Effects of Heat Treatment on the Mechanical and Thermal Performance of Fabric Used in Firefighter Protective Clothing

• Autorzy: Cui Z , Ma C , Lv N

Warianty tytułu

Wpływ obróbki termicznej na właściwości mechaniczne i barierowe materiałów stosowanych w odzieży ochronnej strażaków

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

With excellent thermal stability and resistance, X-fiper® fabric has been applied in firefighter protective clothing. In this paper, X-fiper® fabric was subjected to heat treatment at 6.5 kW/m2 and 9.7 kW/m2 for durations between 0 to 30 min. Effects of the heat intensity and exposure duration on mechanical properties, thermal protective performance, surface morphology, and structural properties were studied and analysed. The results showed that the intensity of heat flux had significant effects on the tensile strength, elongation at break, and tear strength. The tear strength of X-fiper® fabric was less than 100 N after 5-minute’s exposure at 300 °C. The thermal protective performance, however, did not change considerably. From the scanning electron microscope (SEM) analysis, specimens showed grooves, peel-offs and deposits as a result of heat treatment. The results observed by SEM and FTIR-Raman spectroscopy revealed the mechanisms of changes in mechanical properties and thermal protection.

PL

W odzieży ochronnej strażaków zastosowano tkaninę X-fiper®, która charakteryzuje się doskonałą odpornością i stabilnością termiczną. W prezentowanej pracy tkaninę tę poddano działaniu energii cieplnej 6,5 kW/m2 i 9,7 kW/m2, w czasie od 0 do 30 min. Badano i analizowano wpływ intensywności i czasu trwania ekspozycji cieplnej na właściwości mechaniczne, zdolność ochrony przed efektem cieplnym, morfologię powierzchni i właściwości strukturalne. Wyniki pokazują, że intensywność strumienia ciepła ma znaczący wpływ na wytrzymałość na rozciąganie, wydłużenie przy zerwaniu i wytrzymałość na rozrywanie. Wytrzymałość na rozrywanie tkaniny była mniejsza niż 100N po 5 minutach ekspozycji w temperaturze 300 °C. Jednakże, zdolność ochrony przed efektem cieplnym nie zmieniła się znacząco. Na zdjęciach SEM powierzchni próbek widoczny jest peeling i bruzdy oraz inne zmiany strukturalne. Wyniki obserwacji SEM i spektroskopii FTIR-Ramana pozwalają na określenie mechanizmu zmian właściwości mechanicznych i termicznych próbek.

Słowa kluczowe

EN

heat treatment; X-fiper® fabric; thermal protective performance; mechanical properties

PL

obróbka cieplna; X-fiper® tkanina; odporność i stabilność termiczna; właściwości mechaniczne

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 23, no. 2 (110)
• Strony: 74--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Cui Z

• Fashion Institute, Dong Hua University, Shanghai, P. R. China
• Ministry of Education, Engineering Research Center of Technical Textiles, Dong Hua University, Shanghai, P. R. China

autor

Ma C

• Fashion Institute, Dong Hua University, Shanghai, P. R. China

autor

Lv N

• Fashion Institute, Dong Hua University, Shanghai, P. R. China

Bibliografia

• 1. Kutlu BA, Cireli. Thermal Analysis and Performance Properties of Thermal Protective Clothing. Fibers & Textiles in Eastern Europe 2005; 13(3): 58-62.
• 2. Lu YH, Song GW, Li J, et al. Effect of an air gap on the heat transfer of protective materials upon hot liquid splashes. Textile Research Journal 2013; 83(11): 1156-1169.
• 3. Mah Tannie, Song GW. Investigation of the Contribution of Garment Design to Thermal Protection. Part 1: Characterizing Air Gaps using Three-dimensional Body Scanning for Women’s Protective Clothing. Textile Research Journal 2010; 80(13): 1317-1329.
• 4. Mah Tannie, Song GW. Investigation of the Contribution of Garment Design to Thermal Protection. Part 2: Instrumented Female Mannequin Flash-fire Evaluation System. Textile Research Journal 2010; 80(14): 1473-1487.
• 5. Cui ZY, Wan YM, Zhang WY. Thermal protective performance and moisture transmission of firefighter protective clothing Based on Orthogonal Design. Journal of Industrial Textiles 2010; 39(4): 347-356.
• 6. Barker RL, Guerth-Schacher C, Grimes RV, et al. Effects of Moisture on the Thermal Protective Performance of Firefighter Protective Clothing in Low-level Radiant Heat Exposures. Textile Research Journal 2006; 76(1): 27–31.
• 7. Zhu FL, Zhou Y. Modelling Heat-Moisture Transport through Firefighters’ Protective Fabrics from an Impinging Flame Jet by Simulating the Drying Process. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2013; 21(5): 85-90.
• 8. Day M, Cooney JD, Supruncwuk T. Durability of Firefighters’ Protective Clothing to heat and light. Textile Research Journal 1988; 58(3): 141-147.
• 9. Jain A, Vijayan K. Thermally induced structural changes in Nomex fibres. Bulletin of Materials Science 2002; 25(4): 341–346.
• 10. Mäkinen H. The effect of wear and laundering on flame-retardant fabrics. Performance of protective clothing 1992; 4: 754-764.
• 11. Davis R, Chin J, Lin Chiao-Chi, et al. Accelerated weathering of polyaramid and polybenzimidazole firefighter protective clothing fabrics. Polymer Degradation and Stability 2010; 95(5): 1642-1654.
• 12. Abbott NJ, Schulman S. Protection from Fire: Nonflammable Fabrics and Coatings. Journal of Coated Fabrics 1976; 6(1): 48-62.
• 13. American Society for Testing and Materials. ASTM D5035-11 Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method). American Society for Testing and Materials, 2011.
• 14. American Society for Testing and Materials. ASTM D5587-08 Standard Test Method for Tearing Strength of Fabrics by Trapezoid Procedure. American Society for Testing and Materials, 2008.
• 15. NFPA1971: Standard on Protective Ensembles for Structural Firefighting and Proximity Fire fighting. National Fire Protection Association, 2013.
• 16. Wang LZ, Cai GM, Yu WD. Influence of high temperature and ultraviolet on mechanical property of aramid yarn. Synthetic Fiber in China 2008; 31(1): 21-24.
• 17. Wang SZ, Wang QR, Liu ZF. Introduction of high Performence Fibers. Donghua Univeristy Press, 2005, 344.
• 18. Villar-Rodil S, Paredes JI, Martı´nezAlonso A, et al. Atomic Force Microscopy and Infrared Spectroscopy Studies of the Thermal Degradation of Nomex Aramid Fibers. Chemistry of Materials 2001; 13(11): 4297-4304.