This paper concentrates on the evaluation of microcracks in thermal damaged concrete on the basis of the nonlinear ultrasonic modulation technique. Since concrete structure exposed to high temperature accompanies the development of microcracks due to the physical and chemical changes from temperature and exposed time, the adoption of nonlinear approach is required. Instead of using the conventional ultrasonic nondestructive methods which have the limitation in evaluating excessive microcracks, accordingly, a nonlinear ultrasonic modulation method which shows better sensitivity in quantifying microcracks is introduced. Upon the analysis for the modulation of ultrasonic wave and low frequency impact to measure the nonlinearity parameter, which can be used as an indicator of thermal damage, the verification processes for the introduced technique are followed: SEM investigation and permeable pore space test are performed to characterize thermally induced microcracks in concrete, and ultrasonic pulse velocity tests are performed to confirm the outstanding sensitivity of nonlinear ultrasonic modulation technique. In advance, compressive strength of thermal damaged concrete is measured to represent the effect of microcracks on performance degradation. Correlation studies between experimental data and measured data show that nonlinear ultrasonic modulation technique can effectively be used to quantify thermally induced microcracks, and to estimate the compressive strength of thermally damaged concrete.
Jin, Xinghan;Haider, Muhammad Zeeshan;Park, Min-Woo;Hu, Jong-Wan
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.5
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pp.555-566
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2023
In this study, a composite phase change material (CPCM) produced using the SOL-GEL technique was developed as a thermal energy storage medium for low-temperature applications. Tetradecane and activated carbon (AC) were used as the core and supporting materials, respectively. The tetradecane phase change material (PCM) was impregnated into the porous structure of AC using the vacuum impregnation method, and a thin layer of silica gel was coated on the prepared composite using the SOL-GEL process, where tetraethyl orthosilicate (TEOS) was used as the silica source. The thermal performance of the CPCM was analysed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA). DSC results showed that the pure tetradecane PCM had melting and freezing temperatures of 6.4℃ and 1.3℃ and corresponding enthalpies 226 J/g and 223.8 J/g, respectively. The CPCM exhibited enthalpy of 32.98 J/g and 27.7 J/g during the melting and freezing processes at 7.1℃ and 2.4℃, respectively. TGA test results revealed that the AC is thermally stable up to 500℃, which is much higher than the decomposition temperature of the pure tetradecane, which is around 120℃. Moreover, in the case of AC-PCM and CPCM thermal degradation started at 80℃ and 100℃, respectively. The chemical stability of the CPCM was studied using Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and the results confirmed that the developed composite is chemically stable. Finally, the surface morphology of the AC and CPCM was analysed using scanning electron microscopy (SEM), which confirmed the presence of a thin layer of silica gel on the AC surface after the SOL-GEL process.
Automotive today has been transforming to an electronic product by adopting a lot of convenience and safety features, suggesting that joining materials and their mechanical reliabilities are getting more important. In this study, a Sn-Cu-Cr-Ca solder composition having a high melting temperature ($>230^{\circ}C$) was fabricated and its joint properties and reliability was investigated with an aim to evaluate the suitability as a joining material for electronics of engine room. Furthermore, mechanical properties change under complex environment were compared with several existing solder compositions. As a result of contact angle measurement, favorable spreadability of 84% was shown and the average shear strength manufactured with corresponding composition solder paste was $1.9kg/mm^2$. Also, thermo-mechanical reliability by thermal shock and vibration test was compared with that of the representative high temperature solder materials such as Sn-3.5Ag, Sn-0.7Cu, and Sn-5.0Sb. In order to fabricate the test module, solder balls were made in joints with ENIG-finished BGA and then the BGA chip was reflowed on the OPS-finished PCB pattern. During the environmental tests, resistance change was continuously monitored and the joint strength was examined after tests. Sn-3.5Ag alloy exhibited the biggest degradation rate in resistance and shear stress and Sn-0.7Cu resulted in a relatively stable reliability against thermo-mechanical stress coming from thermal shock and vibration.
The dielectric constants of fluorine-containing epoxy resins, 2-diglycidylether of benzotrifluoride(FER)/4,4'-diamino-diphenyl methane (DDM) and diglycidylether of bisphenol-A (DGEBA)/DDM systems were evaluated by dielectric spectrometer. Glass transition temperature and thermal stability factors, including initial decomposed temperature, temperatures of maximum rate of degradation, and decomposition activation energy of the cured specimens were investigated by dynamic mechanical analysis and thermogravimetric analysis. For the mechanical properties of the casting specimens, the fracture toughness, flexural, and impact tests were performed, and their fractured surfaces were examined by scanning electron microscope. The dielectric constant of FER/DDM system was lower than that of commercial DGEBA/DDM system, and the mechanical properties of the cured specimens showed higher values than those of DGEBA/DDM system. This was probably due to the introduction of trifluoromethyl (CF$_3$) group into the side chain of the epoxy resins, resulting in improving the electric and mechanical properties of the epoxy cure system studied.
In superconducting coil applications particularly in wet wound coils, coated conductor (CC) tapes are subjected to different type of stresses that could affect its electromechanical transport property. These include hoop stress acting along the length of the CC tape and the Lorentz force acting perpendicular to the CC tape's surface. Since the latter is commonly associated with the delamination problem of multi-layered REBCO CC tapes, more understanding and attention on the delamination phenomena induced in the case of coil applications are needed. Difference on the coefficient of thermal expansion (CTE) of each constituent layer of the CC tape, the bobbin, and the impregnating materials is the main causes of delamination in CC tapes when subjected to thermal and mechanical cycling. In the design of degradation-free superconducting coils, therefore, characterization of the delamination behaviors including mechanism and strength in the multi-layered REBCO CC tapes becomes a critical issue. Various trials to increase the delamination strength by improving interface characteristics at interlayers have been performed. In this study, in order to investigate the influences of laser cleaning and Ag annealing treated at the substrate side surface, transverse tensile tests were conducted under different sample configurations using $4.5mm{\times}8mm$ upper anvil. The mechanical delamination strength of differently processed CC samples was examined at room temperature (RT). As a result, the Sample 1 with the additional laser cleaning and Ag annealing processes and the Sample 2 with additional Ag annealing process only showed higher mechanical delamination strength as compared to the Sample 3 without such additional treatments. Sample 3 showed quite different behavior when the loading direction is to the substrate side where the delamination strength much lower as compared to other cases.
In this study, volatile compounds were isolated from traditional and commercial fermented soybean pastes according to different heating temperatures (room temperature, $50^{\circ}C$, $100^{\circ}C$) using headspace-solid phase microextraction (HS-SPME). The compounds were then analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). A total of 51 volatile components, including 18 esters, 3 alcohols, 6 acids, 8 pyrazines, 5 volatile phenols, 6 aldehydes, and 5 miscellaneous compounds, were identified. Esters and acids such as ethyl hexadecanoate, acetic acid, and 2/3-methyl butanoic acid were the largest groups among the quantified volatiles. By applying principal component analyses to the GCMS data sets, differences were observed in the volatile components of the soybean pastes as to the different heating temperatures. A large variation was shown between the volatile components of the traditional and commercial soybean pastes by increasing the heating temperature. Commercial samples had significantly higher levels of longer chain ethyl esters, aldehydes, and thermal degradation products such as maltol and 2-acetyl pyrrole, while traditional samples showed higher concentrations of acids and pyrazines.
Kim, W.;Park, S.J.;Baek, J.O.;Gong, H.J.;Ahn, B.H.
Elastomers and Composites
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v.43
no.2
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pp.82-87
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2008
In this study, nine kinds of polyimides were synthesized from 1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride (PMDA), 4,4'-(4,4'-isopropylidenediphenoxy)bis(phthalic anhydride) (BPADA), m-pheny lenediamine (m-PDA) and 4,4'-oxydianiline (ODA) by controlling molar ratio of monomers. Synthesized polyimides were used as insulator films for 2-layer Flexible Copper Clad Laminate(FCCL) which were manufactured by the casting method. Glass transition temperature and thermal degradation temperature for 5% weight loss of the polyimide film were improved by increasing contents of m-PDA and PMDA, respectively. Water absorption of polyimide film was reduced by increasing contents of ODA and BPADA which have relatively long structure, respectively. Peel strength of 2-layer FCCL was improved by increasing contents of ODA and BPADA.
In this study, for a radiator hose made of carbon black filled EPDM(ethylene-propylene diene monomer) rubber, a measuring method of crosslink density was established to analyze the aging behaviors under thermo-oxidative stresses. At $125^{\circ}C$, the crosslink density of the rubber specimens decreased slightly in the initial stage, but increased with increasing the aging time. Such variation in crosslink density was similar to that of tensile strength. This might be due to the formation of sulphoxide crosslinks as well as to additional crosslinks made by the reaction of unvalcunized sulfurs. A high temperature aging of rubber specimens at $180^{\circ}C$ caused a slight increase in crosslink density while it did a large decrease in tensile strength and elongation. With aging at high temperature, the formation of carbonyl groups in EPDM molecule chain and formation of sulphoxide crosslink, rather than the crosslink density variation itself, had a large influence on such changes in mechanical property.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.8
no.4
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pp.867-873
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2007
Thermal degradation characteristics of polypropylene and polystyrene have been studied in the thermogravimetric(TG) reactor and batch-type microreactor. The dynamic thermogravimetric curve of TG provided a valuable information about pyrolysis temperature. It was found that PS was thermally degraded at lower temperature of $30{\sim}50^{\circ}C$ than PP. It was found that the yield and molecular weight of liquid product in the microreactor were decreased with the increase of reaction temperature and time in the case of PP. The production of styrene monomer was significantly increased by the promotion of depolymerization with the increase of temperature and time. The chain-end scission rate parameters were determined to be 50.0 kcal/mole of PP, 45.2 kcal/mole of PS by the Arrhenius plot.
Thermal behavior of poly (methyl methacrylate) was analyzed in the presence of tin (IV) chloride. Five different proportions - polymer to additive - were selected for casting films from common solvent. TG, DTG and DTA were employed to monitor thermal degradation of the systems. IR and py-GC-MS helped identify the decomposition products. The blends start degrading at a temperature lower than that of the neat polymer and higher than that of the pure additive. Complex formation between tin of additive and carbonyl oxygen (pendent groups of MMA units) was noticed in the films soon after the mixing of the components in the blends. The samples were also heated at three different temperatures to determine the composition of residues left after the expulsion of volatiles. The polymer, blends and additive exhibited a one step, two-step and three-step degradation, respectively. $T_0$ is highest for the polymer, lowest for the additive and is either $60^{\circ}C$ or $70^{\circ}C$ for the blends. The amount of residue increases down the series [moving from blend-1 (minimum additive concentration) to blend-5 (maximum additive concentration)]. For blend-1, it is 7% of the original mass whereas it is 16% for blend-5. $T_{max}$ also goes up as the concentration of additive in the blends is elevated. The complexation appears to be the cause of observed stabilization. Some new products of degradation were noted apart from those reported earlier. These included methanol, isobutyric acid, acid chloride, etc. Molecular-level mixing of the constituents and "positioning effect" of the additive may have brought about the formation of new compounds. Routes are proposed for the appearance of these substances. Horizontal burning tests were also conducted on polymer and blends and the results are discussed. Activation energies and reaction orders were calculated. Activation energy is highest for the polymer, i.e., 138.9 Kcal/mol while the range for blends is from 51 to 39 Kcal/mol. Stability zones are highlighted for the blends. The interaction between the blended parts seems to be chemical in nature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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