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摘要： 本研究聚焦于山西產(chǎn)氧化鎂作為環(huán)氧樹脂用高效阻燃添加劑的應(yīng)用。通過對山西地區(qū)氧化鎂資源的特性分析，系統(tǒng)探討了其在不同配方、工藝條件下對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料阻燃性能、力學(xué)性能以及加工性能的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過表面改性處理后的山西產(chǎn)氧化鎂能夠顯著提升環(huán)氧樹脂的極限氧指數(shù)，降低材料的燃燒速率，同時較好地保持了材料的力學(xué)強度和加工流動性。該研究成果為開發(fā)高性能、低成本的阻燃環(huán)氧樹脂材料提供了新的技術(shù)途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：山西產(chǎn)氧化鎂；環(huán)氧樹脂；阻燃添加劑；應(yīng)用研究

一、引言

環(huán)氧樹脂因其優(yōu)異的粘接性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能，在電子電器、航空航天、汽車制造等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，環(huán)氧樹脂本身屬于易燃材料，這在一定程度上限制了其在對防火安全要求較高場合的使用。因此，尋找高效、環(huán)保且經(jīng)濟的阻燃添加劑成為當(dāng)前研究的熱點之一。氧化鎂作為一種無機阻燃劑，具有來源廣泛、價格低廉、無毒無害等優(yōu)點，引起了科研人員的高度關(guān)注。山西作為我國重要的鎂資源產(chǎn)地，所產(chǎn)氧化鎂在純度、粒度分布等方面具有獨特優(yōu)勢，為其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用提供了良好基礎(chǔ)。本文旨在深入研究基于山西產(chǎn)氧化鎂的環(huán)氧樹脂用高效阻燃添加劑的性能特點及應(yīng)用效果，以期為實際生產(chǎn)提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

二、實驗部分

（一）原材料與試劑

1. 主要原料：選用山西某礦山開采的天然菱鎂礦經(jīng)煅燒得到的輕燒氧化鎂粉末，其純度≥98%，平均粒徑約為5μm；雙酚A型環(huán)氧樹脂（E-51），工業(yè)級；固化劑采用甲基六氫苯酐（MHHPA）。

2. 助劑：硅烷偶聯(lián)劑KH550用于對氧化鎂進行表面改性處理；其他輔助添加劑包括促進劑、著色劑等適量添加。

（二）樣品制備

按照預(yù)定比例將經(jīng)過表面改性處理后的山西產(chǎn)氧化鎂與環(huán)氧樹脂混合均勻，加入固化劑及其他助劑，通過高速攪拌分散后注入模具中進行固化成型。控制固化條件為室溫下預(yù)固化2小時，再升溫至120℃后固化4小時，最后自然冷卻脫模得到測試樣條。

（三）性能測試方法

1. 阻燃性能測試：依據(jù)GB/T 2406標(biāo)準(zhǔn)測定材料的極限氧指數(shù)（LOI）；采用錐形量熱儀（CONE）評估材料的燃燒行為，包括熱釋放速率（HRR）、總放熱量（THR）等參數(shù)。

2. 力學(xué)性能測試：使用試驗機按照GB/T 1040標(biāo)準(zhǔn)測試?yán)鞆姸群蛿嗔焉扉L率；沖擊強度按GB/T 1843標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

3. 微觀結(jié)構(gòu)分析：利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察復(fù)合材料斷面形貌，分析氧化鎂粒子在基體中的分散情況；借助X射線衍射儀（XRD）鑒定物相組成。

三、結(jié)果與討論

（一）阻燃效果分析

隨著山西產(chǎn)氧化鎂添加量的增加，環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的極限氧指數(shù)逐漸提高。當(dāng)添加量為30wt%時，LOI達(dá)到最高值28.5%，表明此時材料具有良好的自熄性。從錐形量熱儀測試結(jié)果來看，加入氧化鎂后，材料的峰值熱釋放速率明顯降低，總放熱量也大幅減少，說明氧化鎂能有效抑制環(huán)氧樹脂燃燒過程中的熱量釋放，延緩火勢蔓延速度。這是因為氧化鎂在受熱時會發(fā)生分解反應(yīng)，吸收大量熱量并生成穩(wěn)定的氧化產(chǎn)物覆蓋在材料表面，形成隔熱屏障，阻斷氧氣與可燃物的接觸，從而實現(xiàn)阻燃目的。

（二）力學(xué)性能影響

適量添加經(jīng)過表面改性處理的山西產(chǎn)氧化鎂對環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能影響較小。在一定范圍內(nèi)，隨著氧化鎂含量的增加，材料的拉伸強度和沖擊強度略有下降，但仍能保持在較高水平。這是由于改性后的氧化鎂顆粒與環(huán)氧樹脂基體之間具有良好的界面結(jié)合力，能夠有效傳遞應(yīng)力，避免因顆粒團聚導(dǎo)致的應(yīng)力集中現(xiàn)象。此外，氧化鎂的存在還可以改善材料的硬度和耐磨性能。

（三）微觀結(jié)構(gòu)表征

SEM照片顯示，未改性的氧化鎂顆粒在環(huán)氧樹脂中容易發(fā)生團聚，而經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性后，顆粒分散更加均勻，與基體的結(jié)合也更為緊密。XRD圖譜表明，復(fù)合材料中的主要成分仍為環(huán)氧樹脂和氧化鎂，沒有新的物相生成，說明兩者之間未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅為物理共混體系。這種良好的界面狀態(tài)有利于提高材料的綜合性能。

四、結(jié)論

本研究表明，基于山西產(chǎn)氧化鎂制備的高效阻燃添加劑可顯著提升環(huán)氧樹脂的阻燃性能，同時對其力學(xué)性能影響較小。通過對氧化鎂進行表面改性處理，可以進一步優(yōu)化其在環(huán)氧樹脂中的分散性和界面相容性，從而獲得性能優(yōu)異的阻燃復(fù)合材料。該研究成果不僅為山西豐富的鎂資源開發(fā)利用提供了新思路，也為高性能阻燃環(huán)氧樹脂材料的制備提供了技術(shù)支持。未來研究方向可圍繞進一步提高氧化鎂的利用率、降低成本以及拓展應(yīng)用領(lǐng)域等方面展開深入探索。