Yes / This study examines experimentally and for the first time the effect of reduced air pressure on dynamic wetting. The purpose is to assess the role of air viscosity on dynamic wetting failure which hitherto has been speculated on but not measured. In this paper we used dip coating as the model experimental flow and report data on air entrainment velocity Vae we measured with a series of silicone oils in a range of viscosities in a vacuum chamber where the pressure can be reduced from atmospheric down to a few mbar when the mean molecular free path of air is large and air ceases to have a viscosity. To complement earlier work, we carried out the experiments with a range of substrates of varying roughness. The substrates were chosen so that for each one, their two sides differ in roughness. This enables simultaneous comparative observation of their wetting performance and reduces the experimental error in assessing the role of roughness. The data presented here capture the effects of viscosity, roughness and air pressure but the important result of this study is that Vae can be increased considerably (exponentially) when the pressure is reduced with the suggestion that Vae approaches infinity as pressure approaches zero. In other words, the role of the surrounding air viscosity is important in dynamic wetting. The data from this study have significant implication to the fundamental understanding of dynamic wetting. Indeed they form the missing data link to fully understand this phenomenon. The data presented in this work also confirm the complex role of roughness, in that it can increase or decrease the air entrainment speed depending on the value on the viscosity of the coating solution. The results presented in this paper are very useful in practice as they imply that if one chooses carefully roughness one can coat viscous formulation at unexpectedly very high speeds with a moderate vacuum (50 mbar typically).

Vacuum assisted delivery (VAD) is a common procedure used in the final stage of labor in the situation of a difficult natural delivery. Since the only biomechanical studies concerning the clinical safe traction force were conducted during 70s using simplified models to mimic the fetal head, concerns remain regarding the side effects of this medical intervention when applying high levels of traction forces. For experimental evaluation of VAD, a tissue-mimicking accurate fetal head phantom, having the same skull and brain dimension as a newborn, as well as, proper mechanical and acoustic properties of materials, can be used as a useful resource in terms of establishing safe levels of traction forces. The goal of this project is to develop a realistic patient-specific fetal head phantom that will be used to investigate the relation between applied traction force and imposed brain deformation in VAD in an experimental setting. A realistic fetal head phantom was developed using geometry accurate segmented meshes of pediatric skull and brain from a CT fetal head dataset. The fetal skull was 3D printed while the segmented mesh of the brain was used to create a fetal brain mold. The fetal brain phantom was developed using a PVA and graphite solution (10% and 3% mass concentration), whereas the sutures and fontanels, the scalp and the cerebrospinal fluid were mimicked using silicone, surgical latex and water, respectively. All the tissue-mimicking materials used corresponded with the biomechanical properties of the fetal head tissues. After the construction of the fetal head phantom, grey-scale long- and short- axis ultrasound images as well as the fetal brain phantom elasticity map were obtained. Furthermore, using sonomicrometry crystals, the reference strain values during manual hand pressure and VAD experimental procedures were acquired. The results showed negative strain values (compression) reaching 15% in the manual pressure experimental procedure, and higher positive strain values (stretching) reaching over 40% in the VAD experimental procedure. However, due to experimental limitations only one measurement using clinically realistic levels for both vacuum pressure (65 kPa) and traction force (70 N) was achieved. The developed fetal head phantom has potential to provide trustful biomechanical evidence to guide safe vacuum assisted delivery as well as to provide useful resource in terms of defining the clinical effective force of the vacuum extractor (VE). / I slutskedet av svåra vaginala förlossningar är assistans med sugklocka vanligt förekommande. Eftersom de enda biomekaniska studierna om kliniskt säkra dragkrafter genomfördes under 70 -talet med hjälp av förenklade modeller för att efterlikna fostrets huvud, finns det fortfarande oro om vilka skador användandet av sugklocka kan leda till när höga dragkrafter används. För att kunna fastställa en säker nivå av dragkrafter skulle en modell av fosterhuvudet, med realistiska dimensioner samt liknande mekaniska och akustiska egenskaper som en nyfödd, kunna användas.  Målet med detta projekt är att utveckla en realistisk patientspecifik modell av fosterhuvudet och sedan använda den för att experimentellt undersöka sambandet mellan applicerad dragkraft och hjärndeformation.  En realistisk fosterhuvudsmodell utvecklades från segmenterade datortomografibilder på ett fosterhuvud. Skallbenet tillverkades med en 3D-skrivare medan hjärnans gjöts i PVA och grafit (10% och 3% masskoncentration) i en 3D-utskriven form. Suturerna och fontanellerna, skalpen och cerebrospinalvätskan efterliknades med silikon, kirurgisk latex respektive vatten. Alla vävnadsimiterande material som användes motsvarade de biomekaniska egenskaperna hos ett fosters huvud.  När modellen var färdigkonstruerad togs ultraljudsbilder i gråskala i både lång- och kortaxel. Även hjärnmodellens elasticitet mättes med ultraljudsbaserad skjuvvågselastografi. Sonomikrometri –kristaller användes för att samla in referensvärden på hjärndeformation vid manuellt handtryck och experimentell rekonstruktion av förlossning med sugklocka. Resultaten visade att negativ deformation (kompression) på 15% i experimentella rekonstruktionen av förlossning. På grund av experimentella begränsningar uppnåddes dock endast en mätning med kliniskt realistiska nivåer för både vakuumtryck (65 kPa) och dragkraft (70 N).  Den utvecklade fosterhuvudsmodellen har i vidare studier potential att tillhandahålla tillförlitliga biomekaniska bevis för att vägleda säker vakuumassisterad förlossning samt för att definiera kliniska effektiva krafter i en sugklocka.

Master of Science / Department of Mechanical and Nuclear Engineering / William L. Dunn / A prototype system for detecting explosives at standoff distances, using a signature based radiation scanning approach, is being developed at Kansas State University. The prototype will incorporate both a machine x-ray source and a machine neutron source to generate signatures from unknown samples of material. These signatures can be compared to templates measured or calculated from known explosive samples using a figure-of-merit. The machine neutron source uses the fusion of deuterium and tritium to create 14.1 MeV neutrons. Due to its radioactivity, the tritium must be sealed within the system. A new method of controlling the gas pressure with the DT generator was developed using a Zr-V-Fe getter supplied by a commercial firm. The shielding and collimation of the 14.1 MeV neutron source is accomplished using layers of steel, high-density polyethylene and borated high-density polyethylene. This thesis describes the development of the gas control method for the sealed neutron source, design studies for the shielding and collimation of the neutron source and modifications made to the building in which the prototype is being housed.

Det elektriska isolationssystemet för stora roterande maskiner består av ett kompositmaterial av glimmertejp och ett värmehärdande harts. Hartset hjälper till att mekaniskt stabilisera lindningsstrukturen i statorn samt ersätter luftinneslutningar i isolationssystemet för att undertrycka bildandet av elektriska urladdningar. Vakuumtryckimpregneringsprocessen (VPI) är den föredragna tekniken för att impregnera glimmerisolationen med det värmehärdande hartset. Hartset som används i VPI-processen är sammansatt av flera nyckelkomponenter, inklusive den härdbara polymeren, härdare som deltar i tvärbindning, reaktiva utspädningsmedel för förbättrade processegenskaper och ytterligare tillsatser som katalysatorer och stabilisatorer. Olika hartskemier har använts under åren för VPI-processen. Det finns dock betydande farhågor när det gäller påverkan på miljö- och arbetshälsa för några av dessa komponenter. Den ökade medvetenheten om de skadliga effekterna av olika kemikalier har drivit på arbetet med att utveckla hartser med reducerade flyktiga organiska föreningar som kan vara skadliga för såväl miljön som de som hanterar hartset i stora mängder. Dessutom har stränga EU-regler klassificerat vissa härdare och reaktiva utspädningsmedel som ’substances of very high concern’, vilket har lett till ett stort behov av att hitta alternativ för dessa föreningar. Detta examensarbete består av en litteraturstudie som har genomförts med hänsyn till de önskade egenskaperna för VPI-hartser för att utvärdera potentiella kandidater som alternativ till härdare och reaktiva utspädningsmedel. Fyra olika impregneringshartser har tagits i beaktande som alternativ. Olika härdningskinetikparametrar har uppmätts med olika karakteriseringstekniker såsom infraröd spektroskopi av Fouriertransform i realtid, reologi och differentiell scanningkalorimetri. Eftersom de termiska, elektriska och mekaniska egenskaperna är nödvändiga för att säkerställa långvarig livslängd för industriellt nyttjade roterande maskiner, har olika egenskaper studerats genom att utföra dynamisk mekanisk analys, drag- och böjningstestning samt dielektrisk spektroskopi, genom att härda hartserna under lämpliga tids- och temperaturförhållanden. Alla de fyra hartserna visade varierande härdningskinetikparametrar och egenskaper som har korrelerats till hartskemin samt att hartsernas egenskaper har utvärderats i jämförelse med varandra. / The electrical insulation system for large rotating machines consists of a composite material of mica tape and a thermosetting resin. The resin helps in mechanically stabilizing the winding structure in the stator as well as replaces air inclusions in the insulation system to suppress the formation of discharges. Vacuum pressure impregnation (VPI) is the preferred technique to impregnate this mica tape with the thermosetting resin. The resin used in VPI process is composed of several key components, including the thermoset polymer, a hardener that participates in crosslinking, reactive diluents for improved processability and and additional additives like catalysts and stabilizers. Different chemistries have been used over the years for the VPI process. However, there are significant concerns regarding the environmental and occupational health and safety of some of these components.  The increasing awareness of the harmful effects of various chemicals has driven efforts to develop resins with reduced volatile organic compounds which can be detrimental to both the environment as well as those who are handling the resin in large quantities. Furthermore, stringent EU regulations have classified some hardeners and reactive diluents as substances of very high concern which has resulted in pressing need to find alternatives for these compounds.  This thesis, thus, consists of a literature study which has been performed taking the desired properties for VPI resins into consideration to evaluate potential candidates as alternatives for hardeners, and reactive diluents. Four different chemistries of impregnation have been taken into consideration as alternatives. Different curing kinetics parameters have been measured by different characterization techniques such as real time Fourier transform infrared spectroscopy, rheology, and differential scanning calorimetry. As the thermal, electric, and mechanical factors are necessary to ensure long term lifespan of industrial machines, different properties have been studied by performing dynamic mechanical analysis, tensile and flexural testing as well as dielectric spectroscopy by curing the resins under appropriate time and temperature conditions. All the four resins showed varied curing kinetics parameters and properties which have been correlated to the chemistry involved in the resin as well as evaluated in comparison to each other.

Det elektriska isolationssystemet för stora roterande maskiner består av ett kompositmaterial av glimmertejp och ett värmehärdande harts. Hartset hjälper till att mekaniskt stabilisera lindningsstrukturen i statorn samt ersätter luftinneslutningar i isolationssystemet för att undertrycka bildandet av elektriska urladdningar. Vakuumtryckimpregneringsprocessen (VPI) är den föredragna tekniken för att impregnera glimmerisolationen med det värmehärdande hartset. Hartset som används i VPI-processen är sammansatt av flera nyckelkomponenter, inklusive den härdbara polymeren, härdare som deltar i tvärbindning, reaktiva utspädningsmedel för förbättrade processegenskaper och ytterligare tillsatser som katalysatorer och stabilisatorer. Olika hartskemier har använts under åren för VPI-processen. Det finns dock betydande farhågor när det gäller påverkan på miljö- och arbetshälsa för några av dessa komponenter. Den ökade medvetenheten om de skadliga effekterna av olika kemikalier har drivit på arbetet med att utveckla hartser med reducerade flyktiga organiska föreningar som kan vara skadliga för såväl miljön som de som hanterar hartset i stora mängder. Dessutom har stränga EU-regler klassificerat vissa härdare och reaktiva utspädningsmedel som ’substances of very high concern’, vilket har lett till ett stort behov av att hitta alternativ för dessa föreningar. Detta examensarbete består av en litteraturstudie som har genomförts med hänsyn till de önskade egenskaperna för VPI-hartser för att utvärdera potentiella kandidater som alternativ till härdare och reaktiva utspädningsmedel. Fyra olika impregneringshartser har tagits i beaktande som alternativ. Olika härdningskinetikparametrar har uppmätts med olika karakteriseringstekniker såsom infraröd spektroskopi av Fouriertransform i realtid, reologi och differentiell scanningkalorimetri. Eftersom de termiska, elektriska och mekaniska egenskaperna är nödvändiga för att säkerställa långvarig livslängd för industriellt nyttjade roterande maskiner, har olika egenskaper studerats genom att utföra dynamisk mekanisk analys, drag- och böjningstestning samt dielektrisk spektroskopi, genom att härda hartserna under lämpliga tids- och temperaturförhållanden. Alla de fyra hartserna visade varierande härdningskinetikparametrar och egenskaper som har korrelerats till hartskemin samt att hartsernas egenskaper har utvärderats i jämförelse med varandra. / The electrical insulation system for large rotating machines consists of a composite material of mica tape and a thermosetting resin. The resin helps in mechanically stabilizing the winding structure in the stator as well as replaces air inclusions in the insulation system to suppress the formation of discharges. Vacuum pressure impregnation (VPI) is the preferred technique to impregnate this mica tape with the thermosetting resin. The resin used in VPI process is composed of several key components, including the thermoset polymer, a hardener that participates in crosslinking, reactive diluents for improved processability and and additional additives like catalysts and stabilizers. Different chemistries have been used over the years for the VPI process. However, there are significant concerns regarding the environmental and occupational health and safety of some of these components.  The increasing awareness of the harmful effects of various chemicals has driven efforts to develop resins with reduced volatile organic compounds which can be detrimental to both the environment as well as those who are handling the resin in large quantities. Furthermore, stringent EU regulations have classified some hardeners and reactive diluents as substances of very high concern which has resulted in pressing need to find alternatives for these compounds.  This thesis, thus, consists of a literature study which has been performed taking the desired properties for VPI resins into consideration to evaluate potential candidates as alternatives for hardeners, and reactive diluents. Four different chemistries of impregnation have been taken into consideration as alternatives. Different curing kinetics parameters have been measured by different characterization techniques such as real time Fourier transform infrared spectroscopy, rheology, and differential scanning calorimetry. As the thermal, electric, and mechanical factors are necessary to ensure long term lifespan of industrial machines, different properties have been studied by performing dynamic mechanical analysis, tensile and flexural testing as well as dielectric spectroscopy by curing the resins under appropriate time and temperature conditions. All the four resins showed varied curing kinetics parameters and properties which have been correlated to the chemistry involved in the resin as well as evaluated in comparison to each other.