• Geomechanics and Engineering
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• 제18권5호
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• pp.535-543
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• 2019

Building on/with expansive soils with no treatment brings complications. Compacted expansive soils specifically fall short in satisfying the minimum requirements for transport embankment infrastructures, requiring the adoption of hauled virgin mineral aggregates or a sustainable alternative. Use of hauled aggregates comes at a high carbon and economical cost. On average, every 9m high embankment built with quarried/hauled soils cost $12600MJ.m^{-2}$ Embodied Energy (EE). A prospect of using mixed cutting-arising expansive soils with industrial/domestic wastes can reduce the carbon cost and ease the pressure on landfills. The widespread use of recycled materials has been extensively limited due to concerns over their long-term performance, generally low shear strength and stiffness. In this contribution, hydromechanical properties of a waste tyre sand-sized rubber (a mixture of polybutadiene, polyisoprene, elastomers, and styrene-butadiene) and expansive silt is studied, allowing the short- and long-term behaviour of optimum compacted composites to be better established. The inclusion of tyre shred substantially decreased the swelling potential/pressure and modestly lowered the compression index. Silt-Tyre powder replacement lowered the bulk density, allowing construction of lighter reinforced earth structures. The shear strength and stiffness decreased on addition of tyre powder, yet the contribution of matric suction to the shear strength remained constant for tyre shred contents up to 20%. Reinforced soils adopted a ductile post-peak plastic behaviour with enhanced failure strain, offering the opportunity to build more flexible subgrades as recommended for expansive soils. Residual water content and tyre shred content are directly correlated; tyre-reinforced silt showed a greater capacity of water storage (than natural silts) and hence a sustainable solution to waterlogging and surficial flooding particularly in urban settings. Crushed fine tyre shred mixed with expansive silts/sands at 15 to 20 wt% appear to offer the maximum reduction in swelling-shrinking properties at minimum cracking, strength loss and enhanced compressibility expenses.

• Composites Research
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• 제32권5호
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• pp.290-295
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• 2019

본 연구에서는 액화 천연 가스 운반선 단열 시스템에 적용되는 폴리우레탄 폼(Polyurethane foam, PUF)의 열적 성능 및 내충격성을 향상시키기 위한 목적으로, PUF에 복합 단열 매트를 보강하였다. 복합 단열 매트는 극저온 환경에서 운용이 가능한 케블라, 에어로겔, 그리고 크라이오겔 매트를 선정하였다. 열적 성능은 $20^{\circ}C$의 상온에서 열전도율을 측정하였으며, 내충격성은 $20^{\circ}C$의 상온 및 $-163^{\circ}C$의 극저온에서 30 J의 충격에너지로 낙하 충격 시험을 수행하여 측정하였다. 측정된 열전도율은 유효 열전도율 이론 값을 통해 보강되지 않은 PUF와 비교하였으며, 내충격성은 접촉력, 접촉 시간, 그리고 흡수에너지를 평가하였다. 실험 결과 크라이오겔 복합 매트 보강 시 가장 우수한 열적 성능을 나타났으며, 내충격성은 에어로겔 복합 매트 보강 시 가장 우수하게 나타났다.

• 공업화학
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• 제22권4호
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• pp.439-443
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• 2011

수산화마그네슘이 첨가된 저밀도 폴리에틸렌-에틸렌 비닐 아세테이트 혼합물의 연소성을 시험하였다. 저밀도 폴리에틸렌-에틸렌 비닐 아세테이트에 수산화마그네슘을 40~80 wt% 첨가하여 용융 혼합하고 성형 후 콘칼로리미터(ISO 5660-1)를 이용하여 그의 연소성을 시험하였다. 수산화마그네슘을 첨가한 시험편은 첨가하지 않은 시험편에 비하여 그의 연소성이 감소하였다. 이것은 순수한 저밀도 폴리에틸렌-에틸렌 비닐 아세테이트에 첨가한 수산화마그네슘의 흡열 분해 때문에 연소 억제성이 향상된 것으로 생각된다. 수산화마그네슘을 첨가한 시험편은 첨가하지 않은 시험편에 비해 낮은 최대열방출률과 낮은 유효연소열을 나타내었고, 수산화마그네슘 함량이 증가할수록 착화시간은 길어지고, 최대열방출률은 감소하였다.

• Tissue Engineering and Regenerative Medicine
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• 제15권6호
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• pp.673-697
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• 2018

BACKGROUND: Cartilage tissue engineering (CTE) aims to obtain a structure mimicking native cartilage tissue through the combination of relevant cells, three-dimensional scaffolds, and extraneous signals. Implantation of 'matured' constructs is thus expected to provide solution for treating large injury of articular cartilage. Type I collagen is widely used as scaffolds for CTE products undergoing clinical trial, owing to its ubiquitous biocompatibility and vast clinical approval. However, the long-term performance of pure type I collagen scaffolds would suffer from its limited chondrogenic capacity and inferior mechanical properties. This paper aims to provide insights necessary for advancing type I collagen scaffolds in the CTE applications. METHODS: Initially, the interactions of type I/II collagen with CTE-relevant cells [i.e., articular chondrocytes (ACs) and mesenchymal stem cells (MSCs)] are discussed. Next, the physical features and chemical composition of the scaffolds crucial to support chondrogenic activities of AC and MSC are highlighted. Attempts to optimize the collagen scaffolds by blending with natural/synthetic polymers are described. Hybrid strategy in which collagen and structural polymers are combined in non-blending manner is detailed. RESULTS: Type I collagen is sufficient to support cellular activities of ACs and MSCs; however it shows limited chondrogenic performance than type II collagen. Nonetheless, type I collagen is the clinically feasible option since type II collagen shows arthritogenic potency. Physical features of scaffolds such as internal structure, pore size, stiffness, etc. are shown to be crucial in influencing the differentiation fate and secreting extracellular matrixes from ACs and MSCs. Collagen can be blended with native or synthetic polymer to improve the mechanical and bioactivities of final composites. However, the versatility of blending strategy is limited due to denaturation of type I collagen at harsh processing condition. Hybrid strategy is successful in maximizing bioactivity of collagen scaffolds and mechanical robustness of structural polymer. CONCLUSION: Considering the previous improvements of physical and compositional properties of collagen scaffolds and recent manufacturing developments of structural polymer, it is concluded that hybrid strategy is a promising approach to advance further collagen-based scaffolds in CTE.

• Composites Research
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• 제34권1호
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• pp.51-56
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• 2021

석탄 핏치의 전구체인 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크흑연을 제조할 수 있는 가능성을 검토하고자 하였다. 충전재로 천연흑연을 이용하였으며, 천연흑연과 콜타르를 혼합 및 성형한 후 탄화 열처리를 실시하였다. 탄화 열처리 후 함침-재탄화를 5회 실시하여 밀도, 기공율, 압축강도, 그리고 이방성비를 측정하였다. 탄화체의 최고 밀도는 1.76 g/㎤였고, 기공율은 최소 15.6%로써 공정 제어에 의해 조절이 가능하였다. 압축강도는 최고 20.3 MPa이 얻어졌다. 탄화체의 이방비는 최대 0.34로써 강한 이방성 탄화체를 얻을 수 있었다. 따라서 콜타르를 바인더 및 함침재로 이용하여 벌크 형태의 인조흑연 제조가 가능하다는 것을 확인하였다. 또한 탄화체의 이방성을 조절하여 전기적, 기계적 방향 특성을 조절한다면 적절한 재료 설계를 통하여 다양한 분야에 응용할 수 있을 것이라 판단된다.

• Steel and Composite Structures
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• 제43권1호
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• pp.91-106
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• 2022

This paper has focused on presenting a three dimensional theory of elasticity for free vibration of 3D-graphene foam reinforced polymer matrix composites (GrF-PMC) cylindrical panels resting on two-parameter elastic foundations. The elastic foundation is considered as a Pasternak model with adding a Shear layer to the Winkler model. The porous graphene foams possessing 3D scaffold structures have been introduced into polymers for enhancing the overall stiffness of the composite structure. Also, 3D graphene foams can distribute uniformly or non-uniformly in the shell thickness direction. The effective Young's modulus, mass density and Poisson's ratio are predicted by the rule of mixture. Three complicated equations of motion for the panel under consideration are semi-analytically solved by using 2-D differential quadrature method. The fast rate of convergence and accuracy of the method are investigated through the different solved examples. Because of using two-dimensional generalized differential quadrature method, the present approach makes possible vibration analysis of cylindrical panels with two opposite axial edges simply supported and arbitrary boundary at the curved edges. It is explicated that 3D-GrF skeleton type and weight fraction can significantly affect the vibrational characteristics of GrF-PMC panel resting on two-parameter elastic foundations.

• Composites Research
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• 제21권1호
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• pp.16-21
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• 2008

일반적인 아미드형 가교제(HD)를 함유한 에폭시 수지의 가교거동을 캐슈너트 외피유(CNSL) 및 CNSL-포름알데하이드 수지(CFR) 그리고 피마자유 존재 하에서 시차열량계(DSC)를 이용하여 조사하였다. 가교반응에 대한 활성화 에너지를 여러 가지 가열속도에서 비등온 DSC 열량그래프로부터 계산하였다. 피마자유 존재 하에서 에폭시 수지의 가교는 1단계 반응을 나타낸 반면 CNSL 및 CFR 존재 하에서는 2단계 가교거동을 나타내었다. 즉, 에폭시 수지/CNSL(혹은 CFR)/HD 블렌드의 경우 경쟁적인 가교반응이 나타났다. HD가 없는 에폭시 수지/CNSL(혹은 CFR) 블렌드의 경우 CFR 시스템이 CNSL보다 낮은 가교엔탈피 값을 나타내었고, CNSL 및 CFR 함량이 증가할수록 가교활성화 에너지는 증가하였다.

• Composites Research
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• 제22권5호
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• pp.1-7
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• 2009

WR580/NF4000 유리섬유 에폭시 면재를 갖는 알루미늄 하니컴 샌드위치 복합재가 적용된 자동무인경전철 차체 구조물은 구조 시험과 유한요소 해석에 의해 평가되었다. 구조 시험은 JIS E 7105 규정에 따라 수행되었다. 차체 구조물의 추조 안전성은 다이얼 게이지와 가속도 센서를 통해 얻어진 처짐 및 고유진동수 결과에 의해 평가되었다. 그리고 제안된 유한요소 모델은 구조 시험 결과와 비교 되었으며, 유한요소 해석은 구조 시험과 잘 일치함을 보였다. 또한, 차제 구조물의 강성을 높이기 위해 언더프레임에 보강재가 적용된 모델은 설계단계에서 제안되었다. 보강된 언더프레임 모델을 갖는 복합재 차체 구조물은 구조 강성이 약 44%가 향상되었다.

• Composites Research
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• 제21권1호
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• pp.40-45
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• 2008

자동차용 유압브레이크 고무호스 어셈블리 제품은 자동차에 장착되어 실제로 사용 중에 가압, 굽힘, 비틀림, 열하중 등의 복합적인 스트레스를 받는다. 고무호스의 재질은 EPDM(ethylene-propylene diene monomer)고무와 PVA(polyvinyl acetate)섬유 보강층 그리고 중간고무로 NR(natural rubber)고무가 사용되고 있다. 고무호스 어셈블리 제품의 내구성과 파괴 메커니즘을 조사하기 위해 굽힘과 비틀림의 반복하중 사이클 수가 10만, 20만, 30만, 40만, 최종파열 사이클 수까지 되도록 시험하였다. 유압브레이크 고무호스의 초기크랙 발생을 알아보기 위해 제품 시험편을 다이아몬드 휠커터를 이용하여 수직 절단하여 폴리싱한 후 광학현미경과 주사형 전자현미경(SEM)으로 단면을 관찰하였다. 40만 사이클의 피로하중을 받은 시험편을 보면 외면고무와 PVA섬유 사이의 계면을 따라 길이 1mm의 층간분리가 일어났으며, 이러한 손상은 외면고무의 표피층으로 균열을 진전시켜 고무호스를 최종적으로 찢어지게 하는 것이다.

• Composites Research
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• 제20권3호
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• pp.50-54
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• 2007

본 연구에서는 IPMC의 기본적인 기계적 특성을 알아보았다. 기전폴리머의 한 종류인 IPMC는 굽힘형 작동, 가벼움, 저전력 소모, 유연성 등의 많은 장점을 가진 재료이다. 따라서 IPMC는 생체모방형 작동기와 센서로서 많은 가능성을 가지고 있다. 이런 가능성을 바탕으로 IPMC를 실제로 응용하기 위하여 IPMC의 변형, 구동력, 주파수 응답 등 기본적인 기계적 특성을 연구하였다. 우선 이온교환폴리머의 한 종류인 네피온 용액을 사용하여 여러 가지 두께의 네피온 막을 만들고, 무전해 도금을 통해 IPMC를 제작하였다. 이렇게 제작된 IPMC의 규격, 인가 전압에 따른 변형, 구동력, 주파수 응답 특성에 관한 실험을 수행하고, 실험 결과를 통해 IPMC 성능의 실험식과 등가 강성 모델을 수립하였다.