Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont démontré que les mousses métalliques composites (CMF) peuvent passer avec brio les soi-disant « tests de feu en piscine simulé ». rapprocher le matériau de son utilisation dans des applications telles que l'emballage et le transport de matières dangereuses. En outre, les chercheurs ont utilisé ces données expérimentales pour développer un modèle permettant de prédire comment les variations du CMF affecteraient ses performances.

Le test de feu de piscine simulé n'est pas une simulation informatique. Il s'agit d'un test expérimental que les matériaux doivent réussir afin d'être considérés pour une utilisation dans la fabrication de wagons-citernes qui transportent des matières dangereuses. Dans les essais de feu de piscine simulé, un panneau de matériau est exposé à une température d'au moins 816 degrés Celsius d'un côté pendant 100 minutes. Une suite de capteurs thermiques repose de l'autre côté du panneau. Si ces capteurs protégés enregistrent une température de 427 degrés Celsius ou plus à tout moment pendant les 100 minutes, le matériau échoue au test.

Pour leurs tests, les chercheurs de l'État NC ont utilisé des panneaux en acier-acier CMF. CMF est une mousse qui se compose de creux, sphères métalliques - faites de matériaux tels que l'acier au carbone, acier inoxydable ou titane - noyé dans une matrice métallique en acier, aluminium ou autres alliages métalliques. "Acier-acier" CMF indique que les sphères et la matrice étaient toutes deux en acier.

"Une plaque d'acier solide avec la même épaisseur atteint 427 degrés Celsius en 12 minutes environ, " dit Afsaneh Rabiei, premier auteur d'un article sur le travail et professeur de génie mécanique et aérospatial à NC State. "En trois séries de tests, notre CMF en acier-acier a été exposé aux mêmes températures de 825 degrés Celsius pendant 100 minutes complètes, et les températures les plus élevées enregistrées à l'arrière du panneau à l'aide de capteurs protégés se situaient entre 351 et 379 degrés Celsius. Il convient de noter que le panneau CMF en acier-acier ne représente qu'un tiers du poids de la plaque d'acier solide qui a échoué au test en 12 minutes environ.

"En d'autres termes, le CMF a largement réussi le test, " dit Rabiei. " Sur la base des résultats expérimentaux et de modélisation, ainsi que les études d'incertitude—qui ont toutes été rapportées dans cet article—un CMF en acier-acier de 15,9 mm d'épaisseur a largement satisfait aux critères d'acceptation pour l'essai de feu en nappe simulé. Nous testions le CMF pour une utilisation comme nouveau système d'isolation pour le transport de HAZMAT, mais il est également pertinent pour les applications allant des véhicules militaires aux structures architecturales. »

La nouvelle recherche s'appuie sur des travaux antérieurs qui ont révélé que les CMF sont nettement plus efficaces pour isoler contre la chaleur élevée que les métaux et alliages conventionnels dont ils sont faits, comme l'acier. Pris ensemble, les résultats mettent en évidence le potentiel d'utilisation du CMF pour le stockage et le transport de matières nucléaires, matières dangereuses, explosifs et autres matières sensibles à la chaleur, ainsi que l'exploration spatiale.

Mais la nouvelle recherche a également fourni aux chercheurs de nombreuses données qu'ils pourraient utiliser pour affiner les caractéristiques souhaitables des FMC, selon l'application envisagée.

"Parce que nous pouvons contrôler les fonctionnalités du CMF, telles que la taille des sphères creuses dans la mousse, nous voulions créer un modèle qui pourrait être utilisé pour prédire comment différents types de CMF se comporteraient dans des essais de feu de nappe simulé, » précise Rabiei. « Cela nous permettrait de concevoir de futures mousses afin de trouver le meilleur équilibre physique, propriétés mécaniques et thermiques."

Les chercheurs ont construit le modèle en s'appuyant sur les données de leurs expériences d'essai de feu en piscine simulé. Et sur la base d'évaluations rigoureuses du modèle, ils ont constaté que les prédictions du modèle sont précises à 10 degrés Celsius près.

« Nos prochaines étapes incluent l'extension du modèle pour nous permettre de simuler ce que l'on appelle des tests de tir à la torche, " Dit Rabiei. " Des tests au feu de torche sont également requis pour les matériaux à utiliser dans les wagons-citernes qui transportent des matières dangereuses, mais cela nécessite des échantillons plus gros - des panneaux qui mesurent 4 pieds sur 4 pieds. "

Le papier, "Mousse métallique composite acier-acier dans les essais de feu de piscine simulés, " est publié dans le Revue Internationale des Sciences Thermiques .