ABPBI纤维在消防服外层测试中表现优于芳纶：高热稳定性与成炭能力受关注

研究背景与材料特性

消防员防护服的外层通常采用芳纶、聚苯并咪唑（PBI）、聚酰胺-酰亚胺和聚酰亚胺等本征阻燃高性能纤维。其中PBI以不燃性和低烟释放著称。发表于《Fire and Materials》的一项研究将目光投向聚(2,5-苯并咪唑)（ABPBI）——其合成单体致癌性较低，且耐热与阻燃性能更高。研究给出的极限氧指数（LOI）数据显示：ABPBI约为72，PBI约为38.3，芳纶约为25。尽管数值突出，ABPBI在阻燃纺织品领域的研究仍较为有限。

测试方法与主要结果

研究团队采用2/1斜纹织造的ABPBI与芳纶织物（面密度260 gsm），开展垂直燃烧测试以及辐射热和对流热暴露实验，并结合密度泛函理论（DFT）计算，从HOMO–LUMO、键解离能和Mayer键级等角度分析两种聚合物的热稳定性。

• 垂直燃烧测试中，两种织物均未出现续燃或阴燃，炭残留均低于5%。
• 在对流热暴露（84 kW m⁻²，30秒）下，芳纶织物因脆化出现“破开”行为，而ABPBI保持柔性和尺寸稳定性。
• 热暴露后ABPBI的动态力学分析显示储能模量下降约十倍，EDS分析对应氧元素损失26.2%、碳元素增加9.3%；芳纶在该条件下无法完成测试。
• 在10 kW m⁻²辐射热通量下暴露180秒，两种织物的拉伸强度均未出现明显损失。
• 整衣热防护性能（TPP）方面，ABPBI外层组合为60 cal cm⁻²，芳纶外层组合为44 cal cm⁻²，均高于35 cal cm⁻²的最低要求。

计算与实验结果表明，ABPBI在热稳定性、成炭能力和防护性能方面具有优势，具备作为消防防护服先进外层材料的潜力。

对聚合物助剂与建筑材料行业的意义

该研究虽聚焦防护纺织品，但其涉及的高性能纤维在高温下的尺寸稳定性、成炭行为与耐候老化表现，与建筑与家装领域对阻燃和耐久材料的需求存在共通之处。在PVC型材、密封胶及建筑涂料等应用中，耐候稳定始终是核心指标，抗氧剂与光稳定剂的配方设计直接影响材料在热、氧和光照条件下的使用寿命。ABPBI所展现的高LOI和成炭能力，为阻燃建筑材料的设计提供了材料层面的参考思路；而研究中关于热暴露后力学性能与元素组成变化的表征方法，也可为建筑材料耐候老化评价提供借鉴。需要注意的是，该研究针对的是消防服外层织物，其结论向建筑制品迁移仍需结合具体加工工艺、配方体系和相关法规要求进行验证。

来源：Wiley Online Library，《Fire and Materials》，DOI: 10.1002/fam.70090

信息来源：Enhanced Fire Protection: Improved Efficacy of ABPBI Over Aramids as the Outer Layer in Firefighter Suits，由合润化工整理。