保温用膨胀涂料的智能试验
在建筑物，船舶和飞机中的结构钢表面上发现，膨胀件是许多隔热系统的重要特征。当在火灾期间暴露于高水平的热量时，在它们内部发生的化学反应将导致它们膨胀，并将烧焦泡沫的层状烧焦为“Char”。与初始涂层不同，这些炭层在其结构中并不均匀;随着它们的扩展，各种尺寸的差距将形成在它们内部，使它们导体差的热量。命名为“孔隙率”，该属性由由空空间组成的材料卷的分数量化。现在已经使膨胀涂层成为可防止蔓延的理想依据。
最终，由不同材料和厚度组成的膨胀型涂层可以形成具有各种不同孔隙率和厚度的炭层，响应于不同的热量。这意味着它们作为热绝缘体的能力可以在不同的情况下广泛变化，从而创造了研究人员在防火中测试其有效性。然而，材料的复杂行为使它们在典型的实验室条件下难以测试。在他们的研究中，康博士和他的同事提出了复杂的新方法，更有效地进行了这些测试。
性能测试中的缺陷
为了在实验室中加热材料，研究人员经常使用一种名为“锥形加热器”的设备，它可以在材料的大表面积上均匀地分配热量。然而，正如康博士解释的那样，这对于膨胀涂层来说要困难得多。他说:“使用锥形加热器来进行热表征是一种常见的方法，但由于膨胀的涂层在接受热量时会膨胀，样品表面和锥形加热器之间的距离会缩小。”“这导致了非恒定的热暴露，因此，一个不准确的测量。”
正如这种情况发生，焦炭层表面将在扩展时经历越来越高的热量，使这些测试变得越来越不切实际。到目前为止，因此，不可预测的Char-加热器距离缩小意味着热绝缘系统的防火能力的测试的精度受到限制;为建筑物和车辆造成损害的风险增加，同时推动公共安全，潜在甚至有甚至存在风险。对于康博士的团队，这揭示了对更智能的测试技术的压力需要，这些技术并不简单地从固定位置加热膨胀型涂层，而是可以判断锥体加热器必须响应Char层中的变化时。
“本研究的目的是提高现有的大型防火测试系统标准，以便更好，时间效率和成本节约的质量控制，”康博士描述。“在这项工作中，我们建立了一个实验室级加热装置，能够测量膨胀涂层的绝热性能，膨胀率和质量损失率。”这些努力的关键是在涂层被加热时实时评估Char层的性质，而不会篡改其内部结构。
我们已经产生了一种强大的工具，用于在膨胀型涂层上进行准确和详细分析。
回应扩展
为了实现这些目标，康和他的同事博士开发了激光扫描技术，以便在加热时不断地评估炭层的表面，随后膨胀。通过测量采样膨胀引起的光密度变化，该技术提供了一种非常精确的方案，用于对加热器和炭层之间的距离的实时测量。然后，连接到加热器的电动机可以通过仅通过正确距离向后移动锥体来响应这些测量;确保涂层继续体验均匀的加热程度，因为它将在真正的火灾中。
“本文中提供的装置具有基于激光的表面跟踪功能，其允许在锥形加热器和样品表面之间保持恒定的距离，”康博士解释说。“这导致恒定的入射热通量;因此，更准确的测量。“研究人员声称是世界上第一支基于激光的表面跟踪功能，将该激光的表面跟踪功能纳入这种防火产品的测试方案。然而，通过进一步改进，他们将在其测试方案中实现前所未有的准确度。
包含计算机断层扫描
除了激光跟踪功能外，康博士的团队现在已经将计算机断层扫描（CT）的技术纳入了分析。CT常用于医学中，CT涉及从许多不同角度采取样品的X射线图像，以规则间隔产生一系列多个2D，横截面切片，揭示它们在各种深度处的结构。具有足够的切片，研究人员可以建立样品的内部结构的详细3D图像，而不会造成任何损坏。对于康博士和他的同事，CT将允许生成Char层内饰的详细，实时图像，使他们能够量化其孔隙率，以及它们丢失质量的速率。
我们已经建造了一个实验室规模的加热设备，能够测量保温性能，膨胀率和质量损失率。
通过将CT与复杂的成像软件结合，研究人员现在已经表现出世界领先的保温系统的能力。“近年来，在燃烧和消防研究中使用CT技术在普及中迅速发展，我们的小组很早就走进了这个领域，”康博士描述了。“在这些研究中，我们开发了与图像处理技术一起耦合微型CT扫描的完整方法。这产生了一种非常有效的方法来分析脆弱的膨胀炭层的结构特征或孔隙率，这是确定膨胀涂层的防火能力的关键。“
在最近的研究中，研究人员分析了这些特性是如何随着膨胀涂层的初始厚度以及不同的热强度而变化的。重要的是，他们发现较薄的涂层在突然暴露于强烈的加热后，会由于气体脱落而迅速失去质量。这将降低焦炭层的厚度和孔隙率，降低其防火效果。最终，这种膨胀机制提出了一种名为“表观热导率”的层的性能，这与材料的防火性能直接相关。
隔热的改进
为了最大限度地减少结构钢表面绝缘的导热性，康博士的团队表明，需要初始厚度超过特定阈值的膨胀型涂层。此外，它们开发的分析技术提供了一种测试结构钢基保温系统是否适合特定任务的新方法。“通过关联在这些论文中开发的热和结构表征方法，我们已经产生了一种用于对膨胀型涂层进行准确和详细分析的强大工具，”康博士描述。
该团队现在对他们的研究未来的意义抱有很高的希望。“我们的研究考虑到了新产品的开发和现有产品的改进。它还允许在大规模防火测试之前进行产品质量检查，而这通常是昂贵和耗时的，”Kang博士总结道。最终，这可以为包括建筑师和工程师在内的团队提供新的方法来确保他们的设计有效的隔热;在确保最高公共安全标准的同时，潜在地降低了因损坏造成的成本。
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