I ricercatori della North Carolina State University hanno dimostrato che le schiume metalliche composite (CMF) possono superare i cosiddetti "test di incendio simulato in piscina" a pieni voti, avvicinare il materiale all'uso in applicazioni quali l'imballaggio e il trasporto di materiali pericolosi. Inoltre, i ricercatori hanno utilizzato questi dati sperimentali per sviluppare un modello per prevedere come le variazioni nel CMF avrebbero influenzato le sue prestazioni.

Il test simulato dell'incendio della piscina non è una simulazione computazionale. È un test sperimentale che i materiali devono superare per essere considerati per l'uso nella produzione di vagoni cisterna che trasportano materiali pericolosi. Nelle prove di incendio simulato in piscina, un pannello di materiale viene esposto ad una temperatura di almeno 816 gradi Celsius su un lato per 100 minuti. Una serie di sensori termici si trova sull'altro lato del pannello. Se quei sensori protetti registrano una temperatura di 427 gradi Celsius o superiore in qualsiasi momento durante i 100 minuti, il materiale non supera il test.

Per le loro prove, i ricercatori della NC State hanno utilizzato pannelli in acciaio-acciaio CMF. CMF è una schiuma costituita da cavi, sfere metalliche, realizzate con materiali come acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o titanio, incorporato in una matrice metallica in acciaio, alluminio o altre leghe metalliche. CMF "acciaio-acciaio" indica che le sfere e la matrice erano entrambe realizzate in acciaio.

"Una solida piastra di acciaio dello stesso spessore raggiunge i 427 gradi Celsius in circa 12 minuti, "dice Afsaneh Rabiei, primo autore di un articolo sul lavoro e professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State. "In tre turni di test, il nostro CMF acciaio-acciaio è stato esposto alle stesse temperature di 825 gradi Celsius per tutti i 100 minuti e le temperature più alte registrate sul retro del pannello utilizzando sensori protetti erano comprese tra 351 e 379 gradi Celsius. Vale la pena notare che il pannello CMF acciaio-acciaio è solo un terzo del peso della solida piastra di acciaio che ha fallito il test in circa 12 minuti.

"In altre parole, il CMF ha superato il test con un ampio margine, " dice Rabiei. "Sulla base dei risultati sperimentali e dei modelli, così come gli studi sull'incertezza, tutti riportati in questo documento, un CMF in acciaio-acciaio di 15,9 mm di spessore ha soddisfatto con ampio margine i criteri di accettazione per il test di incendio simulato della piscina. Stavamo testando il CMF per l'uso come nuovo sistema di isolamento per il trasporto di HAZMAT, ma è anche rilevante per le applicazioni dai veicoli militari alle strutture architettoniche".

La nuova ricerca si basa su lavori precedenti che hanno scoperto che i CMF sono significativamente più efficaci nell'isolare dal calore elevato rispetto ai metalli e alle leghe convenzionali di cui sono fatti, come l'acciaio. Presi insieme, i risultati evidenziano il potenziale di utilizzo di CMF nello stoccaggio e nel trasporto di materiale nucleare, materiali pericolosi, esplosivi e altri materiali sensibili al calore, così come l'esplorazione dello spazio.

Ma la nuova ricerca ha anche fornito ai ricercatori molti dati che potrebbero utilizzare per aiutare a mettere a punto le caratteristiche desiderabili dei CMF, a seconda dell'applicazione prevista.

"Poiché possiamo controllare le caratteristiche del CMF, come la dimensione delle sfere cave nella schiuma, volevamo creare un modello che potesse essere utilizzato per prevedere come i diversi tipi di CMF si sarebbero comportati nei test simulati di incendio in piscina, " dice Rabiei. "Questo ci permetterebbe di progettare future schiume in modo da trovare il miglior equilibrio tra fisico, proprietà meccaniche e termiche."

I ricercatori hanno costruito il modello attingendo ai dati dei loro esperimenti simulati di prova di fuoco in piscina. E sulla base di valutazioni rigorose del modello, hanno scoperto che le previsioni del modello sono accurate entro 10 gradi Celsius.

"I nostri prossimi passi includono l'espansione del modello per consentirci di simulare i cosiddetti test del fuoco della torcia, " Rabiei dice. "Il test della torcia è richiesto anche per i materiali da utilizzare nelle autocisterne che trasportano materiali pericolosi, ma richiede campioni più grandi, pannelli che misurano 4 piedi per 4 piedi."

La carta, "Schiuma metallica composita acciaio-acciaio in prove di incendio simulato in piscina, " è pubblicato nel Rivista internazionale di scienze termiche .