Aide aux pompiers : textiles thermo-adaptatifs intelligents

Base de la recherche

L'un des résultats les plus attendus du réchauffement climatique est le fait qu'il fait de plus en plus chaud. Aussi évident que cela puisse paraître, il s'agit d'un risque particulier pour la santé de nombreuses personnes travaillant à des températures plus élevées, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur.

Des scientifiques de l'université polytechnique de Hong Kong ont mis au point des vêtements robotiques souples, isolés thermiquement et respirants, qui peuvent s'adapter automatiquement aux conditions de température de l'environnement. De quoi est fait ce tissu intelligent, comment fonctionne-t-il exactement et quelle est son efficacité ? Nous apprendrons les réponses à ces questions en lisant le rapport des scientifiques.

Les risques liés à la chaleur sont de plus en plus fréquents dans les professions où l'on est contraint de travailler à des températures élevées. On pense en premier lieu aux pompiers, qui sont constamment confrontés à des incendies imprévisibles dans le cadre de leur travail, en raison de divers facteurs.

Selon la U.S. Fire Administration, en 2020, il y a eu environ 15 200 blessés et 3 500 morts dans la lutte contre les incendies, y compris la perte de 102 pompiers, ce qui met en évidence le rôle important des vêtements de protection thermique (VPC ou TPC de thermal protective clothing).

Le vêtement de protection thermique agit comme une barrière thermique contre la chaleur, prévenant les lésions thermiques en réduisant l'exposition directe à la chaleur intense et aux flammes, réduisant ainsi le risque de brûlures et de décès. Il est donc urgent de faire progresser le développement de vêtements de protection thermique performants, capables de gérer efficacement la température corporelle et de protéger les utilisateurs contre les températures extrêmes et les risques de stress thermique et d'accident vasculaire cérébral.

Le TPC traditionnel est souvent constitué de tissus multicouches avec des doublures thermiques épaisses et encombrantes, où une meilleure isolation est obtenue en augmentant l'épaisseur de la doublure. Cependant, cette approche traditionnelle donne des vêtements plus lourds avec une respirabilité réduite, ce qui entrave la mobilité et l'efficacité des utilisateurs. Les efforts de recherche récents se sont concentrés sur l'incorporation d'aérogel dans le TPC afin d'améliorer la protection thermique tout en conservant un poids plus léger.

L'aérogel est connu pour sa densité extrêmement faible, sa grande porosité et sa faible conductivité thermique, ce qui en fait un excellent isolant. Malgré ces avantages, les tissus intégrés à l'aérogel souffrent d'une conductivité thermique fixe qui réagit difficilement aux changements de température. En outre, la présence de l'aérogel peut entraver considérablement le transfert d'humidité, ce qui compromet le confort du vêtement.

À la recherche de solutions plus dynamiques, on s'intéresse de plus en plus au développement de tissus intelligents qui s'adaptent à la température ambiante grâce à l'utilisation de matériaux sensibles à la température tels que les matériaux à changement de phase (PCM pour phase change material). Les PCM peuvent absorber et libérer des quantités importantes de chaleur latente pendant les transitions de phase, protégeant ainsi le corps humain des flux de chaleur externes. Différents types de PCM ont été incorporés dans le TPC pour améliorer le confort et la sécurité de l'utilisateur. En outre, la combinaison d'aérogel et de PCM avec des tissus traditionnels a également amélioré les propriétés d'isolation thermique.

Toutefois, des limites subsistent, notamment en ce qui concerne la courte durée de la protection thermique et la forte résistance à l'humidité inhérente à ces conceptions. Une autre stratégie consiste à utiliser la conductivité thermique plus faible de l'air immobile. La création d'un espace d'air entre les couches de tissu pour former un microclimat tampon peut augmenter de manière significative l'isolation thermique. Une autre approche innovante consiste à intégrer des alliages à mémoire de forme (SMA pour shape memory alloy) au TPC afin d'ajuster l'espace d'air pour améliorer l'isolation thermique.

Ces vêtements fournissent une isolation adéquate en cas de chaleur extrême et offrent également une résistance thermique moindre pour maintenir le confort dans des conditions normales. Les SMA à ressort, qui passent d'un état plat à un état tridimensionnel, agissent comme des actionneurs en réponse à certaines températures, élargissant l'espace d'air entre les couches de tissu pour bloquer le transfert de chaleur. Toutefois, les SMA présentent généralement un effet de mémoire de forme unidirectionnel et ne reprennent pas facilement leur forme initiale après normalisation de la température. Le contrôle de la position, de la taille et de la stabilité des actionneurs rigides à base de SMA dans un système de tissu souple constitue un défi supplémentaire.

Un textile thermiquement adaptatif idéal devrait réagir rapidement aux performances thermiques, en conservant différentes configurations à différentes températures afin de maintenir un confort thermique constant. Cet objectif doit être atteint sans sacrifier la flexibilité ou la perméabilité à l'humidité pour une régulation thermique personnalisée.

Dans le travail que nous examinons aujourd'hui, les chercheurs ont présenté un nouveau concept de textile robotique souple(SRT) conçu pour fournir une isolation thermique dynamique et adaptative. Cette idée unique a été réalisée en intégrant des actionneurs thermiques intelligents(STA de smart thermal actuator) qui incorporent des fluides à faible point d'ébullition scellés dans le système. Ces actionneurs fonctionnent en modulant l'épaisseur et la structure du tissu, en ajustant précisément l'espace d'air entre les couches textiles pour réguler l'isolation thermique. Les actionneurs activés thermiquement ont récemment fait l'objet d'une attention croissante, car le fluide à bas point d'ébullition sélectionné subit une expansion volumétrique spectaculaire lors de la transition de phase entre le liquide et la vapeur.

Cet effet peut provoquer le gonflement des actionneurs, ce qui a pour effet d'écarter les couches textiles, créant ainsi un vide d'air isolant et structuré qui empêche la conduction de la chaleur. Pour améliorer encore les performances, les chercheurs ont également utilisé un tissu tricoté rempli de canaux qui sert à la fois de doublure thermique et de cadre d'encapsulation pour les actionneurs thermiques intelligents. Cette conception innovante offre non seulement une isolation thermique et une stabilité structurelle exceptionnelles, mais démontre également une réponse réversible aux fluctuations de température.

Résultats de l'étude

L'illustration ci-dessus montre un SRT qui peut ajuster passivement son épaisseur pour une isolation thermique adaptative dans diverses conditions de température, grâce à un actionneur thermique intelligent (STA) basé sur un fluide à faible point d'ébullition. Ce textile de protection thermique unique est conçu pour maintenir le confort thermique dans des conditions modérées en utilisant un tissu fin à faible résistance thermique.

Inversement, il peut augmenter l'espace d'air entre les couches de tissu, ce qui accroît la résistance thermique et bloque la chaleur en cas d'exposition à des températures plus élevées. Les textiles de protection thermique conventionnels ont une structure statique avec une résistance thermique fixe. Par conséquent, les pompiers doivent porter ces vêtements avant de pénétrer sur les lieux de l'incendie, ce qui peut empêcher le transfert de chaleur et d'humidité de la peau vers l'air ambiant.

Cela peut entraîner un inconfort dû à la surchauffe, en particulier en été. Lorsque l'on pénètre dans un environnement à température élevée comme un lieu d'incendie, l'encombrement et le poids des vêtements de protection traditionnels peuvent limiter les mouvements et potentiellement réduire les performances. Le modèle SRT illustré en 1a et 1b résout ce problème. À l'extérieur du lieu de l'incendie, le SRT reste léger et hautement conducteur de chaleur grâce à sa structure fine et compacte. Cependant, lorsque le pompier pénètre sur les lieux de l'incendie et que la température ambiante augmente, le TRS est activé, ce qui entraîne une augmentation de l'épaisseur du tissu et de la résistance thermique. Si le pompier quitte l'environnement chaud, la température plus basse fait revenir le STA à son état initial, ce qui entraîne une déformation réversible du TRS.

Ainsi, le TRS peut rester fin avec une faible résistance thermique à des températures normales pour assurer le confort, mais s'adapter automatiquement pour protéger l'utilisateur de la chaleur en augmentant l'espace d'air pour améliorer la résistance thermique. Il redevient ensuite fin lorsque la température diminue, ce qui permet à un seul vêtement de convenir à une large gamme de températures.

La structure SRT, illustrée en 1c, comprend l'enveloppe extérieure ignifugée, la barrière imper-respirante contre l'humidité et la doublure thermique en tricot poreux illustrée en 1d. Le système est également équipé d'un STA réglable en épaisseur (1e). La doublure thermique comporte des canaux intégrés dans lesquels les STA sont placés et fixés, ainsi que des attaches reliant ces canaux. Le liquide à l'intérieur de la STA a un point d'ébullition bas de 61 °C, ce qui lui permet de subir des transitions de phase réversibles de liquide à vapeur en réponse aux fluctuations de température.

Le STA a été fabriqué à l'aide d'un tissu en nylon thermosoudable, disponible dans le commerce, dont une face est recouverte d'un revêtement imperméable en polyuréthane thermoplastique (TPU). La face recouverte de TPU a été thermosoudée à l'aide de la technologie du thermocollage, qui promet d'être modulable pour la production industrielle.

Le STA fabriqué a la forme d'une poche rectangulaire (30 mm × 300 mm) avec des bords scellés de 5 mm de large. La région non scellée est conçue comme une chambre à air avec un volume important de vapeur générée par la vaporisation du liquide, dans laquelle une couche de tissu absorbant est intégrée pour retenir le liquide en ébullition. Comme le montre l'illustration 2a, le STA comprend trois couches, avec une couche intermédiaire de tissu de coton servant de matériau absorbant collé entre des couches de tissu de nylon thermosoudé. Cette couche à flux capillaire est capable d'absorber et de retenir le liquide, facilitant ainsi la distribution uniforme du liquide à bas point d'ébullition.

L'illustration 2b montre le STA à l'état dégonflé et gonflé. Elle apparaît plate à l'état dégonflé, mais présente une surface surélevée et une hauteur accrue lorsqu'elle est entièrement gonflée à la température. Le mécanisme de déformation sous-jacent à la STA est illustré en 2c: un liquide à faible point d'ébullition absorbe la chaleur ambiante, se vaporise et gonfle ainsi la STA. Inversement, une baisse de la température ambiante fait que la vapeur libère de la chaleur et retourne à l'état liquide. Les STA ont ensuite été soumises à une déformation sensible à la température sur une plaque chauffante (vidéo n° 1). Ce cycle a été répété plus de 20 fois pour évaluer la fonctionnalité réversible des STA. Cela indique que sur une plage limitée de cycles, la dégradation des performances peut être négligeable.

La corrélation entre la température de la plaque chauffante et l'épaisseur du STA est illustrée au point 2d, où la largeur utilisée est de 30 mm et l'épaisseur maximale observée atteint 19,1 mm. Cette conception particulière atténue considérablement l'effet du tissu STA en nylon non extensible sur l'augmentation de l'épaisseur. Pendant le changement de phase, les STA passent d'un état plat à un état cylindrique cubique, ce qui augmente l'épaisseur des STA et du vêtement.

Il convient de noter que des actionneurs en tissu de nylon ont été incorporés dans des substrats tricotés extensibles. Par conséquent, l'absence d'extensibilité des actionneurs locaux n'affectera pas l'extensibilité globale du textile robotique souple. En 2e et vidéo #2, une coupe transversale du STA pendant la déformation est démontrée, mettant en évidence sa transition d'un état liquide plat et mince à température ambiante à un état mixte liquide-vapeur et finalement à un état de vapeur complet avec une épaisseur maximale lorsque la chaleur est appliquée.

Pour déterminer la solidité du joint et s'assurer qu'il n'y avait pas de fuite de vapeur ou de liquide, un test d'étanchéité a été réalisé. Les résultats, présentés dans la vidéo 3, ont consisté à immerger une petite STA dans de l'eau chaude (plus de 80 °C) pour observer la formation de bulles - ou l'absence de bulles - en tant qu'indicateur de l'intégrité du joint.

Le point 2f montre une STA immergée dans de l'eau chaude, l'absorption de chaleur entraînant la vaporisation du liquide et l'élévation consécutive du niveau de liquide. La vue de dessus confirme l'état entièrement gonflé de la STA sans formation de bulles, ce qui implique qu'il n'y a pas de fuite de vapeur. Dans un autre dispositif expérimental (2g), le STA a démontré sa capacité à résister à des pressions allant jusqu'à 1,96 MPa, ce qui prouve sa solidité pour des applications pratiques dans le domaine de la résistance à l'usure.

La zone scellée peut résister à une pression de 1,96 MPa à une température équivalente de 185,5 °C. Un fonctionnement au-delà de cette température pourrait entraîner des défaillances structurelles dans la STA, y compris des fuites potentielles de fluide et d'air. C'est pourquoi les chercheurs considèrent que 185,5 °C est la température maximale de fonctionnement de la STA pour le prototype actuel.

La quantité de fluide à bas point d'ébullition utilisée pour chaque STA a également été déterminante. De plus petites quantités de fluide peuvent ne pas gonfler complètement le STA, ce qui se traduit par des performances sous-optimales. À l'inverse, l'utilisation d'une trop grande quantité de fluide pourrait augmenter le poids et le coût de la STA, et entraîner des pressions internes plus élevées. Cela pourrait potentiellement dépasser la pression maximale de sécurité pour la STA telle que déterminée par les résultats des tests (2g). Il est donc important de maintenir une quantité modérée de fluide à bas point d'ébullition pour s'assurer que la STA fonctionne à pleine capacité et sans risque de défaillance dans les applications pratiques. Un volume de liquide de 1 ml a été injecté dans le STA comme indiqué précédemment. Des tests de chauffage/refroidissement en deux phases, des tests d'étanchéité, des tests de résistance à la pression de pointe et des calculs ont été effectués pour vérifier la fiabilité et la fonctionnalité de la STA dans des conditions réelles.

Par la suite, les STA ont été intégrés aux systèmes textiles dans un modèle sans couture et durable. Les figures 3a et 3b montrent des illustrations d'une doublure thermique tricotée (240 mm × 340 mm) avec des canaux destinés aux STA et une boucle de connexion. Les canaux destinés aux STA sont représentés en gris, tandis que la boucle de connexion est représentée en blanc. Les dimensions des canaux et des boucles de connexion peuvent être ajustées en modifiant le nombre de rangs de tricot, ce qui facilite la compatibilité avec des STA de spécifications différentes. La largeur du fermoir de connexion est de 15 mm et celle du canal de 60 mm, ce qui facilite l'insertion des STA. Chaque canal comprend une structure à deux couches pour encapsuler la STA, et le fermoir de connexion est utilisé pour relier ces canaux.

Les figures 3c et 3d montrent des schémas d'une doublure thermique associée à des STA intégrées positionnées sur une peau plate. Lorsque le STA est entièrement dégonflé, la doublure thermique tricotée contenant le STA reste plate avec une épaisseur minimale. Inversement, lorsque le STA est entièrement gonflé, la structure expansée étale les canaux, élevant la boucle de connexion vers le milieu de l'ensemble, ce qui donne une épaisseur maximale. Il se forme alors une lame d'air segmentée par la boucle de liaison. Étant donné que les isolants thermiques conventionnels ne sont pas perméables (ou le sont beaucoup moins), une barrière anti-humidité respirante a été choisie pour améliorer le confort thermique sans compromettre la résistance à l'eau et la perméabilité à l'air.

Il est important de noter que le modèle mis au point comprend une boucle de connexion qui empêche le placement continu du STA, préservant ainsi la flexibilité et l'extensibilité globales du textile. Par essence, la boucle de connexion stratégiquement placée préserve non seulement la flexibilité du textile, mais facilite également le transfert d'humidité entre les capteurs, garantissant ainsi le confort de l'utilisateur et la respirabilité du tissu. La résistance à la chaleur et à l'humidité des barrières traditionnelles et des barrières nouvellement proposées a été évaluée (3e).

Par rapport à la barrière traditionnelle, la SRT proposée offre une résistance thermique similaire mais une résistance à l'humidité nettement inférieure. La barrière traditionnelle a montré une résistance à l'humidité significative (Ret) de plus de 350 Pa/m2/W, ce qui est ≈50 fois plus élevé que la barrière d'humidité respirante, qui a une valeur Ret de 7,481 Pa/m2/W pour une respirabilité supérieure. Le point 3f montre une coupe transversale du SRT à l'état entièrement dégonflé et gonflé. L'inclusion d'une doublure thermique tricotée garantit que les STA sont solidement maintenus en place, empêchant tout déplacement.

Le mécanisme thermique du textile intelligent proposé est intrinsèquement lié à la transition de phase réversible du liquide à faible point d'ébullition contenu dans les actionneurs. Lorsque la température ambiante est inférieure au point d'ébullition du liquide, celui-ci reste à l'état de couche mince. Pendant cette phase, la conduction thermique est efficace à la fois à l'intérieur du liquide et à travers le textile. À l'inverse, lorsque la température dépasse le point d'ébullition, le liquide passe de l'état liquide à l'état de vapeur. Ce changement d'état provoque l'épaississement du tissu en raison de l'expansion de l'actionneur, ce qui crée davantage d'espaces d'air entre les couches de tissu. L'air immobile ayant une conductivité thermique particulièrement faible, l'augmentation de l'épaisseur du tissu améliore sa résistance thermique.

En outre, la création d'une lame d'air renforce le processus de convection thermique, en particulier lorsqu'il existe une différence de température importante dans le tissu. Pour amorcer ce processus, les chercheurs ont incorporé des composants isolants, tels que des supports tricotés avec des fermetures à emboîtement intégrées, afin de le limiter. Plus précisément, lorsque la température baisse, la vapeur repasse à l'état liquide.

Ce processus dynamique de transition de phase agit comme un interrupteur thermique, permettant au textile de s'adapter aux conditions de température changeantes et de maintenir un niveau optimal de confort thermique pour les utilisateurs. L'épaisseur du SRT augmente considérablement lorsqu'il est entièrement gonflé par rapport à l'épaisseur initialement réduite dans sa forme plate (3g). Le processus de transformation du SRT est illustré dans la vidéo n° 4.

Les scientifiques ont également exposé un mannequin vêtu de leur vêtement SRT à la chaleur rayonnante des deux côtés, reproduisant ainsi une scène d'incendie authentique (3h) à l'aide de deux dispositifs (4a). Des différences notables ont été constatées entre l'état initial et l'état activé du vêtement à température ambiante et à température élevée, avec des changements d'épaisseur notables clairement illustrés en 3i et 3j, respectivement.

Les performances de notre nouveau SRT ont été évaluées à l'aide d'essais thermiques impliquant une exposition à la chaleur rayonnante et un contact avec des surfaces chaudes, conçus pour simuler les conditions rencontrées dans les environnements de lutte contre les incendies. Les pompiers sont exposés non seulement au rayonnement direct du feu, mais aussi à la chaleur intense de l'air exposé au feu. Ils peuvent également interagir avec divers objets au cours de leurs opérations. Les essais de contact avec les surfaces chaudes sont donc essentiels pour évaluer le potentiel de protection des matériaux.

En règle générale, les conditions d'incendie maintiennent une température de 100 à 300 °C et un flux de chaleur d'environ 1 à 10 kW/m2. Plus précisément, les chercheurs ont fixé la température de la couche extérieure à 117 °C pour l'essai d'exposition à la chaleur rayonnée et à 120 °C pour l'essai de contact avec la surface chaude.

Le dispositif expérimental pour l'exposition à la chaleur rayonnante est illustré en 4a. Par rapport au textile traditionnel, le SRT a maintenu une température plus basse dans la couche intérieure tout au long du processus d'essai (4b). Lorsqu'il est exposé à la chaleur rayonnante, le liquide à bas point d'ébullition à l'intérieur du SRT absorbe la chaleur, se transforme en vapeur et augmente par conséquent l'épaisseur du matériau, ce qui accroît la résistance thermique, qui augmente dans un premier temps puis se stabilise après la transition de la phase liquide à la phase vapeur.

Au contraire, le textile traditionnel a montré une augmentation plus rapide de la température interne, ce qui indique un retard dans l'accumulation de chaleur, c'est-à-dire un retard dans l'évitement de la chaleur. La peau humaine est connue pour ressentir de la douleur à des températures ≈ 44 °C, et des brûlures peuvent se produire si la température à la surface de la peau dépasse ce seuil. Des températures atteignant ≈56 °C peuvent provoquer des brûlures au second degré, qui peuvent entraîner des lésions permanentes. Par conséquent, le « délai d'alerte douleur » - la durée entre l'apparition de la douleur et les brûlures au second degré - est crucial car il donne aux gens suffisamment de temps pour évacuer les zones dangereuses.

Pour évaluer la sécurité, les chercheurs ont mesuré le temps nécessaire à la couche interne pour atteindre 44 °C (t44) et 56 °C (t56), ainsi que la température finale de la couche interne (Tfa) à 4c. L'introduction du SRT a augmenté de manière significative le temps nécessaire à la couche interne pour atteindre 44 °C et 56 °C, en particulier la température finale, qui a été sensiblement retardée. En outre, le Tfa a diminué de 22,8 %, passant de 65,9 à 50,9 °C, ce qui confirme l'efficacité du SRT. En fait, t56 n'a pas été atteint, comme l'indique le fait que le Tfa est resté inférieur à 56 °C.

En outre, les scientifiques ont effectué des simulations pour analyser la distribution de la température et de la vitesse à l'intérieur de la SRT, dont les résultats sont présentés dans la figure 4d. Cette modélisation a montré que l'inclusion d'un revêtement thermique tricoté peut segmenter la lame d'air interne en compartiments plus petits, réduisant ainsi la convection thermique. Cela peut être confirmé par les valeurs de résistance thermique. Les échantillons dont les STA sont enveloppés dans le coussin thermique tricoté présentent une résistance thermique plus élevée que les échantillons dont les STA sont placés directement sur le coussin à l'état complètement gonflé. En effet, lorsque les STA sont encapsulées dans la doublure thermique tricotée, le rabat d'interconnexion divise l'espace d'air en sections plus petites lorsqu'il est gonflé, ce qui entraîne une réduction effective du transfert de chaleur par convection.

Les scientifiques ont également mené des expériences pour évaluer la réaction du tissu lorsqu'il est exposé à des surfaces chauffées. Pour ces tests, le tissu a été placé sur une plaque chauffante préchauffée à 120 °C, en veillant à ce que la couche extérieure soit en contact direct avec la source de chaleur. Le transfert de chaleur de la plaque chauffante vers le tissu s'est effectué séquentiellement de la couche extérieure vers la couche intérieure. Ce processus a provoqué l'expansion des SMA noyés dans le tissu, augmentant ainsi l'écart entre la couche interne et la surface de la plaque chauffante. Le dispositif expérimental est illustré en 4e.

Le profil de température et de temps (4f) montre que le SRT a maintenu une température nettement plus basse dans la couche intérieure - dépassant une différence de 10 °C - par rapport au textile conventionnel. La variation temporelle, désignée par t44, était relativement négligeable. Cela suggère que les SMA n'étaient pas encore activés ou que la déformation était minime lorsque la température de 44 °C a été atteinte. Cependant, la valeur de la différence temporelle t56 était significative, ce qui indique que les actionneurs étaient complètement activés. En outre, Tfa a diminué de 24,5 %, passant de 66,1 à 49,9 °C. Les résultats de la simulation de la distribution de la température et du débit d'air sur le SRT sont présentés en 4h, démontrant l'efficacité et la contribution de la doublure thermique tricotée développée.

Les chercheurs ont également évalué le confort thermique à l'aide de tests mesurant la résistance thermique et la perméabilité à l'humidité afin de comprendre les propriétés isolantes du tissu et sa capacité à faciliter le transfert de l'humidité du corps humain vers l'environnement. La plaque chauffante anti-sueur utilisée pour cette évaluation est illustrée au point 4i. La comparaison ( 4j ) montre que, par rapport au textile conventionnel, le SRT présente une résistance thermique réduite à l'état dégonflé, mais une résistance thermique nettement plus élevée après le gonflement. Par rapport au SRT entièrement dégonflé, la résistance thermique a augmenté de 101,13 % (de 0,2394 à 0,4815 K/m2/W), surpassant ainsi le vêtement de protection thermique. Notamment, la différence de résistance à l'humidité entre l'état dégonflé et l'état gonflé ne dépassait pas 20 Pa/2/W, et la valeur maximale était inférieure à 70 Pa/2/W. Ces résultats confirment l'application pratique de la doublure thermique tricotée pour le confort et la durabilité. Enfin, 4l représente visuellement le changement d'épaisseur du textile ; la SRT avait un profil plus fin à l'état dégonflé et plus large à l'état gonflé par rapport au textile traditionnel.

En outre, pour étudier la résistance thermique des matériaux utilisés dans le textile proposé, les chercheurs ont effectué des tests de combustion et d'analyse thermogravimétrique(TG de thermogravimetry). L'enveloppe extérieure est la couche qui entre en contact direct avec le feu et la chaleur. Sa fonction est de résister au feu ou à la chaleur externe sans compromettre la fonction protectrice globale de la combinaison, c'est-à-dire l'isolation thermique et contre le feu. Les résultats du test de combustion ont montré que la longueur endommagée de la coque extérieure ne dépassait pas 1 cm et que le temps de flamme résiduel ne dépassait pas 2 secondes. Les résultats du TG montrent que le poids de la gaine extérieure commence à diminuer à 250 °C. Parallèlement, le poids du tissu TPU, de la doublure thermique tricotée et de la barrière contre l'humidité commence à diminuer à 325, 372 et 335 °C, respectivement - tous au-dessus de 250 °C. Ces résultats indiquent que ces matériaux ont une plus grande résistance thermique que l'enveloppe extérieure. Par conséquent, les matériaux utilisés présentent une résistance fiable aux températures élevées au point d'allumage. Parallèlement, la résistance à la traction du tissu TPU et la force d'adhérence dans la zone d'étanchéité ont été mesurées. Il a été observé que la charge de traction est de 385,77 N, tandis que la force d'adhérence dans la zone d'étanchéité STA est de 312 N, soit ≈ 81 % de la résistance à la traction du tissu TPU, ce qui indique une perte de résistance minimale.

Pour un examen plus détaillé des nuances de l'étude, je recommande de consulter le rapport des scientifiques et ses documents complémentaires.

Épilogue

Dans les travaux examinés aujourd'hui, les scientifiques ont créé un type spécial de tissu intelligent qui peut s'adapter à la température ambiante, protégeant ainsi les êtres humains de l'exposition à des températures élevées. Une telle invention revêt une importance particulière pour les pompiers, qui sont constamment confrontés à des températures élevées de l'air et des surfaces pendant la lutte contre les incendies.

Comme le soulignent les scientifiques, l'inspiration de la nature n'a pas manqué. Les pigeons, par exemple, utilisent leurs plumes pour la thermorégulation en les gonflant, créant ainsi une couche d'air supplémentaire autour de leur peau pour réduire la perte de chaleur dans l'environnement.

Les vêtements de protection mis au point par les scientifiques utilisent des textiles robotiques souples pour la thermorégulation adaptative dynamique. Des actionneurs souples, conçus comme un exosquelette et encapsulant un liquide non toxique, ininflammable et à faible point d'ébullition, ont été incorporés dans le vêtement. Si la température augmente, le liquide à l'intérieur du système se transforme en vapeur, gonflant ainsi les compartiments et créant une couche d'air thermiquement protectrice entre le corps du porteur et l'environnement extérieur.

Il convient de noter que ce textile intelligent est souple, résilient et suffisamment résistant, ce qui signifie que son application dans la pratique ne posera pas de problème. Il est également important que les vêtements de protection des pompiers fabriqués à partir de textiles intelligents soient beaucoup plus fins et légers que les textiles traditionnels, ce qui facilitera grandement le travail déjà difficile des pompiers.

Les auteurs de l'étude estiment que leur création pourrait avoir de nombreuses applications, des vêtements de sport aux textiles de construction spécialisés. À l'avenir, les scientifiques ont l'intention de poursuivre leurs recherches afin d'élargir l'éventail des capacités et d'accroître l'efficacité de leur développement.



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