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摘要：本文圍繞山西地區(qū)相關(guān)產(chǎn)業(yè)背景下，對氧化鎂作為阻燃填料應(yīng)用于不飽和聚酯體系進(jìn)行了深入探討。詳細(xì)闡述了實(shí)驗(yàn)所用的材料、方法，分析了不同含量氧化鎂對不飽和聚酯復(fù)合材料的阻燃性能、力學(xué)性能以及其他相關(guān)特性的影響規(guī)律，旨在為山西乃至全國在該領(lǐng)域的材料開發(fā)與應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，推動行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步與可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：山西；氧化鎂；不飽和聚酯；阻燃；填充效能

一、引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，高分子材料的應(yīng)用日益廣泛，其中不飽和聚酯因其優(yōu)異的加工性能、良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在建筑、交通、電子電器等諸多領(lǐng)域占據(jù)重要地位。然而，這類材料的易燃性成為其安全使用的瓶頸問題。因此，提高不飽和聚酯的阻燃性能具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。山西作為我國重要的能源化工基地，擁有豐富的礦產(chǎn)資源，包括高品質(zhì)的氧化鎂原料。利用本地資源優(yōu)勢開展氧化鎂在不飽和聚酯中的阻燃填充研究，不僅有助于解決當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的防火安全需求，還能促進(jìn)資源的高效利用和產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。

二、實(shí)驗(yàn)部分

（一）原材料

1. 不飽和聚酯樹脂：選用通用型不飽和聚酯樹脂，具有良好的流動性和固化特性，來自國內(nèi)知名生產(chǎn)廠家。

2. 氧化鎂：由山西本地礦山開采并經(jīng)過精細(xì)加工而成，粒度分布均勻，純度達(dá)到[X]%以上，以確保其物理化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定。

3. 引發(fā)劑、促進(jìn)劑等助劑：均為市售分析純試劑，用于調(diào)控樹脂的固化過程。

 

（二）測試方法

1. 阻燃性能測試：采用極限氧指數(shù)法（LOI），依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 2406 - 2009 進(jìn)行測定。將試樣放置在燃燒筒內(nèi)，改變氧氣與氮?dú)獾幕旌媳壤^察試樣剛好維持平穩(wěn)燃燒時(shí)的最低氧濃度，該數(shù)值即為極限氧指數(shù)，其越高表明材料的阻燃性能越好。

2. 力學(xué)性能測試：使用材料試驗(yàn)機(jī)對試樣進(jìn)行拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)的測試，每個(gè)試樣至少重復(fù)測量五次取平均值，以評估氧化鎂的加入對材料力學(xué)性能的影響。

3. 熱穩(wěn)定性分析：運(yùn)用差示掃描量熱法（DSC）和熱重分析法（TGA），研究材料在受熱過程中的熱分解行為和質(zhì)量變化情況，從而了解氧化鎂對不飽和聚酯熱穩(wěn)定性的作用機(jī)制。

三、結(jié)果與討論

（一）阻燃性能

從極限氧指數(shù)測試結(jié)果可以看出，隨著氧化鎂含量的增加，不飽和聚酯復(fù)合材料的極限氧指數(shù)呈現(xiàn)逐漸上升趨勢。當(dāng)氧化鎂含量為 5%時(shí)，試樣的 LOI 值為[X1]%；當(dāng)含量提高到 25%時(shí)，LOI 值顯著提升至[X2]%。這表明氧化鎂能夠有效地阻止材料的燃燒，其阻燃機(jī)理主要包括以下幾個(gè)方面：一是氧化鎂在高溫下分解吸收大量的熱量，降低了體系的溫度；二是分解產(chǎn)生的氧化鎂固體產(chǎn)物覆蓋在材料表面，形成一層致密的保護(hù)層，隔絕了氧氣與可燃物的接觸；三是釋放出的水蒸氣進(jìn)一步稀釋了周圍的可燃性氣體濃度，從而抑制了燃燒反應(yīng)的進(jìn)行。

（二）力學(xué)性能

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，適量添加氧化鎂對不飽和聚酯的力學(xué)性能有一定的增強(qiáng)作用。在氧化鎂含量較低（如 5% - 10%）時(shí)，由于顆粒的均勻分散起到了類似骨架支撐的效果，使得材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均有不同程度的提高。但隨著氧化鎂含量繼續(xù)增加，過多的填料粒子可能導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，界面結(jié)合不良，反而使力學(xué)性能下降。例如，當(dāng)氧化鎂含量達(dá)到 25%時(shí)，試樣的拉伸強(qiáng)度較純樹脂下降了約[X3]%，彎曲強(qiáng)度下降了[X4]%，沖擊強(qiáng)度也有所降低。這說明在追求高阻燃性能的同時(shí)，需要合理控制氧化鎂的添加量以平衡材料的綜合性能。

（三）熱穩(wěn)定性

通過 DSC 和 TGA 分析可知，加入氧化鎂后不飽和聚酯復(fù)合材料的初始分解溫度明顯提高，熱釋放速率峰值也相應(yīng)降低。這意味著材料在受熱時(shí)更不容易發(fā)生分解和燃燒，具有更好的熱穩(wěn)定性。這是因?yàn)檠趸V作為一種無機(jī)填料，本身具有較高的熱導(dǎo)率和比熱容，能夠快速傳導(dǎo)熱量并吸收一部分熱量，延緩了材料的升溫速率，進(jìn)而提高了整個(gè)體系的熱穩(wěn)定性。

（四）微觀形貌觀察

借助掃描電子顯微鏡（SEM）對試樣的沖擊斷面進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，低含量氧化鎂時(shí)，顆粒在基體中分散較為均勻，與樹脂界面結(jié)合緊密；而高含量氧化鎂時(shí)，出現(xiàn)了明顯的團(tuán)聚體，這些團(tuán)聚體成為應(yīng)力集中點(diǎn)，容易導(dǎo)致材料在使用過程中產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展，影響其力學(xué)性能和使用壽命。這進(jìn)一步解釋了為什么過高含量的氧化鎂會導(dǎo)致材料性能惡化。

四、結(jié)論

本研究表明，山西產(chǎn)氧化鎂作為一種有效的阻燃填料應(yīng)用于不飽和聚酯中具有顯著的效果。在一定范圍內(nèi)，隨著氧化鎂含量的增加，材料的阻燃性能不斷提高，但同時(shí)會對力學(xué)性能產(chǎn)生一定影響。綜合考慮各方面因素，建議在實(shí)際生產(chǎn)中選擇合適的氧化鎂添加量（如 10% - 15%），既能滿足較好的阻燃要求，又能保持相對良好的力學(xué)性能和其他綜合性能。此外，通過對材料微觀結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的深入研究，為進(jìn)一步優(yōu)化生產(chǎn)工藝、改善產(chǎn)品質(zhì)量提供了有益的參考。未來，還可以探索對氧化鎂進(jìn)行表面改性處理等手段，以提高其在樹脂中的分散性和相容性，從而進(jìn)一步提升材料的性能和應(yīng)用范圍。