Tipik bir termal koruyucu giysisi çok katlı kumaş tabakalarından oluşmaktadır. Bu tabakalar dış katman, nem bariyeri ve termal astardır. İleriki bölümlerde daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır.
Ortamdaki ısı kaynakları dolayısı ile koruyucu giysiden insan derisine doğru bir enerji geçişi olmaktadır. Bu nedenle insan derisi ve giysideki ısı ve nem geçişi modellenmektedir. Sıcaklık ve derişim dağılımının elde edilmesi ile dokuda oluşabilecek olan yanık yaralanmaları öngörülebilmekte, deride oluşabilecek ikinci ve üçüncü dereceden yanıkların tahmininde kullanılmaktadır. Bu sebeple sıcaklık ve derişim dağılımının bulunması doku içerisinde oluşabilecek hasarlara karşı bize bilgi sunmaktadır.
Termal Koruyucu Giysisinin Yapısı
Tekstil ürünleri insan ihtiyaçlarını karşılamak için sürekli gelişmektedir. Termal koruyucu giysiler de gelişmekte olan ürünler arasında yer almaktadır. Araştırmalar lif materyallerini değiştirmenin ya da bazı tekstil kumaşlarına kimyasal cilalama uygulamaları ile tutuşmayı geciktirmelerine ve hatta direnç göstermelerine olanak sağlamıştır. Termal koruyucu giysilerin geliştirilmesindeki amaç, dışarıdan gelen ısının ve nemin kumaştan cilde geçmesini önlemek ve aynı zamanda metabolik ısı ve terin de giysi yardımıyla dışarıya çıkmasına izin vermektir. Diğer bir deyiş ile cildin yanık yaralanmasını önlemek ya da en aza indirmek için insan derisinde ısı birikim oranını azaltmaktır. Bu da, hem aleve dayanıklı hem de termal olarak yalıtıcı olan bir giysi kullanılarak gerçekleştirilmektedir.
Koruyucu giysi aynı zamanda diğer gereksinimleri de karşılamalıdır. Isıya maruz kalma sırasında bütünlüğü korumalıdır. Kumaş veya kompozitde kullanılan lifler, erimez ve aleve dayanıklı olmalıdır. Lifler büzülmeye karşı dayanıklı olmalı ve yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve esnekliği korumalıdır. Cilde doğru olan ısı transferini azaltmak için düşük termal iletkenliğine ihtiyaç vardır. Konvektif ısı transferini en aza indirmek için hava geçirgenliği düşük olmalıdır. Koruyucu giysiler için en önemli işlevlerden biri, kullanıcıya uygulanan ısı stresi miktarını azaltmak ve normal çalışmayı engellememektir. Korunmayı arttırmak için yapılan değişiklikler genellikle giysi rahatlığını olumsuz yönde etkilemektedir.
İtfaiyeciler de çalışma koşullarından dolayı yüksek ısı akısı ve sıcaklıklara maruz kalmaktadırlar. Bu yüzden aşınmaya, yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemelerden yapılan termal koruyucu giysi kullanmaktadırlar. Şekil 3.1’de örnek bir itfaiyeci giysisi görülmektedir.
Şekil 3.1 Örnek bir itfaiyeci giysisi
Bir termal koruyucu giysisi tek veya çok katmanlı olabilmektedir. Giysinin çok katmanlı olması tek katmanlı olmasına kıyasla, katman aralarındaki hava boşluklarından dolayı daha iyi bir yalıtım sağlamaktadır. Bu yüzden tipik bir itfaiyeci giysisi genellikle üç katmandan oluşmaktadır. Bunlar dış katman, nem bariyeri ve termal astardır. Her bir katmanın ayrı görevi vardır. Bir termal koruyucu giysi yapısının şematik gösterimi Şekil 3.2’de verilmiştir.
Şekil 3.2 Termal koruyucu kıyafetin yapıs
Dış Katman
Dış katman koruyucu giysinin en dışında bulunan katmandır. Bu katman delinme, kesilme, aleve ve aşınmaya karşı dayanıklı malzemelerden yapılmaktadır ve itfaiyecinin dışarıdan gelen tehlikelerden korunmasını sağlamaktadır.
Nem Bariyeri
Nem bariyeri dış katmanın hemen altında olan tabakadır. Bu katmanın görevi, dış ortamdaki sıvıların itfaiyecinin cildine ulaşmasına engel olmaktır. Bir başka görevi ise vücutta oluşan terin dışarıya atılmasını sağlamaktır.
Termal Astar
Bu katman nem bariyerinin altında olan son tabakadır. Cilt ile teması olana katmandır. Termal astarın görevi diğer katmanları geçerek gelen ısıyı absorbe ederek yalıtım sağlamaktır. Termal astar, cilt yanıklarını önlemek için iyi bir ısı yalıtımına sahip olmalıdır. Genellikle Aramid malzemeler kullanılmaktadır.
Koruyucu Giysilerde Kullanılan Lifler
Bilindiği üzere termal koruyucu giysiler aleve dayanıklı lifler kullanılarak yapılmaktadır ve bu giysilerin üretiminde farklı birçok lif kullanılmaktadır. Bu lifler iki sınıfa ayrılabilir. Doğal olarak kendiliğinden aleve dayanıklı lifler ve kimyasal işlem sonucu dayanıklı hale gelen liflerdir. Tablo 1’de bu liflerin sınıflandırılması görülmektedir.
| Kendiliğinden Aleve Dayanıklı Lifler | Kimyasal İşlem Sonucu Aleve Dayanıklı Lifler |
| Aramid Lifleri | Güç tutuşur viskoz lifleri |
| Polibenzimidazol lifleri (PBI) | Güç tutuşur polyester lifleri |
| Poliamid-imid lifleri | Güç tutuşur akrilik/modakrilik lifleri |
| Poliimid lifleri | Güç tutuşur pamuk lifleri |
| Novoloid lifleri | Güç tutuşur yün lifleri |
| Polifenilen sülfür lifleri | |
| Klor lifleri | |
| Poliakrilat lifleri | |
| Yarı karbon lifleri | |
| Melamin lifleri |
İtfaiyeci giysilerinde en çok kullanılan lifler aramid lifleri ve polibenzimidazol lifleridir (PBI).
Aramid lifleri, 400°C’nin üzerinde ve 700°C’ye kadar olan sıcaklıklarda kısa süreli maruz kalabilmektedirler. Nomex (DuPont), Conex (Teijin), Fenilon (Rusya) ve Apyeil (Unitika) meta-aramid lifleri, savaş pilotları, tank ekipleri, astronotlar ve belirli endüstrilerde çalışanlar için koruyucu giysiler geliştirilmiştir. Balistik ve alev koruması için Kevlar (DuPont), Twaron (Akzo Nobel) ve Technora (Teijin) gibi paraaramid lifler de kullanılmaktadır.
Nomex®, askeri personel, astronotlar ve özel endüstriyel uygulamalarda çalışanlar için koruyucu giysiler geliştirilmiş en iyi bilinen meta-aramid elyaftır. Nomex®, 1962’de DuPont tarafından geliştirilmiştir. Benzer bir meta aramid elyafı, 1972’de Teijin tarafından Conex® olarak tanıtılmıştır. Ancak Nomex®, yoğun ısı altında büzülebilir ve kırılabilir. Bu nedenle, para-aramid lifi olan Kevlar, yüksek ısı büzülmesini azaltmak için genellikle Nomex® ile karıştırılır. % 95 Nomex® ve % 5 Kevlar® karıştırılarak, ticari olarak satılan koruyucu kumaş Nomex® III elde edilir. Hoechst-Celanese tarafından üretilen Polibenzimidazol (PBI) lifi, yüksek sıcaklıklara ve kimyasallara dirençlidir ve mükemmel tekstil özelliklerine sahip olduğu bilinmektedir. Bu kumaşlar genellikle aramid liflerden daha iyi yangın koruması sağlarken, esnektir ve bütünlüğünü korur.
Polibenzimidazol lifleri (PBI), aleve maruz kaldığında az miktarda duman çıkarırlar. PBI, kısa süreli (3–5 s) maruziyetlerde 600°C’ye kadar sıcaklıklara, uzun süreli maruz kalma için 350°C’ye kadar yüksek sıcaklıklara dayanabilmektedir. Uygulamaları arasında uçak koltuklarında yangın söndürme kumaşları, itfaiyeci takımları ve yarış arabası sürücüsü takımları sayılabilir. Yapılan çalışmalar, PBI lifinin % 100 pamuklulara eşdeğer konfor değerlerine sahip olduğunu göstermiştir.
T.C.
DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Deniz YILMAZ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
Haziran, 2018 İZMİR