近几年,随着人类环保意识的逐渐增强,交通运输行业的蓬勃发展,轨道交通领域对材料的轻量化、低成本化等提出了新要求,因此环氧树脂基复合材料日渐凸显其独特优势。现有环氧树脂基复合材料虽以优良的力学性能、化学稳定性及较低的成本等优势在民用领域应用广泛,但其存在阻燃防火性能差、烟密度高等问题,严重限制了其在高速铁路装备中的应用。因此,针对上述问题,通过探究环氧树脂无卤阻燃抑烟机理,识别影响环氧树脂阻燃性能的关键因素,研制无卤低毒低烟阻燃型环氧树脂基复合材料,为轨道交通车辆轻量化提供材料和技术支撑。首先,以磷-硅-氮协同阻燃剂为阻燃体系、双氰胺和UR500为潜伏性固化体系,通过极限氧指数、流变仪、DSC、电子万能试验机等方法表征评价树脂体系的阻燃、潜伏、力学及工艺等性能,综合考虑各个因素,定型树脂配方为610BE,使用热压罐和真空袋压成型工艺制备复合材料,表征评价其力学和阻燃性能。结果表明,610BE树脂体系力学性能优良、存储性能良好、阻燃防火性能优异;制备的热熔预浸料力学性能优异、工艺性能良好,且完全满足真空袋压成型工艺要求。其次,选用反应型液体阻燃剂为主体阻燃剂,辅助添加低黏度添加型液体阻燃剂,强化阻燃性能的同时提升体系工艺性能,主体环氧树脂选用低黏度双酚F型环氧树脂,固化体系选用低黏度固化剂DETDA,综合考虑树脂体系的阻燃、力学、工艺及耐热等性能,定型树脂配方为R610。使用VARI成型工艺制备复合材料,并与已商用化的无卤阻燃环氧树脂预浸料610B对比,结果表明,VARI成型的R610复合材料与610B复合材料的力学性能基本相当,完全满足使用要求。最后,通过极限氧指数、垂直燃烧及烟密度等阻燃测试方法,探究影响环氧树脂体系阻燃性能如难燃程度、离火自熄能力及烟密度的关键因素,使用TGA和SEM表征体系燃烧成碳能力和所成碳层的微观形貌,结合Flynn-Wall-Ozawa(FWO)模型探究材料燃烧反应历程中表观活化能的变化规律,多方法综合探究体系阻燃抑烟机理。结果表明,环氧树脂难燃程度和离火自熄能力的提升分别源于树脂体系的成碳能力,主要为较早和较快成碳;而体系烟密度的降低则主要源于燃烧后所成碳层上梯度分布的微孔,其既可促进已分解组分的充分燃烧,又可抑制内层材料的分解,从而实现抑烟,而体系燃烧过程中表观活化能由低迅速升高,最终趋于稳定,这也印证了体系主要通过燃烧后所成梯度分布碳层的隔氧隔热作用抑制燃烧分解反应,从而实现环氧树脂的抑烟。