flexural strength of about 500 MPa at 100 thermal-shock cycles, which corresponded to about 80% of the strength of the as-received materials.
The aims of this study were to determine mechanical properties of steel-fiber reinforced concrete under splitting tensile, flexural and compressive loading, and thus to improve the possible applications of concrete. The major factors experimentally investigated in this study were the fiber content and the length and the diameter of fibers. The major results obtained are summarized as follows : 1.The strength, strain, elastic modulus and energy obsorption capability of steel-fiber reinforced concrete under splitting tensile loading were significantly improved by increasing the fiber content or the aspect ratio. 2.The flexural strength, central deflection, and flexural toughness of steel4iber reinforced beams were significantly improved by increasing the fiber content or the aspect ratio. And flexural behavior characteristic was good at the aspect ratio of about 60 to 75. 3.The strength, strain, and energy absorption capability in compression were increased with the increase of the fiber content. These effects were not so sensitive to the aspect ratio. The energy absorption capability was improved only slightly with the increase of the fiber length. 4.The elastic modulus, transverse strains, and poisson's ratios in compression were not influenced by the fiber content. 5.The steel-fibers were considered to be appropriated as the materials covering the weakness of concrete because the mechanical properties of concrete in tension and flexure were significantly improved by steel-fiber reinforcement.
The mechanical properties of fiber reinforced porous concrete for use as a planting material were investigated in this study. Changes in physical and mechanical properties, subsequent to the addition of carbon fiber and silica fume, were studied. The effects of recycled aggregate were also evaluated. The applicability as planting work concrete material was also assessed. The results showed that there were no remarkable changes in the void and strength characteristics following the increase in proportion of recycled aggregate. Also, the mixture with 10% silica fume was found to be the most effective for strength enforcement. The highest flexural strength was obtained when the carbon fiber was added with $3\%$. It was also noticed that PAN-derived carbon fiber was superior to Pitch-derived ones in view of strength. The evaluation of its usage for vegetation showed that the growth of plants was directly affected by the existence of covering soil, in case of having the similar size of aggregate and void.
Environmental problems caused by extensive use of polymeric materials arise mainly due to lack of landfill space and depletion of finite natural resources of fossil raw materials like petroleum or natural gas. The substitution of synthetic petroleum-based resins with natural biodegradable resins appears to be one appropriate measure to remedy the above-mentioned situation. This study presents the development of a composite that uses environmentally degradable starch-based resin as matrix and natural mineral basalt fibres as reinforcement, and investigates the fibre's and the composite's mechanical properties. The tensile strength of single basalt fibres was verified by means of single fibre tensile tests and statistically investigated by means of a Weibull analysis. Prepreg sheets were manufactured by means of a modified doctor blade system and hot power press. The sheets were used to manufacture specimens with fibre volume contents ranging from 33% to 61%. Specimens were tested for tensile strength, flexural strength and interlaminar shear strength. Composites manufactured during this study exhibited tensile and flexural strength of up to 517 MPa and 157 MPa, respectively.
The flexural strength of $MoSi_2$ based composites reinforced with Nb sheets has been investigated, based on the detailed examination of their microstructure and fractured surface. Both sintered density and porosity of Nb/$MoSi_2$ composites were also examined. Nb/$MoSi_2$ composites were fabricated by different conditions such as temperature, applied pressure and its holding time, using a hot-press device. The volume fraction of Nb sheet in this composite system was fixed as 10%. The characterization of Nb/$MoSi_2$ composites were investigated by means of optical microscopy, scanning electron microscope and three point bending test. Nb/$MoSi_2$ composites represented a dense morphology at the interfacial region, accompanying the creation of two types of reaction layer by the chemical reaction of Nb and $MoSi_2$. Nb/$MoSi_2$ composites possessed an excellent density at the fabricating temperature of $1350^{\circ}C$, corresponded to about 95% of theoretical density. The flexural strength of Nb/$MoSi_2$ romposites were greatly affected by the pressure holding time at the same fabricating temperature, owing to the large suppression of porosity in the microstructure. Especially, Nb/$MoSi_2$ composites represented a good flexural strength of about 310 MPa at the fabricating condition of $1350^{\circ}C$, 30MPa and 60min, accompanying the pseudo-ductile fracture behavior by the deformation of Nb sheet and the interfacial delamination.
Cordierite composed of an alumina-silica-magnesia compound has a low coefficient of thermal expansion(CTE) and excellent thermal shock resistance. It also has a low dielectric constant and high electrical insulation. However, due to low mechanical strength, it is limited for use in a ceramic heater. In this study, $ZrO_2$ is added to an 80 wt% cordierite-20 wt% mullite composition, and the effect of $ZrO_2$ addition on the mechanical strength and thermal shock resistance is investigated. With an increasing addition of $ZrO_2$, cordierite-mullite formed $ZrO_2$, $ZrSiO_4$ and spinel phases. With sintering conducted at $1400^{\circ}C$ with the addition of 5 wt% $ZrO_2$ to 80 wt% cordierite-20 wt% mullite, the most dense microstructure forms along with an excellent mechanical strength with a 3-point flexural strength of 238MPa. When this composition is quenched in water at ${\Delta}T=400^{\circ}C$, the 3-point flexural strength is maintained. Moreover, when this composition is cooled from $800^{\circ}C$ to air, the 3-point flexural strength is maintained even after 100 cycles. In addition, the CTE is measured as $3.00{\times}10^{-6}{\cdot}K^{-1}$ at $1000^{\circ}C$. Therefore, 80 wt% cordierite-20 wt% mullite with 5 wt% $ZrO_2$ is considered to be appropriate as material for a ceramic heater.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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