Волокна ABPBI лучше, чем аралон в наружных испытаниях пожарной одежды: высокая термостабильность и способность к образованию угля

Предыстория исследования и свойства материала

Внешний слой защитной одежды для пожарных обычно использует собственные огнестойкие высокопроизводительные волокна, такие как аралон, полибензоимидазол (PBI), полиамид – амид и полиамид. Среди них PBI известен своей негорюмостью и низким выбросом дыма. Исследование, опубликованное в Fire and Materials, обратило внимание на агрегацию (2,5 – фенил – имидазол) (ABPBI) – синтетические мономеры с низкой канцерогенностью и более высокой термостойкостью и огнестойкостью. Данные по предельному индексу кислорода (LOI), представленные в исследовании, показывают, что ABPBI составляет около 72, PBI – около 38,3, а аралон – около 25. Несмотря на значительные значения, исследования ABPBI в области огнестойких текстильных изделий остаются ограниченными.

Метод тестирования и основные результаты

Исследовательская группа использует 2 / 1 скошенный ABPBI и аралоновую ткань (плотность поверхности 260 gsm) для проведения испытаний на вертикальное сгорание, а также экспериментов по радиационному и конвективному тепловому воздействию и в сочетании с расчетом функциональной теории плотности (DFT) для анализа тепловой стабильности двух полимеров с точки зрения HOMO – LUMO, энергии диссоциации связи и уровня связи Майера.

• При испытании на вертикальное сгорание ни одна из тканей не показала повторного или пассивного горения, а остатки угля были ниже 5%.
• При конвективном тепловом воздействии (84 кВт м ⁻², 30 секунд), аралоновая ткань из – за хрупкости проявляет « сломанное» поведение, в то время как ABPBI сохраняет гибкость и стабильность размера. Динамический механический анализ ABPBI после теплового воздействия показывает снижение модуля хранения энергии примерно в десять раз, анализ EDS соответствует потере 26,2% кислородных элементов и увеличению углеродных элементов на 9,3%; Испытания в таких условиях не могут быть завершены.
• подвергается воздействию теплового потока излучения 10 кВт м² в течение 180 секунд, и ни одна из тканей не понесла существенной потери прочности на растяжение.
• Теплозащитные свойства всей одежды (TPP), внешняя комбинация ABPBI 60 cal cm ⁻², аралоновая внешняя комбинация 44 cal cm ⁻², выше 35 cal cm ⁻² минимальных требований. Результаты расчетов и экспериментов

показывают, что ABPBI обладает преимуществами с точки зрения тепловой стабильности, углеродообразующей способности и защитных свойств и обладает потенциалом в качестве передового внешнего материала для пожарных защитных костюмов.

Значение для промышленности полимерных добавок и строительных материалов

Хотя исследование фокусируется на защитных текстильных изделиях, оно включает в себя стабильность размеров высокопроизводительных волокон при высоких температурах, поведение углерода и стойкость к старению, а также спрос на огнестойкие и долговечные материалы в области строительства и домашней одежды имеют общие черты. В таких приложениях, как профили ПВХ, герметики и строительные краски, устойчивость к погоде всегда была основным показателем, а конструкция формулы антиоксиданта и фотостабилизатора напрямую влияет на срок службы материала в условиях тепла, кислорода и света. Высокая LOI и углеродообразующая способность, продемонстрированная ABPBI, обеспечивает материальную основу для проектирования огнестойких строительных материалов; Метод представления изменений механических свойств и состава элементов после теплового воздействия в исследовании также может служить основой для оценки стойкости строительных материалов к старению. Следует отметить, что исследование было посвящено наружной ткани пожарной одежды, и его выводы о том, что миграция в строительные изделия все еще должна быть проверена в сочетании с конкретными процессами обработки, системой рецептур и соответствующими нормативными требованиями.

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

Источник: Enhanced Fire Protection: Improved Efficacy of ABPBI Over Aramids as the Outer Layer in Firefighter Suits， Обработано химикатами Herun.