含磷化合物在燃烧过程中易于在凝聚相中氧化成为高价磷氧化物或聚磷酸,能起到促进聚合物基体成碳的作用,从而显著提高残碳率,减少可燃物质的释放。9,10-二氢-9-氧杂-10-膦杂菲-10-氧化物(DOPO)结构中刚性的联苯环结构,具有较高的耐热性,联苯环和磷氧键的共轭效应分散了磷酯基团上的电子,从而降低了其吸湿和水解倾向。DOPO分子结构中存在活泼的膦氢键,易于同不饱和双键发生加成反应,从而合成各种复杂结构的含磷环氧、固化剂和阻燃剂。

阻燃性能通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)和锥形量热计进行评价。CNE/PN氧指数的值为21,未达到V-2阻燃标准。改性后树脂固化物的LOI与树脂中磷硅元素总量成近似线性关系。在垂直燃烧测试中,EP-1和EP-2体系的阻燃等级为V-1和V-0。DOPO衍生物的引入,明显改善了树脂固化物的阻燃性能,树脂固化物具有良好的自熄性。

在残碳的表面除了表面溅射的铂元素外只检测到了碳、氧、硅和磷元素。磷和硅的质量分数初始值分别为2.0%和1.8%,而检测结果表明EP-2c的残碳中表面的磷和硅含量分别为16.66%和22.05%,氧元素含量高达32.38%。EDX结果说明,经含磷硅氧烷改性的环氧树脂,在高温下氧化生成一种富含磷、硅和氧的残碳,有利于提高树脂的阻燃性能。

在环氧树脂中引入含DOPO的硅氧烷,材料的热稳定性能得到了明显的提高,最大失重速率降低,高温残碳率提高;在磷含量达到2%时,环氧树脂的LOI为32-33,可达到UL94V-0级阻燃标准;树脂在燃烧过程中的热释放速率和质量损失速率也得到了明显的降低。硅元素的存在有利于提高残碳率,磷硅协同效应显著改善了环氧树脂的阻燃性能。