Forskare från North Carolina State University har visat att kompositmetallskum (CMF) kan klara så kallade "simulerade poolbrandtestning" med glans, flytta materialet närmare användning i applikationer som förpackning och transport av farligt material. Dessutom, forskare använde dessa experimentella data för att utveckla en modell för att förutsäga hur variationer i CMF skulle påverka dess prestanda.

Simulerad poolbrandtestning är inte en beräkningssimulering. Det är ett experimentellt test som material måste klara för att kunna användas vid tillverkning av tankvagnar som transporterar farligt material. I simulerad poolbrandtestning, en panel av material utsätts för en temperatur på minst 816 grader Celsius på ena sidan i 100 minuter. En serie termiska sensorer vilar på den andra sidan av panelen. Om de skyddade sensorerna registrerar en temperatur på 427 grader Celsius eller högre vid någon tidpunkt under 100 minuter, materialet misslyckas med testet.

För sina tester, NC State forskare använde paneler gjorda av stål-stål CMF. CMF är ett skum som består av ihåliga, metalliska sfärer - tillverkade av material som kolstål, rostfritt stål eller titan – inbäddat i en metallisk matris gjord av stål, aluminium eller andra metallegeringar. "Stål-stål" CMF indikerar att sfärerna och matrisen båda var gjorda av stål.

"En solid stålplåt med samma tjocklek träffar 427 grader Celsius på cirka 12 minuter, " säger Afsaneh Rabiei, första författare till en artikel om arbetet och professor i mekanisk och rymdteknik vid NC State. "I tre omgångar av tester, vår stål-stål CMF exponerades för samma temperaturer på 825 grader Celsius under hela 100 minuter – och de högsta temperaturerna som registrerades på baksidan av panelen med hjälp av skyddade sensorer var mellan 351 och 379 grader Celsius. Det är värt att notera att CMF-panelen av stålstål bara är en tredjedel av vikten av den massiva stålplåten som misslyckades med testet på cirka 12 minuter.

"Med andra ord, CMF klarade testet med stor marginal, " säger Rabiei. "Baserat på experiment- och modelleringsresultaten, såväl som osäkerhetsstudierna – som alla rapporterades i detta dokument – ​​uppfyllde en 15,9 mm tjock stål-stål CMF acceptanskriterierna för det simulerade poolbrandtestet med stor marginal. Vi testade CMF för användning som nytt isoleringssystem för transport av HAZMAT, men det är också relevant för applikationer från militärfordon till arkitektoniska strukturer."

Den nya forskningen bygger på tidigare arbete som fann att CMF är betydligt effektivare för att isolera mot hög värme än de konventionella metaller och legeringar som de är gjorda av, såsom stål. Tagen tillsammans, resultaten belyser CMF:s potential för användning vid lagring och transport av kärnämne, farliga material, sprängämnen och andra värmekänsliga material, samt utforskning av rymden.

Men den nya forskningen gav också forskare mycket data de kunde använda för att finjustera de önskvärda egenskaperna hos CMF, beroende på den avsedda tillämpningen.

"Eftersom vi kan kontrollera funktionerna i CMF, såsom storleken på de ihåliga sfärerna i skummet, vi ville skapa en modell som kunde användas för att förutsäga hur olika typer av CMF skulle prestera i simulerad poolbrandtestning, ", säger Rabiei. "Detta skulle tillåta oss att designa framtida skum för att hitta den bästa balansen mellan fysiska, mekaniska och termiska egenskaper. "

Forskarna byggde modellen genom att dra på data från deras simulerade poolbrandtestexperiment. Och baserat på rigorösa utvärderingar av modellen, de fann att modellens förutsägelser är exakta inom 10 grader Celsius.

"Våra nästa steg inkluderar att utöka modellen för att tillåta oss att simulera så kallade fackladprovning, " säger Rabiei. "Tester med fakkelbrand krävs också för material som ska användas i tankbilar som transporterar farligt material, men det kräver större prover - paneler som mäter 4 fot med 4 fot. "

Pappret, "Stål-stål kompositmetallskum i simulerad poolbrandtestning, " publiceras i International Journal of Thermal Sciences .