Enhancing the Thermal Protective Performance of Firefighters' Protective Fabrics by Incorporating Phase Change Materials

• Autorzy: Zhu F L , Feng Q Q , Liu R , Yu B , Zhou Y

Warianty tytułu

PL

Polepszenie właściwości termicznych odzieży ochronnej strażaków poprzez zastosowanie materiałów zmiennofazowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A composite fabric consisting of an outer shell, moisture barrier, thermal liner and comfort layer used for firefighters’ protective clothing, was incorporated with shape-stabilised phase change material (PCM) powder in order to improve the thermal protection capability provided by thermal protective clothing. Then we conducted a series of FTP (fire testing protection) experiments to investigate the effects of PCM location and phase change temperature on the heat protection efficiency of firefighters’ protective fabrics (FFPFs). Simultaneously the thermoregulation performance of the composite fabrics with PCMs was evaluated by using step-cooling experimental technology during the cooling process. Data from the FTP tests were also compared with those from the existing enthalpy formulation model of heat transfer through FFPFs embedded with PCMs. It was concluded that the use of PCMs could improve the heat buffering capacity. However, as PCM has a moderate melting temperature, it is better than the other two samples because they have a lower and higher melting temperature. Therefore PX 52 PCMs (melting temperature: 47 - 53 °C) could provided the maximum heat protection time compared with the other two kinds of PCMs.

PL

W celu zwiększenia zdolności ochrony termicznej odzieży ochronnej dla strażaków, przy użyciu stabilizowanego materiału zmiennofazowego w postaci proszku, stworzono materiał kompozytowy składający się z powłoki zewnętrznej, warstwy stanowiącej barierę dla wilgoci, wkładki termicznej i warstwy zapewniającej komfort. W celu zbadania wpływu umieszczenia materiału zmiennofazowego i temperatury przemiany fazowej na efektywność ochrony cieplnej przeprowadzono serię eksperymentów (testy ochrony przeciwpożarowej). Jednocześnie oceniono zdolność termoregulacji tkanin kompozytowych, oceny tej dokonano stosując technikę stopniowego chłodzenia. Dane z badań porównano z danymi teoretycznymi. Stwierdzono, że stosowanie materiałów zmiennofazowych może poprawić zdolność buforowania ciepła. Określono optymalny rodzaj materiału zmiennofazowego.

Słowa kluczowe

EN

phase change material; fire protective clothing; thermal protective performance

PL

materiał zmiennofazowy; odzież ochronna; ochrona termiczna odzieży

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 23, no. 2 (110)
• Strony: 68--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zhu F L

• Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P. R. China

autor

Feng Q Q

• Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P. R. China

autor

Liu R

• Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P. R. China

autor

Yu B

• The Chinese People’s Armed Police Forces Academy, Langfan, P. R. China

autor

Zhou Y

• Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou, P. R. China

Bibliografia

• 1. Chou C, et al Physiological and subjective responses to cooling devices on firefighting protective clothing. European Journal of Applied Physiology 2008; 104: 369-374.
• 2. Gao CS, Kuklane K, Holmer I. Cooling vests with phase change materials: the effect of melting temperature on heat strain alleviation in an extremely hot environment. European Journal of Applied Physiology 2011; 111: 1207-1216.
• 3. Carter JM, et al. Strategies to combat heat strain during and after fighting. Journal of Thermal Biology 2007; 32: 109-116.
• 4. Rossi RM, Bolli WP. Phase change materials for improvement of heat protection. Advanced Engineering Materials 2005; 7: 368-373.
• 5. Buler M, et al. Heat protection by different phase change materials. Applied Thermal Engineering 2013; 54: 359-364.
• 6. McCarthy LK, Marzo MD. The application of phase change material in fire fighter protective clothing. Fire Technology 2012; 48: 841-864.
• 7. Mondal S. Phase change materials for smart textiles-an overview. Applied Thermal Engineering 2008; 28: 1536-1550.
• 8. Sari A. Form-stable paraffin/high density polyethylene composites as solid–liquid phase change materials for thermal energy storage: Preparation and thermal properties. Energy Convers. Manage 2004; 45: 2033–2042.
• 9. Cai YB, et al. Preparation and properties studies of halogen free flame retardant form-stable phase change materials based on paraffin/high density polyethylene composites. Applied Energy 2008; 85: 765–759.
• 10. Fang G, Li H, Chen Z, Liu X. Preparation and characterization of flame retardant n-hexadecane/silicon dioxide composites as thermal energy storage materials. Journal of Hazardous Material 2010; 181: 1004-1009.
• 11. Latent heat powder-Rubitherm® PX, a products introduction on. http://www.rubitherm.com/english/index.htm
• 12. ISO 9151:1995, protective clothing against heat and flame-Determination of heat transmission on exposure to flame.
• 13. Hu Y, et al. Modeling thermal insulation of firefighting protective clothing embedded with phase change material. Heat Mass Transfer 2013; 49: 567-573.
• 14. Mercer GN, Sidhu HS. Mathematical modelling of the effect of fire exposure on a new type of protective clothing. ANXIAM Journal 2007; 49: C289-C305.
• 15. Zhu FL. Numerical Simulation of heat transfer for thermal protective clothing incorporating phase change material layer. Journal of Basic Science and Engineering 2011; 19: 635-643.
• 16. Torvi DA, Dale JD. Heat transfer in thin fibrous materials under high heat flux. Fire Technology 1999; 35: 210–231.
• 17. Zhu FL, Li KJ. Thermal conductivity for woven fabrics used in fire fighters’ protective clothing. Journal of Fire Sciences 2011; 29: 3-20.
• 18. Huai XL, Wang WW, Li ZG. Analysis of the effective thermal conductivity of fractal porous media. Applied Thermal Engineering 2007; 27: 2815–2821.