Yarn irregularity parameterisation using optical sensors

This paper presents an original system to measure yarn diameter using coherent optical signal processing to eliminate the influence of hairiness over the output signal. The system consists of optical hardware to produce an image which characterises the yarn diameter and electronic hardware that converts the optical yarn diameter image into a proportional voltage. LabVIEW customised software was used to acquire and process the output voltage interfaced through a Data Acquisition Board. The system determines traditional commercial yarn irregularity parameters including Ud (Mean Deviation), CVd (Coefficient of Variation), SDd (Standard Deviation), types of irregularities, frequency diagrams and spectral analysis based on FFT (Fast Fourier Transform). Moreover, several other parameters were also obtained, such as DRd (Deviation Rate), IDRd (Integral Deviation Rate), spectral analysis based on FWHT (Fast Walsh Hadamard Transform) and FDFI (Fast Impulse Frequency Determination), and length of irregularities classified for an overall variation range. A parameterisation comparison between two yarns is presented

Hybridní tkané struktury

Tato disertační práce poskytuje podrobnější informace o vlastnostech čedičových vláken vedle běžně používaných vláken, a to pro návrh a vývoj hybridních tkaných textilií určených pro výrobu kompozitních materiálů, zejména betonu vyztuženého textilií (TRC). Zkoumány jsou různé kombinace čedičové hybridní tkaniny s ohledem na mechanické, tepelné, akustické, elektrické a jiné vlastnosti, přičemž vliv hybridizace a struktury tkaných textilií je studován detailněji. Mechanické vlastnosti jsou predikovány s použitím a strukturální modely korelovány s výsledky získanými z provedených experimentů. Čedičová vlákna jsou velmi perspektivním materiálem díky jejich ohnivzdornosti spojené s lávovým původem, vynikajícím mechanickým vlastnostem a relativně nízké ceně. Na druhou stranu, tato vlákna doposud nebyla podrobena rozsáhlejšímu průzkumu, protože je možno je považovat za relativně nový typ vlákna. V technických článcích je možno nalézt jen omezené množství údajů o jejich chování po zpracování, jež je spojeno se stárnutím materiálu. Disertační práce prozkoumává možnosti využití čedičových vláken v kombinaci s jinými typy přízí a následně také vliv hybridní tkané struktury na nosnost kompozitu a dobu jeho životnosti. V této studii je vyšetřeno nosné chování TRC kompozitu (kompozitní systém tvořený jemnozrnnou betonovou matricí a výztuží složenou z vysoce funkčních vláken zpracovaných do plošné textilie) při jednoosém namáhání tahem. Průzkum je zaměřen na výztužnou schopnost hybridní tkané struktury. Při začleňování textilní struktury do betonu je zřejmé, že veškeré příze nejsou impregnovány cementovou matricí kompletně, což vede k heterogenitě systému beton - příze přispívajícímu ke komplexní nosnosti a defektnímu chování TRC kompozitu. Hlavním cílem této práce je tedy průzkum hybridizačních efektů na nosné chování TRC kompozitu.This thesis conveys a better insight into characteristics of Basalt fibers specifically, alongside commonly used fibers to design and develop hybrid woven fabrics for TRC composite materials. Various combinations of basalt hybrid fabrics are investigated with respect to mechanical, thermal, acoustic, electrical and other functional properties. The influence of hybridization and structure of woven fabric is studied in detail. The tensile properties are predicted by using structural model and correlated to the results obtained through experiments. Basalt fibers are very promising materials due to their fire resistance related to magmatic origin, superior mechanical properties and relatively low cost. On the other hand, being a relatively new kind of fiber, they are still not studied extensively. There are very few indications in technical papers about their behavior after aging treatments. The current study investigates the possibility of using basalt with other types of yarns and consequently the effect of hybrid woven structure on load bearing capacity and durability. In the present work, the load-bearing behavior of Textile Reinforced Concrete (TRC), which is a composite of a fine-grained concrete matrix and a reinforcement of high-performance fibers processed to textiles, when exposed to uniaxial tensile loading was investigated. The investigations are focused on reinforcement of hybrid woven fabrics. When textile yarns are embedded in concrete, they are not entirely impregnated with cementitious matrix, which leads to associated heterogeneity of the concrete and the yarns to a complex load-bearing and failure behavior of the composite system. The main objective of the work is the investigation of hybridization effects in the load-bearing behavior of TRC

Topographic characterization of polymer materials at different length scales and the mechanistic understanding of wetting phenomena

The present study suggests new insights into topographic characterisation of engineering polymer surfaces towards to physical-chemical and mechanistic understanding of wetting phenomena on rough surfaces. Non-contact chromatic confocal imaging was chosen and justified as the optimal measuring method to study and correlate surface topography and surface properties of Sheet Moulding Compounds (SMC) as well as polyester and cotton fabrics. Before topographical characterisation, an adequate selection of optimal sampling conditions (cut-off length and resolution) were done by a systematic procedure proposed for periodic and non-periodic surfaces. Topographical characterisation of the surfaces was realized by an innovative methodology, separately considering different length scales in dependence on the surface morphologies of the materials. For SMC materials, the influence of moulding conditions (pressure, moulding time, metallic mold topography, metallic mold form, prepregs placement procedure, glass fibres content and orientation) on resulting macro-, meso- and micro-topography was studied. A model to conceptualize the influence of the most important moulding conditions on topographic characteristics and, as a consequence, on the quality of the resulting surface was presented. To quantify the effect of surface modification, a new parameter (Surface Relative Smooth) was suggested, developed and validated, which can be used for the characterisation of changes due to surface modifications for every solid material. A very important and innovative part of the present study is the development of new concepts for topographic characterisation of textile materials using different length scales, that makes possible to consider and analyse separately their specific morphologies caused by weave, yarn and filament/fibres, and to investigate the influence of topography on wettability by modification processes, e.g. construction parameters, thermosetting, impregnation with Soil Release Polymers (SRP) and wash-dry cycles. The present study showed, how construction parameters of polyester textiles, such as fineness of filaments and yarn, warp and weft densities as well as the type of weave, control the surface topography - characterised as meso-porosity (spaces between yarns) and micro-porosity (spaces between filaments) - and as a consequence strongly influence their capillarity. On the basis of experimental results, revealing differences in three basic types of woven fabrics – plain, twill and Panama – in respect to water penetration, the concept of an innovative novel wicking model was developed. Additionally, the influence of thermosetting and impregnation of polyester fabrics with Soil Release Polymers on topography, wetting and cleanability of three woven plain polyester fabrics, having different wefts, were studied. To characterise the soiling behaviour, an ‘spot analysis method’ was suggested, allowing wetting dynamics studies of liquids on fabrics with anisotropic surface properties. This method is applicable also to surfaces with anisotropic roughness characteristics and to porous media. The effect of wash-dry cycles on topography, spreading, wetting and soiling of woven plain and knitted cotton fabrics was in addition investigated. In all cases studied, the topographical characterisation and interpretation of results on different length scales contributed to a better understanding of wetting phenomena. A mathematical model for a virtual construction of textile surfaces to predict effects resulting from topographic changes on the behaviour of polymer and textiles surfaces was developed. Woven plain textiles and SMC surfaces were mathematically synthesized by a combination of various harmonic waves, i.e. Fourier synthesis. Topographic and technical construction parameters were taken into account to build their virtual topographies. In the case of textile surfaces, the effect of wash-dry cycles for cotton fabrics and thermosetting of polyester fabrics on their meso- and micro-morphology was investigated on the basis of the real topography of a given textile surface. The model allows to predict changes in the porosity of resulting textile materials, their wettability and soiling behaviour. The method presented provides possibilities to simulate controlled changes in textile construction parameters and to study their effect on the resulting topography.Die vorliegende Arbeit vermittelt neue Einblicke in die topographische Charakterisierung technisch relevanter Polymeroberflächen mit dem Ziel, die Mechanismen der Benetzungsphänomene auf rauen Oberflächen besser zu verstehen. Eine 3D-Abbildung der Oberflächentopographie wurde mit einem konfokalen Mikroskop mit chromatischer Kodierung zwecks optimaler Charakterisierung duromerer Verbundwerkstoffsystemen (SMS: Sheet Moulding Compounds) sowie Polyester- und Baumwolltextilien berührungsfrei durchgeführt. Zur topographischen Oberflächencharakterisierung wurde eine systematische Prozedur vorgeschlagen, welche es erlaubt, eine entsprechende Auswahl von optimalen Messbedingungen, wie die Bewertungslänge (cut-off length) und Auflösung, für Oberflächen mit periodischer und nicht-periodischer Rauheit zu treffen. Die topographische Charakterisierung von Oberflächen wurde methodologisch weiter entwickelt, indem die Oberflächen auf verschiedenen Längenskalen je nach Morphologie untersucht werden können. Für duromere Verbundwerkstoffsysteme wurde der Einfluss von den Bedingungen des Formpressens (Druck, Zeit, Topographie und Form des metallischen Werkzeugs, Einbringen des Prepregs, Glasfasergehalt und -orientierung) auf die resultierende makro-, meso- und mikroskopische Topographie studiert. Eine modellmäßige Beschreibung des Einflusses der wichtigsten Charakteristiken des Herstellungsprozesses duromerer Verbundwerkstoffsysteme auf ihre topographische Charakteristiken und demzufolge auf die Qualität des Endproduktes wurde konzipiert. Zur Quantifizierung des Effekts der Oberflächenmodifizierung wurde einen neuen Parameter – Surface Relative Smooth – vorgeschlagen und dessen Nutzung für jedes beliebige Feststoffkörpers verifiziert. Das Hauptaugenmerk bei der Durchführung der Arbeit wurde auf die Entwicklung neuer Konzepte zur topographischen Charakterisierung textiler Materialien gelegt, welche die Nutzung mehrerer Längenskalen in Betracht ziehen. Dies ermöglicht die spezifische Morphologien textiler Strukturen zu berücksichtigen und jede Struktur, welche durch die Gewebeart, die Art der Fasern und des Garns entstanden ist, gesondert bezüglich ihr Einflusses auf die Benetzbarkeit infolge der Modifizierung (Konstruktionsparameter, Thermofixierung, Imprägnierung mit Soil-Release- Polymeren, Waschen/Trocknen-Zyklen) zu analysieren. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie die Konstruktionsparameter von Polyestertextilien, wie z.B. die Filament- und Garnfeinheit, Kett- und Schussdichte sowie die Gewebebindung Einfluss auf die Oberflächentopographie und als Folge auf ihre Kapillarität nehmen, und zwar als Mesoporosität (Abstände zwischen Garnwindungen) und als Mikroporosität (Abstände zwischen einzelnen Filamenten). Auf der Basis von umfangreichen experimentellen Daten, welche die Unterschiede zwischen verschiedenen Bindungsarten (Leinwand, Köper, Panama) offenbaren, wurde ein neues Modell zur Beschreibung der Penetration von Flüssigkeiten in die textile Strukturen entwickelt. Außerdem wurde der Einfluss der Thermofixierung und Imprägnierung von Polyester Materialen mit Soil-Release-Polymeren auf die Topographie, Benetzbarkeit und Auswaschbarkeit für die drei wichtigsten Gewebearten untersucht, welche die gleiche Anzahl von Schussfäden haben. Für die Charakterisierung des Anschmutzungsverhaltens von Textilen wurde eine so genannte Fleck-Analysierungsmethode (spot analysis method) vorgeschlagen, welche es erlaubt, benetzungsdynamische Eigenschaften von Flüssigkeiten an Oberflächen mit anisotroper Topographie zu studieren. Diese Methode ist geeignet auch für Oberflächen mit anisotropen Rauheitsstrukturen und für poröse Materialien. Der Effekt von Waschen/Trocken-Zyklen auf die Topographie, Spreitung, Benetzung und Anschmutzung von Leinwandgewebe und Gestricke aus Baumwolle wurde zusätzlich untersucht. In allen Spezialfällen diente die topographische Charakterisierung und die Interpretation der Ergebnisse auf verschiedenen Längenskalen zur besseren Verständnis von Benetzungsphänomenen. Ein mathematisches Modell für die virtuelle Konstruktion von textilen Oberflächen wurde entwickelt, die das Studium der Effekte infolge topographischer Änderungen auf das Verhalten von Polymer- und Textiloberflächen ermöglicht. Oberflächen von Leingeweben und duromeren Verbundwerkstoffsystemen wurden mit der Fourier-Synthese unter Zuhilfenahme verschiedener harmonischer Wellen mathematisch abgebildet. Die Topographie- und Konstruktionsparameter wurden bei der Fourier-Synthese zur Konstruktion virtueller Topographien genutzt. Im Falle der textilen Materialein wurde der Effekt von Waschen/Trocknen-Zyklen für die Baumwolltextilien sowie der Thermofixierung von Polyestertextilien auf ihre Meso- und Mikromorphologie auf der Basis gemessener Parameter für jede Topographie modelliert. Dieses Modell erlaubt auch die Vorhersage der Änderungen in der Porosität von resultierenden textilen Strukturen, ihres Benetzungs- und Anschmutzungsverhaltens. Mit dieser Methode ist es möglich, gewünschte Änderungen von textilen Konstruktionsparametern einzustellen und ihre Effekte auf die Topographie zu untersuchen

High performance polyetheretherketone nanocomposites and hierarchical composites

Imperial Users onl

Special Issue of the Manufacturing Engineering Society (MES)

This book derives from the Special Issue of the Manufacturing Engineering Society (MES) that was launched as a Special Issue of the journal Materials. The 48 contributions, published in this book, explore the evolution of traditional manufacturing models toward the new requirements of the Manufacturing Industry 4.0 and present cutting-edge advances in the field of Manufacturing Engineering focusing on additive manufacturing and 3D printing, advances and innovations in manufacturing processes, sustainable and green manufacturing, manufacturing systems (machines, equipment and tooling), metrology and quality in manufacturing, Industry 4.0, product lifecycle management (PLM) technologies, and production planning and risks

Materials Chemistry of Fullerenes, Graphenes, and Carbon Nanotubes

This Special Issue is intended as a platform for interactive material science articles with an emphasis on the preparation, functionalization chemistry, and characterization of nanocarbon compounds, as well as all aspects of physical properties of functionalized, conjugated, or hybrid nanocarbon materials, and their associated applications. Some recent advances in the field are here collected, providing new ideas for discussion of researchers working in this multidisciplinary scenario

The impact of following a causation versus an effectuation approach on the survival of nascent entrepreneurial ventures in dynamic industries

This study determines the influence of causation versus effectuation on entrepreneurial firm survival in high and low dynamism industries. Causation approaches a problem with the end in mind while effectuation’s point of departure is the means. Causal logic predicts a best case future scenario and then gathers the necessary resources to realize that scenario. This is contrasted by effectual logic that attempts to “control” the future by making use of the resources in hand (and those that can be borrowed) while trying to achieve the best possible result. The study consists of a means analysis testing for firm survival in highly dynamic industries per “pure” causal or effectual approach and of a variance analysis, testing for survival as a function of the mixed use of causation and effectuation in both high and low dynamism industries. The product of the means analysis indicates that only two entrepreneurs out of a cohort of 1771 follow a “pure” causal or “pure” effectual approach. As a result of this finding the incidence of “pure” causal or effectual approaches in either high or low dynamism industries is negligible. The output from the variance analysis indicates that causation is a significantly better predictor of entrepreneurial survival than effectuation in both high and low dynamism industries at a 99% confidence level. Below is a summary of the survival probabilities for both high and low dynamism industries across the causal/effectual decision spectrum.This study determines the influence of causation versus effectuation on entrepreneurial firm survival in high and low dynamism industries. Causation approaches a problem with the end in mind while effectuation’s point of departure is the means. Causal logic predicts a best case future scenario and then gathers the necessary resources to realize that scenario. This is contrasted by effectual logic that attempts to “control” the future by making use of the resources in hand (and those that can be borrowed) while trying to achieve the best possible result. The study consists of a means analysis testing for firm survival in highly dynamic industries per “pure” causal or effectual approach and of a variance analysis, testing for survival as a function of the mixed use of causation and effectuation in both high and low dynamism industries. The product of the means analysis indicates that only two entrepreneurs out of a cohort of 1771 follow a “pure” causal or “pure” effectual approach. As a result of this finding the incidence of “pure” causal or effectual approaches in either high or low dynamism industries is negligible. The output from the variance analysis indicates that causation is a significantly better predictor of entrepreneurial survival than effectuation in both high and low dynamism industries at a 99% confidence level. Below is a summary of the survival probabilities for both high and low dynamism industries across the causal/effectual decision spectrum. CopyrightDissertation (MBA)--University of Pretoria, 2010Gordon Institute of Business Science (GIBS)unrestricte