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随着全球阻燃法律法规和行业标准的不断完善,阻燃剂的使用不仅要考虑降低火灾发生率还要考虑对生态环境的影响。因此,发展高效绿色阻燃技术已成为阻燃科学的发展趋势。将少量协效剂与阻燃剂复合于聚合物,通过协同作用提高阻燃效率是阻燃领域最具发展潜力的研究热点之一。同时,随着计算机技术和理论化学的发展,计算机模拟方法在新材料的设计、研制过程中正受到越来越多的关注。本论文以天然植物为原料,通过KOH化学活化法制备了大的比表面积及不同表面活性的植物基多孔碳（PCM）,改性增效PCM获得了MPCM,分别将其作为协效剂,与聚磷酸铵（APP）或二乙基次膦酸铝（Al Pi）复配,用于阻燃环氧树脂（EP）,将实验方法与模拟计算方法相结合,分别对PCM和MPCM的协同阻燃机理进行了研究。（1）PCM的优化制备。以竹材为原料,调控致孔剂比例、反应温度、活化温度,制备出比表面积为2063 m2/g,粒径约为15μm,表面存在石墨碳及C-O-、C=O及COO-等活性基团的竹基微孔多孔碳PCM6。（2）PCM6与APP协同阻燃EP机理研究。采用氧指数（LOI）、UL 94垂直燃烧法及锥形量热仪（Cone）研究了PCM6协同APP阻燃EP的燃烧性能。结果表明,添加3.1 wt.%APP和0.8 wt.%PCM6的EP/3.1APP/0.8PCM6复合材料的LOI达到了27.3%,热及烟释放有显著降低,点燃时间有所延长,显示了良好的协同阻燃作用。采用热失重（TGA）、热失重-红外联用（TGA-FTIR）、热失重-质谱联用（TGA-MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、共聚焦拉曼光谱（CRS）、X射线光电子能谱（XPS）等实验方法研究了阻燃EP的热分解行为及协同阻燃机理。结果表明,PCM6与APP主要通过促进共轭芳香环状物的生成、增加高温残炭量,在凝聚相发挥协同阻燃作用。分子动力学模拟计算协同阻燃机理研究表明,相比于PCM7（O/C=0.05）,PCM6（O/C=0.39）、APP与EP基材之间相互作用更强,从分子层次解释了PCM表面活性基团有利于协同阻燃作用的原因,并借助耗散粒子动力学（DPD）模拟分析了EP/3.1APP/0.8PCM6与EP/3.1APP/0.8PCM7介观形貌的差异对阻燃性能的影响。（3）改性PCM的制备及与APP协同阻燃EP机理研究。采用硅烷偶联剂-硼酸表面改性PCM6,得到了表面负载Si-B化合物、热稳定性提高的M6PCM。与EP/6.2APP/1.6PCM6相比,EP/6.2APP/1.6M6PCM的LOI提高了1.5个单位,热及烟释放有所降低,利用硅硼陶瓷前驱体在高温下形成的稳定性优异炭层,可提高M6PCM与APP复合对EP的协同阻燃作用。M6PCM协同APP阻燃EP机理研究表明,M6PCM加快了APP脱除H2O、NH3及形成聚磷酸的速度,同时硅硼陶瓷前驱体促进了EP交联成炭,提高了高温残炭量。分子动力学模拟计算研究表明,相比于PCM6,虽然M6PCM的空间位阻较大,但由于大量氢键的存在,使得EP/6.2APP/1.6M6PCM体系的结合能增加,表现出了较强的分子间相互作用,从分子作用角度分析了EP/6.2APP/1.6M6PCM阻燃性能改善的原因,并借助DPD模拟分析M6PCM有利于APP在EP基材中均匀分散,进而改善复合材料阻燃性能。（4）碳材料表面特性及形貌对阻燃EP燃烧和热解行为影响研究。将制备的多种PCM与市售的多种碳材料分别与APP复配,进行协同阻燃EP燃烧和热解行为比较研究。结果表明,比表面积大、表面O/C比高的颗粒状植物基碳材料与APP复合阻燃EP与管状CNTs的协同阻燃作用相当。虽然碳材料的微观形貌是影响EP复合材料燃烧性能的主要因素,但增大碳材料的比表面积及表面活性基团（O/C比）,同样有利于提高APP阻燃EP的高温残炭量、炭层的类石墨化程度及耐热氧化性能。（5）PCM6与AlPi协同阻燃EP机理研究。燃烧性能研究表明,EP/4.4AlPi/3PCM与纯EP相比,LOI提高了18个单位,热释放显著降低。PCM6协同AlPi阻燃EP显示出了良好的阻燃性能。协同阻燃机理研究表明,PCM6催化AlPi释放二乙基次膦酸捕捉自由基,主要在气相发挥协同阻燃作用。分子动力学模拟计算研究表明,PCM6与AlPi、EP基材之间,由于氢键的作用,增加了分子的相互作用能及相容性,进而提高了复合材料阻燃性能。DPD模拟的介观形貌,进一步说明了EP/4.4AlPi/3PCM6结合能增强对阻燃性能的影响。