Onderzoekers van de North Carolina State University hebben aangetoond dat composietmetaalschuimen (CMF's) de zogenaamde "gesimuleerde poolbrandtesten" met vlag en wimpel kunnen doorstaan, het materiaal dichter bij gebruik in toepassingen zoals verpakking en transport van gevaarlijke materialen brengen. In aanvulling, onderzoekers gebruikten deze experimentele gegevens om een ​​model te ontwikkelen om te voorspellen hoe variaties in de CMF de prestaties zouden beïnvloeden.

Gesimuleerde plasbrandtesten zijn geen computersimulatie. Het is een experimentele test die materialen moeten doorstaan ​​om in aanmerking te komen voor gebruik bij de productie van spoorketelwagens die gevaarlijke materialen vervoeren. Bij gesimuleerde plasbrandtests, een plaat materiaal wordt gedurende 100 minuten aan één zijde blootgesteld aan een temperatuur van minimaal 816 graden Celsius. Een reeks thermische sensoren rust aan de andere kant van het paneel. Als die beschermde sensoren op enig moment gedurende de 100 minuten een temperatuur van 427 graden Celsius of hoger registreren, het materiaal komt niet door de test.

Voor hun testen, de NC State-onderzoekers gebruikten panelen van staal-staal CMF. CMF is een schuim dat bestaat uit holle, metalen bollen - gemaakt van materialen zoals koolstofstaal, roestvrij staal of titanium - ingebed in een metalen matrix van staal, aluminium of andere metaallegeringen. "Staal-staal" CMF geeft aan dat de bollen en de matrix beide van staal waren.

"Een massieve stalen plaat met dezelfde dikte bereikt 427 graden Celsius in ongeveer 12 minuten, " zegt Afsaneh Rabiei, eerste auteur van een paper over het werk en een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan NC State. "In drie testrondes onze staal-stalen CMF werd gedurende de volle 100 minuten blootgesteld aan dezelfde temperaturen van 825 graden Celsius - en de hoogste temperaturen die op de achterkant van het paneel werden geregistreerd met behulp van beschermde sensoren, waren tussen 351 en 379 graden Celsius. Het is vermeldenswaard dat het staal-stalen CMF-paneel slechts een derde van het gewicht is van de massieve stalen plaat die de test in ongeveer 12 minuten niet doorstond.

"Met andere woorden, de CMF heeft de test ruimschoots doorstaan, " zegt Rabiei. "Op basis van de experimentele en modelleringsresultaten, evenals de onzekerheidsstudies - die allemaal in dit artikel werden gerapporteerd - voldeed een 15,9 mm dikke staal-stalen CMF ruimschoots aan de acceptatiecriteria voor de gesimuleerde plasbrandtest. We testten de CMF voor gebruik als nieuw isolatiesysteem voor het transport van HAZMAT, maar het is ook relevant voor toepassingen van militaire voertuigen tot architecturale structuren."

Het nieuwe onderzoek bouwt voort op eerder werk dat aantoonde dat CMF's aanzienlijk effectiever zijn in het isoleren tegen hoge hitte dan de conventionele metalen en legeringen waarvan ze zijn gemaakt, zoals staal. Bij elkaar genomen, de bevindingen benadrukken het potentieel van CMF voor gebruik bij de opslag en het transport van nucleair materiaal, gevaarlijke stoffen, explosieven en andere warmtegevoelige materialen, evenals verkenning van de ruimte.

Maar het nieuwe onderzoek gaf onderzoekers ook veel gegevens die ze konden gebruiken om de gewenste kenmerken van CMF's te verfijnen, afhankelijk van de beoogde toepassing.

"Omdat we de functies van de CMF kunnen controleren, zoals de grootte van de holle bollen in het schuim, we wilden een model maken dat kan worden gebruikt om te voorspellen hoe verschillende soorten CMF zouden presteren bij het testen van gesimuleerde plasbranden, " zegt Rabiei. "Dit zou ons in staat stellen toekomstige schuimen te ontwerpen om de beste balans te vinden tussen fysiek, mechanische en thermische eigenschappen."

De onderzoekers bouwden het model op basis van gegevens van hun gesimuleerde plasbrandtestexperimenten. En op basis van strenge evaluaties van het model, ze ontdekten dat de voorspellingen van het model tot op 10 graden Celsius nauwkeurig zijn.

"Onze volgende stappen omvatten het uitbreiden van het model, zodat we zogenaamde fakkelvuurtests kunnen simuleren, ", zegt Rabiei. "Tests met fakkels zijn ook vereist voor materialen die worden gebruikt in tankwagens die gevaarlijke stoffen vervoeren, maar het vereist grotere monsters - panelen die 4 voet bij 4 voet meten."

De krant, "Staal-staal composiet metaalschuim in gesimuleerde zwembadbrandtesten, " is gepubliceerd in de Internationaal tijdschrift voor thermische wetenschappen .