Kompositmetalskum tager varmen, rykke tættere på udbredte applikationer

Forskere fra North Carolina State University har vist, at kompositmetalskum (CMF'er) kan bestå såkaldte "simulerede poolbrandtest" med glans, at flytte materialet tættere på brug i applikationer som emballering og transport af farlige materialer. Ud over, forskere brugte disse eksperimentelle data til at udvikle en model til at forudsige, hvordan variationer i CMF ville påvirke dens ydeevne.

Simuleret poolbrandtest er ikke en beregningssimulering. Det er en eksperimentel test, som materialer skal bestå for at komme i betragtning til brug ved fremstilling af jernbanetankvogne, der transporterer farlige materialer. I simuleret poolbrandtest, et panel af materiale udsættes for en temperatur på mindst 816 grader Celsius på den ene side i 100 minutter. En række termiske sensorer hviler på den anden side af panelet. Hvis disse beskyttede sensorer registrerer en temperatur på 427 grader Celsius eller højere på et hvilket som helst tidspunkt i løbet af de 100 minutter, materialet ikke består testen.

Til deres prøver, NC State-forskerne brugte paneler lavet af stål-stål CMF. CMF er et skum, der består af hule, metalliske kugler - lavet af materialer såsom kulstofstål, rustfrit stål eller titanium – indlejret i en metallisk matrix lavet af stål, aluminium eller andre metalliske legeringer. "Stål-stål" CMF indikerer, at kuglerne og matrixen begge var lavet af stål.

"En solid stålplade med samme tykkelse rammer 427 grader Celsius på cirka 12 minutter, " siger Afsaneh Rabiei, første forfatter til et papir om arbejdet og en professor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State. "I tre testrunder, vores stål-stål CMF blev udsat for de samme temperaturer på 825 grader Celsius i hele 100 minutter – og de højeste temperaturer registreret på bagsiden af ​​panelet ved hjælp af beskyttede sensorer var mellem 351 og 379 grader Celsius. Det er værd at bemærke, at stål-stål CMF-panelet kun er en tredjedel af vægten af ​​den solide stålplade, der ikke bestod testen på omkring 12 minutter.

"Med andre ord, CMF bestod testen med bred margin, " siger Rabiei. "Baseret på de eksperimentelle resultater og modelleringsresultater, såvel som usikkerhedsundersøgelserne - som alle blev rapporteret i dette papir - opfyldte en 15,9 mm tyk stål-stål CMF acceptkriterierne for den simulerede poolbrandtest med stor margin. Vi testede CMF til brug som nyt isoleringssystem til transport af HAZMAT, men det er også relevant for applikationer fra militærkøretøjer til arkitektoniske strukturer."

Den nye forskning bygger på tidligere arbejde, der viste, at CMF'er er væsentligt mere effektive til at isolere mod høj varme end de konventionelle metaller og legeringer, de er lavet af, såsom stål. Taget sammen, resultaterne fremhæver CMF's potentiale for brug til opbevaring og transport af nukleart materiale, farlige materialer, sprængstoffer og andre varmefølsomme materialer, samt udforskning af rummet.

Men den nye forskning gav også forskere en masse data, som de kunne bruge til at finjustere de ønskelige egenskaber ved CMF'er, afhængig af den påtænkte anvendelse.

"Fordi vi kan kontrollere funktionerne i CMF, såsom størrelsen af ​​de hule kugler i skummet, vi ønskede at skabe en model, der kunne bruges til at forudsige, hvordan forskellige typer CMF ville præstere i simuleret poolbrandtest, " siger Rabiei. "Dette ville give os mulighed for at designe fremtidige skum for at finde den bedste balance mellem fysisk, mekaniske og termiske egenskaber."

Forskerne byggede modellen ved at trække på data fra deres simulerede poolbrandtesteksperimenter. Og baseret på strenge evalueringer af modellen, de fandt ud af, at modellens forudsigelser er nøjagtige inden for 10 grader Celsius.

"Vores næste skridt inkluderer at udvide modellen for at give os mulighed for at simulere såkaldt fakkelbrandtest, " siger Rabiei. "Trøvning af fakkelbrand er også påkrævet for materialer, der skal bruges i tankvogne, der transporterer farlige materialer, men det kræver større prøver - paneler, der måler 4 fod gange 4 fod."

Papiret, "Kompositmetalskum af stål-stål i simuleret poolbrandtest, " er offentliggjort i International Journal of Thermal Sciences .