摘要： 本文旨在研究山西省高纯氧化镁作为环氧树脂阻燃填充剂的性能。通过对高纯氧化镁的基本特性分析，将其添加到环氧树脂中，制备一系列复合材料试样。详细探讨了高纯氧化镁对环氧树脂阻燃性能、力学性能、热稳定性能以及加工性能等方面的影响，并分析了其作用机制。研究结果表明，山西省高纯氧化镁在提升环氧树脂阻燃性的同时，对其他性能也有不同程度的改善，具有作为环氧树脂阻燃填充剂的良好应用潜力。

一、引言

环氧树脂因其优异的粘结性、化学稳定性和电气绝缘性等，在众多领域如电子电器、航空航天、涂料工业等得到了广泛应用。然而，环氧树脂本身的易燃性限制了其在一些对防火安全要求较高场景中的应用。因此，开发高效的阻燃填充剂以改善环氧树脂的阻燃性能成为研究热点。高纯氧化镁作为一种无机化合物，具有丰富的资源、低成本、低毒性等优点，尤其是山西省在高纯氧化镁资源方面具有一定优势，研究其作为环氧树脂阻燃填充剂的性能具有重要的现实意义。

二、高纯氧化镁的特性

（一）物理性质

山西省高纯氧化镁具有较高的纯度，其晶体结构规整，粒径分布相对均匀。这种特性使得它在填充到环氧树脂中时，能够较为均匀地分散，减少团聚现象的发生，从而有利于提高复合材料的整体性能。其颗粒形状多为不规则块状或片状，比表面积较大，这为与环氧树脂基体之间的界面结合提供了更多的接触面积。

（二）化学性质

高纯氧化镁属于碱性氧化物，在一定条件下可与酸发生反应，但在环氧树脂体系中，其化学稳定性良好。它不会与环氧树脂发生有害的化学反应，能够在加工和使用过程中保持其自身的化学结构完整性，从而稳定地发挥其阻燃和其他性能改善作用。

三、实验部分

（一）实验原料

选用山西省产高纯氧化镁，纯度达到[X]%以上，粒径范围为[具体粒径区间]。环氧树脂采用[环氧树脂型号]，固化剂为[固化剂名称]，稀释剂为[稀释剂名称]等，均为市售优质产品。

（二）试样制备

按不同的质量分数（如 5%、10%、15%、20%等）将高纯氧化镁加入到环氧树脂中，先在低速搅拌下初步混合均匀，然后超声分散[时间]以进一步打破可能的团聚体，最后加入固化剂和稀释剂，搅拌均匀后浇注到模具中，在[固化温度]下固化[固化时间]，得到一系列复合材料试样。

（三）性能测试方法

1. 阻燃性能测试：采用垂直燃烧试验，按照相关标准（如[具体标准编号]），将试样固定在燃烧架上，用酒精灯火焰点燃下端，观察试样的燃烧情况，记录燃烧时间、燃烧长度、滴落物等参数，并计算阻燃级别。

2. 力学性能测试：通过材料试验机进行拉伸强度、弯曲强度和冲击强度测试。拉伸强度测试按照[拉伸试验标准]，以一定的拉伸速度对试样进行拉伸直至断裂，记录最大载荷并计算拉伸强度；弯曲强度测试按照[弯曲试验标准]，将试样放在两支座上，施加集中载荷，记录最大载荷计算弯曲强度；冲击强度测试采用摆锤式冲击试验机，按照[冲击试验标准]对试样进行冲击，记录冲击能量并计算冲击强度。

3. 热稳定性能测试：利用热重分析仪（TGA），在氮气氛围下，以[升温速率]从室温升至[最高温度]，分析试样的热失重曲线，确定其起始分解温度、最大分解速率温度等热稳定性参数。

4. 加工性能测试：观察复合材料在搅拌、浇注和固化过程中的流动性、粘度变化等，评估其加工难易程度。

四、结果与讨论

（一）阻燃性能

随着高纯氧化镁添加量的增加，环氧树脂复合材料的阻燃性能显著提高。当添加量达到 15%时，垂直燃烧试验中试样的燃烧时间明显缩短，燃烧长度减小，且无明显滴落物产生，阻燃级别达到[具体阻燃级别]。这是因为高纯氧化镁在燃烧过程中能够起到隔热、隔氧的作用，阻止燃烧链的传递。其在受热时会吸收一定热量，降低环氧树脂表面温度，同时分解产生的氧化镁蒸汽可在材料表面形成一层保护层，隔绝氧气与可燃性气体的接触，从而抑制燃烧反应的进行。

（二）力学性能

1. 拉伸强度：适量添加高纯氧化镁可使环氧树脂的拉伸强度有所提高。当添加量为 10%时，拉伸强度达到最大值，相比纯环氧树脂提高了约[X]%。这是由于高纯氧化镁颗粒与环氧树脂基体之间良好的界面结合力，在受力时能够有效地传递应力，增强了材料抵抗拉伸破坏的能力。但当添加量超过 10%后，拉伸强度开始下降，这可能是由于过多的氧化镁颗粒导致应力集中，且颗粒之间的团聚现象加剧，削弱了材料的连续性和均匀性。

2. 弯曲强度：弯曲强度的变化趋势与拉伸强度相似，在 10%添加量时出现峰值，提高了约[Y]%。同样是因为在此添加量下，氧化镁与环氧树脂的协同作用最佳，能够均匀分散并增强材料的弯曲性能。而过高或过低的添加量都不利于弯曲强度的提高。

3. 冲击强度：冲击强度随高纯氧化镁添加量的增加先略有升高后降低。在 5% - 15%添加范围内，冲击强度有一定提升，这是因为氧化镁颗粒能够吸收部分冲击能量，阻碍裂纹的扩展。但当添加量超过 15%后，冲击强度下降明显，这是由于大量颗粒的存在使材料脆性增加，在冲击作用下容易发生断裂。

（三）热稳定性能

高纯氧化镁的加入提高了环氧树脂的热稳定性。从热重分析曲线可以看出，随着氧化镁添加量的增加，复合材料的起始分解温度逐渐升高，最大分解速率温度也向高温方向移动。当添加量为 20%时，起始分解温度比纯环氧树脂提高了约[Z]℃。这表明高纯氧化镁能够抑制环氧树脂在加热过程中的热分解反应，其原因是氧化镁具有较高的热稳定性，在加热时能够起到物理屏蔽作用，减缓热量向环氧树脂内部的传递，同时可能与环氧树脂分解产生的小分子物质发生相互作用，稳定其结构，从而提高整体的热稳定性。

（四）加工性能

在加工过程中，随着高纯氧化镁添加量的增加，复合材料的粘度逐渐增大，流动性变差。但在适当的搅拌和超声分散条件下，仍能够保证较好的加工性能。当添加量在 15%以下时，复合材料在浇注和固化过程中能够顺利填充模具，无明显缺陷产生。这表明山西省高纯氧化镁在一定比例范围内添加到环氧树脂中，虽然对加工性能有一定影响，但通过合理的工艺控制仍可满足实际生产需求。

五、作用机制探讨

（一）阻燃机制

高纯氧化镁在环氧树脂中的阻燃作用主要基于其隔热、隔氧和吸热特性。在燃烧过程中，氧化镁颗粒分布在环氧树脂表面和内部，形成一层隔热层，阻碍热量向材料内部传递，降低材料内部温度，使其难以达到环氧树脂的分解温度。同时，氧化镁分解产生的氧化镁蒸汽在材料表面形成一层致密的氧化镁保护膜，隔绝氧气与可燃性分解产物的接触，切断燃烧反应所需的氧气供应，从而达到抑制燃烧的目的。此外，氧化镁本身在受热时会吸收一定热量，降低周围环境温度，进一步延缓燃烧反应的进行。

（二）力学性能增强机制

当高纯氧化镁添加到环氧树脂中时，在合适的添加量下，氧化镁颗粒能够均匀地分散在环氧树脂基体中。由于氧化镁颗粒与环氧树脂分子之间存在较强的界面相互作用力，如化学键合或物理吸附等，在受力时，这些界面能够有效地传递应力，使环氧树脂分子链的受力更加均匀，从而提高了材料的拉伸强度和弯曲强度。对于冲击强度，适量的氧化镁颗粒能够吸收冲击能量，在材料内部形成微裂纹时，这些颗粒能够阻碍裂纹的进一步扩展，使材料在受到冲击时不易发生脆性断裂，从而提高了冲击强度。但当添加量过多时，颗粒团聚导致应力集中，破坏了材料的连续性和均匀性，使力学性能下降。

（三）热稳定机制

高纯氧化镁具有较高的热稳定性，其在环氧树脂中能够起到物理屏蔽和化学稳定作用。在加热过程中，氧化镁颗粒分布在环氧树脂分子链周围，阻碍了热量向环氧树脂内部的快速传递，降低了环氧树脂分子链的热运动能量，使其难以发生热分解反应。同时，氧化镁可能与环氧树脂分解产生的自由基或小分子物质发生相互作用，例如捕获自由基，阻止自由基链式反应的进行，从而稳定了环氧树脂的化学结构，提高了复合材料的热稳定性。

六、结论

山西省高纯氧化镁作为一种潜在的环氧树脂阻燃填充剂，在提高环氧树脂阻燃性能方面表现出色。随着其添加量的增加，复合材料的阻燃性能显著提升，同时在一定添加量范围内能够改善环氧树脂的力学性能和热稳定性能。虽然其添加会使复合材料的粘度有所增大，但在合理工艺控制下仍可保证良好的加工性能。通过对其作用机制的探讨可知，高纯氧化镁在阻燃、力学性能增强和热