环氧树脂（EP）因具有优异的物理化学性能,广泛用于电子电气、航空航天和化学工业等领域;但也存易燃及燃烧过程释放CO等有毒气体和浓烟等缺陷。膨胀阻燃剂能有效提高EP阻燃等级,但实际燃烧中存在膨胀炭层因强度低和塑性差等不足,导致受热膨胀过程中炭层发生破裂而降低阻燃效率。当采用基于羧基纤维素或蔗糖的新膨胀阻燃体系时,阻燃EP的膨胀率、炭层塑性和熔体强度提高,同时燃烧过程烟气、热释放量降低。在绿色环保和可持续性发展为时代主题的背景下,研究生物基新型成炭剂膨胀阻燃IFR-EP机理,探索膨胀炭层演变规律,对膨胀阻燃机制的深入理解和实现膨胀行为的新途径具有重要意义。论文采用H2O2氧化再生纤维素（RC）,得到高羧基含量的羧基纤维素（ORC）作为成炭剂。EP/MFAPP/ORC27（ORC的羧基含量为27%）经锥形量热测试（CCT）后形成了超高膨胀比（41.5倍）的膨胀炭层,其残留量（41.8%）比纯EP提高了9.7倍。为了解释高膨胀不破裂炭层的阻燃演变机理,首次提出了“异相成炭剂（HCA）”的全新概念。通过TGA-IR和TGA-MS进行了膨胀阻燃的气相分析,发现在一定时间产生适量的气体是形成高膨胀炭层的关键,且气相中的较多CO2、芳香族化合物等气体转移至固相炭层也是重要因素。使用FTIR、XPS和Raman进行了炭层结构分析,结果表明形成截面致密、表面光滑和高石墨化程度的炭层是高膨胀不破裂的前提。在此基础之上,从异相成炭剂（HCA）的形成、IFR/EP炭层的形成、高膨胀炭层的发展和形成稳定的超高膨胀炭层四个方面提出了EP/MFAPP/ORC27形成高膨胀不破裂炭层的演变机理。综上,作为HCA的ORC27是一种新型高效的成炭剂,具有优异的阻燃效率;且完备明晰地解释了形成高膨胀不破裂炭层的阻燃机理及演变规律。论文的第二部分研究IFR-EP在高温环境下的燃烧过程和分解特征。以氧化微晶纤维素（OMCC）为对象,提出了采用H2O2氧化微晶纤维素（MCC）制备羧基含量为7.9%的OMCC,其长径比约为3.1。在环氧树脂中引入MFAPP（3.75wt.%）和OMCC（5wt.%）（记为EP2）,发现其LOI为28.6%,UL-94等级达到V0。在EP2的基础之上复配不同阻燃剂比例,进一步研究了炭层在高温下的演变,结果显示EP2在340、420和550℃的炭层绝热性能最好。SEM-EDS发现IFR-EP复合材料在3-5 min内质量损失最大、P元素损失最多,在此期间发生了复杂的物理化学变化。同时,分别使用TGA-IR和Raman进行了气相和凝聚相的分析,揭示了炭层在高温环境下的演变规律,1-3 min内是基体外部受热软化部分分解,3-5 min建立膨胀炭层结构的过程,5 min以后形成稳定的炭层。此外,OMCC经KH550改性后,EP2的拉伸强度提升了67.2%。为了研究解决EP燃烧易产生浓烟和有毒气体的不足;在上述多糖实验的基础之上,分析了单糖、二糖、低聚糖作为成炭剂的IFR-EP复合材料的阻燃性能。LOI和UL-94测试的结果表明二糖的阻燃性能要优于单糖和低聚糖糖。本研究将蔗糖（WS）作为一种环保型添加剂引入到膨胀型阻燃环氧树脂中,可以进一步降低环氧热固性树脂的烟雾释放。使用10 wt.%阻燃剂（MFAPP和WS的质量比为1:1）的复合材料通过了UL-94 V-0评级,LOI值为27.8%;并且其TSP值与纯EP相较降低了76%。根据对气相和炭渣的分析,表明MFAPP-WS的存在有利于EP形成更连续、更紧密的炭,更有效地隔绝热量的传递和可燃气体的扩散。SEM结果证实WS主要通过在190-220℃转化为焦糖与MFAPP结合在炭层形成尺寸均一的“小气室”储存了燃烧过程中产生的烟雾。本研究为制备高塑性膨胀炭层提供了新方法,为以高膨胀炭层阻隔效应和低烟雾阻燃EP提供了新技术,还丰富和完善了膨胀型阻燃剂的组成要素,改变了传统酸源-气源-炭源的组分和配比。因此,本研究为新型生物质膨胀阻燃剂设计合成、环氧树脂膨胀阻燃理论新发展提供了科学依据。