IMPROVING THE PROTECTION PERFORMANCE OF FIRE FIGHTER’S SUITS BY USING SHAPE MEMORY ALLOY SPRINGS

Abstract

Protective clothing are technical garments that are produced to protect the wearer's life as a buffer between the wearer and the potential source of risk. Protective clothing is examined under various groups according to the intended hazard which the person aimed to be protected. Fire fighter’s suit which is under the group of thermal protective clothing is produced to protect the workers from high temperatures. Thermal protective clothing must be thick and multi-layered, and the air gap between the fabric layers significantly affects the protection performance of the protective clothing. In this study, it was aimed to improve the thermal protection properties of fire fighter’s suits and to contribute to the literature with the outputs of the study in respect of smart protective clothing. For that purpose, shape memory springs were integrated between the fabric layers to determine the effect of the air gap created by shape memory springs, on the thermal protective properties of the garment. According to test results, it is determined that the fabric's resistance to radiant and convective heat increased due to the air gap formed by the spring insertion between the fabric layers.  The amount of air gap between fabric layers increases when the spring length increases, accordingly time until second degree burns extends and the protection performance of the clothing improves.

Keywords

• Protective clothing,Woven fabric,Shape memory alloy spring,Air gap,Convective heat test,Radiant heat test

İTFAİYECİ GİYSİLERİNİN KORUMA PERFORMANSININ ŞEKİL HAFIZALI YAY KULLANILARAK GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

Koruyucu giysiler, giyen kişi ve potansiyel risk kaynağı arasında tampon görevi gören, giyen kişinin hayatını korumaya yönelik olarak üretilen teknik giysilerdir. Koruyucu giysiler giyen kişinin korunması hedeflenen tehlikeye göre çeşitli gruplar altında incelenmektedir. Çalışanları yüksek sıcaklıktan korumak için üretilen itfaiyeci giysisi, termal koruyucu giysiler grubunda yer almaktadır. Termal koruyucu giysilerin kalın ve çok katmanlı olması gerekmekte olup, kumaş katları arasında yer alan boşluk koruyucu giysinin koruma performansını önemli ölçüde etkilemektedir. Bu çalışmada itfaiyeci giysilerinin termal koruma özelliklerinin geliştirilmesi ve çalışmanın çıktılarının akıllı koruyucu giysiler konusunda literatüre katkı sağlaması hedeflenmiştir. Bu amaçla kumaş katmanları arasına şekil hafızalı yaylar entegre edilerek, giyside yaratılan hava boşluğunun giysinin termal koruyucu özellikleri üzerindeki etkisi tespit edilmiştir. Yapılan testler sonucunda, kumaş katmanları arasına yay yerleştirilmesiyle oluşan hava boşluğu sayesinde kumaşların radyan ve konvektif ısıya karşı dirençlerinin arttığı belirlenmiştir. Yay uzunluğu arttıkça, kumaş katları arasındaki hava boşluğu artmakta ve buna bağlı olarak ikinci derece yanık oluşumu için geçen süre uzamakta, giysinin koruma performansı iyileşmektedir.

Keywords

• Koruyucu giysi,Şekil hafızalı alaşım yayı,Hava boşluğu,Konvektif ısı testi,Dokuma kumaş,Radyan ısı testi

References

1. Akdoğan, A. ,Nurveren, K., 2003. Shape Memory Alloys. Engineer and Machinery, 44(521), 35-44.
2. Bedeloğlu, A., 2011. Şekil Hafızalı Alaşımlar ve Tekstil Malzemelerindeki Uygulamaları. Tekstil ve Mühendis, 18(83), 27-37.
3. Congalton, D., 1999. Shape Memory Alloys for Use in Thermally Activated Clothing, Protection Against Flame and Heat. Fire and Materials, 23, 223-226.
4. Coşkun, E., Oğulata, T., 2008. Akıllı Tekstiller ve Genel Özellikleri. Ç.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, 18(3),100-109.
5. Çukul, D., 2013. Teknik İpliklerde Son Yıllardaki Gelişmelere Örnekler. Tekstil ve Mühendis, 20(91), 50-63.
6. Dede, A., 2013. Şekil Hafızalı Teknik Tekstil Materyallerle Elde Edilen Hareketli Tekstil Yüzeylerinin (Aktüatörlerin) İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta.
7. Fu, M., Weng, W., Yuan, H., 2014a. Effects of Multiple Air Gaps on the Thermal Performance of Firefighter Protective Clothing under Low-Level Heat Exposure. Textile Research Journal, 84(9), 968-978.
8. Fu, M., Weng, W., Yuan, H., 2014b. Quantitative Investigation of Air Gaps Entrapped in Multilayer Thermal Protective Clothing in Low-Level Radiation at the Moisture Condition. Fire and Materials, 84(9), 968–978.

9. Güney, S., 2009. Peristaltik Hareket Sağlayan Tıbbi Tekstil Materyalinin Geliştirilmesive Bilgisayarlı Kontrolü. Yüksek Lisans Tezi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekstil Mühendisliği Anabilim Dalı, Isparta.
10. Holschuh, B, Newman, D., 2015. Two-Spring Model for Active Compression Textiles with Integrated Niti Coil Actuators.
11. Hu, J., 2007. Shape Memory Polymers and Textiles, J. Hu (Edt), (s. 3-25). Cambridge: Woodhead Publishing Limited.
12. Jani, J.M., Leary, M., Subic, A., Gibson, M. A., 2014. A Review of Shape Memory Alloy Research, Applications and Opportunities., Materials and Design, 56, 1078-1113.
13. Lee, Y.M., Barker, R.L., 1987. Thermal Protective Performance of Heat-Resistant Fabrics in Various High Intensity Heat Exposures, Textile Research Journal, 57(3), 123-132.
14. Lee, J., Park, H., Jee, K., Kim, E., 2009. Intelligent Cold Protection Jacket Embedded with Two Way Shape Memory Alloy Springs, 4th European Conference on Protective Clothing (ECPC) and NOKOBETEF 9, June 10-12, 2009, Netherlands.
15. Makinen, H., Smolander, J., Vuorinen, H., 1988. Simulation of the Effect of Moisture Content in Underwear and on the Skin Surface on Steam Burns of Fire Fighters. Performance of Protective Clothing: Second Symposium, 415-421.
16. Clarke, M.E., Dunne, L.E., Holschuh, B.T., 2016. Self-Adjusting Wearables: Variable Control through a Shape-Memory Latching Mechanism. UBICOMP/ISWC ’16 Adjunct, September 12-16, 2016, Heidelberg, Germany.
17. Mondal, S., Hu, J.L., 2006. Temperature Stimulating Shape Memory Polyurethane for Smart Clothing. Indian Journal of Fibre and Textile Research, 31, 66-71.
18. Onofrei, E., Petrusic, S., Bedek, G., Dupont, D., Soulat, D., Codau, T.C.,2014. Modeling of Heat Transfer Through Multilayer Firefighter Protective Clothing, Industria Textila, 65(5), 277-281.
19. Park, G., Chae, Y., Kim, E., 2012. Thermal Protective Performance of Fire Fighter’s Turnout Gear Embedded with Shape Memory Alloy Thermal Liner. 5th European Conference on Protective Clothing (ECPC) and NOKOBETEF 10, May 29-31, 2012, Valencia, Spain.
20. Rossi, R.M., Bolli, W., Sataempfli, R., 2008. Performance of Firefighters’ Protective Clothing After Heat Exposure. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics, 14(1), 55-60.
21. TS EN ISO 6942: Koruyucu giyecekler - Isı ve yangına karşı koruma - Deney metodu: Işıma yoluyla yayılan ısı kaynaklarına maruz kalındığında malzeme ve malzeme birleşimlerinin değerlendirilmesi.
22. Udayraj, Talukdar, P., Das, A., Alagirusamy, R., 2016. Heat and Mass Transfer Through Thermal Protective Clothing- A Review. International Journal of Thermal Sciences, 106(2016), 32-56.
23. Vasile, S., Githaiga, J., Ciesielska-Wrobel, I.L., 2011. Comparative Analysis of the Mechanical Properties of Hybrid Yarns with Superelastic Shape Memory Alloys (SMA) Wires Embedded, Fibres &Textiles in Eastern Europe, 6(89), 41-46.
24. Wang, Y., Lu, Y., Li, J., Pan, J., 2012. Effects of Air Gap Entrapped in Multilayer Fabrics and Moisture on Thermal Protective Performance. Fibers and Polymers, 13(5), 647-652.
25. Yılmaz, E., Altaş, S., 2017. Termal Koruyucu Giysilerde Sekil Hafızalı Yay Kullanımı ile Oluşturulan Hava Boşluğunun Giysinin Konfor Özellikleri Üzerindeki Etkisinin Araştırılması. 1. Uluslararası İleri Araştırmalar ve Mühendislik Kongresi, 16-18 Kasım, Osmaniye, 1596-1602.
26. Yoo, S., Yeo, J., Hwang, S., Kim, E.A., 2006. Development of a Versatile Insulating Jacket Using Niti Alloy Two-Way Sma Conical Spring, 3rd European Conference on Protective Clothing (ECPC) and NOKOBETEF 8, 10-12 May, 2006, Poland.
27. Zanaboni, E., 2008. One Way and Two Way–Shape Memory Effect: Thermo–Mechanical Characterization of Ni–Ti wires. Dissertation, The University of Pavia, Department of Structural Mechanics, Italy.