本發(fā)明涉及一種建筑用低模量高阻尼橡膠及其模壓成型的制備方法，適用于制備低剪切模量的建筑用高阻尼隔震支座。
背景技術(shù)：
：地震是一種危害性極大的隨機性自然災(zāi)害，地震的發(fā)生帶給人類的是巨大的災(zāi)難；當(dāng)前最先進的基礎(chǔ)隔震技術(shù)是通過建筑用阻尼橡膠支座，將上部建筑結(jié)構(gòu)與下部地基結(jié)構(gòu)隔離。建筑用阻尼橡膠支座隔震的基本原理是通過增設(shè)橡膠隔震支座，使整個建筑的自振周期得以延長，以減輕上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。一般做法是在建筑物底部設(shè)置橡膠隔震支座，利用橡膠隔震支座的水平柔性形成一道柔性隔震層，通過柔性隔震層吸收和耗散地震能量，阻止并減輕地震能量向上部結(jié)構(gòu)的傳遞，最終達到減輕上部結(jié)構(gòu)地震破壞的目的。目前在基礎(chǔ)隔震技術(shù)上所用到的建筑用橡膠隔震支座主要有3種類型：普通天然橡膠隔震支座、添加鉛芯的天然橡膠隔震支座和高阻尼橡膠隔震支座。其中含鉛芯的橡膠隔震支座最為常見，鉛芯橡膠隔震支座通過在普通天然橡膠支座中灌入鉛芯而形成，該種支座充分利用了鉛芯較低的屈服剪切力和較高的初始剪切剛度，阻尼效果明顯。但是實驗研究證明其使用的橡膠在低溫下存在著迅速硬化的現(xiàn)象，大量的研究也表明在溫度和交通荷載（低周疲勞）作用下支座中的鉛芯將產(chǎn)生疲勞剪切破壞，使支座的阻尼性能大幅度的降低，5000次水平小位移低周反復(fù)加載后其阻尼大致降低25%；同時鉛芯疊層橡膠隔震支座在生產(chǎn)和使用過程中，鉛將對環(huán)境造成無法彌補的污染。在使用過程中造成橡膠開裂、鉛芯外露，將也會對環(huán)境造成污染，同時其使用功能也受到很大的影響。開發(fā)性能優(yōu)異的不含鉛芯高阻尼橡膠隔震支座勢在必行。橡膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)對其阻尼性能有決定性的影響。在通用橡膠中，丁基橡膠和丁腈橡膠的阻尼系數(shù)較大，丁苯橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、乙丙橡膠的阻尼系數(shù)中等，天然橡膠和順丁橡膠的阻尼系數(shù)最小。天然橡膠雖然阻尼系數(shù)較小，但其綜合性能最好，耐疲勞性好，生熱低、蠕變小，與金屬件粘合性能好。因此，天然橡膠廣泛地應(yīng)用于制備隔震支座。專利《CN102675705A》中介紹了一種寬溫域高阻尼橡膠組合物及其制備方法。該種橡膠組合物的基體為天然橡膠、異戊橡膠與順丁橡膠三者并用，通在并用膠中添加鎂強粉和C5與C9石油樹脂來提升該橡膠材料的阻尼性能，并且采用低溫長時間硫化方式。專利《CN102775659A》中介紹了一種寬溫域?qū)掝l率高阻尼橡膠材料的制備方法；其中以環(huán)氧化天然橡膠為基體，以酸化的多壁碳納米管為阻尼增強劑，以酚醛樹脂為硫化劑。專利《減震支座用高強度高阻尼橡膠復(fù)合材料》，公開了一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料。此發(fā)明首次將碳納米管作為納米阻尼材料與石油樹脂聯(lián)合加入橡膠中，大幅度提高了橡膠在地震條件即低頻(1Hz)大應(yīng)變(50%-100％)下的阻尼性能。丁基橡膠(IIR)由于其分子鏈上側(cè)甲基十分密集，形成蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，因而具有較高的損耗因子；且由于IIR的大分子鏈在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近存在著次級轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致其阻尼性能明顯高于其它橡膠，表現(xiàn)為其內(nèi)耗峰既高又寬。但IIR的硫化速度慢，與高不飽和橡膠的相容性不高，且自黏性與共黏性較差，因此氯化丁基橡膠(CIIR)與溴化丁基橡膠(BIIR)得到了較為廣泛的應(yīng)用。專利《102030951A》公開了一種氯化丁基橡膠阻尼材料的制備方法，在氯化丁基橡膠中添加C5/C9共聚石油樹脂，并以載硫體二次硫化成型。雖然上述橡膠材料都屬于阻尼材料范疇，但是都不適合作為建筑用高阻尼隔震支座的橡膠材料。建筑用高阻尼隔震支座所采用的橡膠材料的硬度應(yīng)相對較低（35-40邵A，對應(yīng)支座的水平剪切模量為0.32-0.4G），以使得橡膠支座具有較低的水平剛度，從而具有更好的隔震作用。橡膠材料硬度的提高雖然可以提升阻尼系數(shù)（隔震效果），但會因提高整體支座的水平剛度從而導(dǎo)致隔震效果的下降，目前市場上已有橡膠材料硬度在70邵A以上的高阻尼支座。同時，隨著防火安全要求的提高，現(xiàn)在越來越多的使用場合要求所用的橡膠材料具有阻燃性，特別是建筑領(lǐng)域、地鐵高速列車等人口聚集場所用橡膠材料。所以制備該類高阻尼橡膠的關(guān)鍵在于橡膠材料具有低硬度（35-40邵A）的同時具有良好的力學(xué)性能（拉伸強度和扯斷伸長率等）、高阻尼性、阻燃性、與金屬件良好的粘接性。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種低模量、高阻尼的建筑隔震用橡膠及其模壓成型的制備方法。本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種建筑用低模量高阻尼橡膠，包括如下質(zhì)量份的原料生膠基體100份，炭黑10-50份，增塑劑5-30份，阻燃劑10-50份，阻尼填料2-20份，防老劑2-5份，抗氧劑2-10份，交聯(lián)劑5-15份，本發(fā)明所用的生膠基體為鹵化丁基橡膠，可以是氯化丁基橡膠或溴化丁基橡膠。在通用橡膠中，由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)，丁基橡膠的阻尼性能最優(yōu)，但丁基橡膠的硫化活性相對較低，自黏性與互黏性也較差。于是氯化丁基橡膠與溴化丁基橡膠的出現(xiàn)大大拓展了丁基橡膠的應(yīng)用。本發(fā)明中所述的鹵化丁基橡膠的鹵含量為1.2-1.3wt%，門尼值在125℃ML(1+8)下為30-60。優(yōu)選Exxon公司生產(chǎn)的氯化丁基橡膠1066或1068與溴化丁基橡膠2222或2244。本發(fā)明所用炭黑的粒徑為10-30nm，可以選用常規(guī)牌號N110、N220或N234等高結(jié)構(gòu)細粒子炭黑中的一種或幾種并用。填料的粒徑越小，比表面積越大，則與橡膠分子的接觸表面增加，物理結(jié)合點較多，在動態(tài)應(yīng)變中產(chǎn)生滯后損耗，而且粒子之間的摩擦也會因表面積增大而增大，因此表現(xiàn)出損耗因子tanσ較大，阻尼性能也較好。本發(fā)明所用的阻燃劑為三氧化二銻與硼酸鋅的混合物。氯化丁基橡膠或溴化丁基本身含有鹵素，因此具有較好的阻燃效果，在橡膠中添加含銻化合物可以形成鹵銻阻燃體系，可有效地進一步提升阻燃性能；在橡膠中添加硼酸鋅等阻燃協(xié)效劑，更可以促進橡膠燃燒時的成炭形為，有利于改善阻燃性能。本發(fā)明所采用的阻尼填料為片狀石墨烯、脂肪酸金屬鹽或兩者并用。片狀石墨烯由于其特殊的平面結(jié)構(gòu)和橡膠基體發(fā)生相對滑移摩擦?xí)r會大量消耗外部的機械能，從而達到增大復(fù)合材料阻尼性能的效果。優(yōu)選徑厚比大于300的片狀石墨烯。脂肪酸金屬鹽與CIIR橡膠基體相容性較好，但其中的有機小分子量鏈段能阻礙CIIR的大分子鏈運動，使損耗峰峰值增加，并拓寬有效阻尼溫域。脂肪酸金屬鹽優(yōu)先數(shù)量分子量為1000-3000間。同時，脂肪酸金屬鹽的加入會適當(dāng)降低橡膠材料的硬度，從而保證隔震支座的低模量本發(fā)明所采用的防老劑為2,2'-亞甲基-雙（4-甲基-6-叔丁基苯酚）（2246）、丙酮和二苯胺高溫反應(yīng)物（BLE）、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體（RD）、N-異丙基-N’-苯基對苯二胺（4010NA）及微晶蠟中的一種或并用。本發(fā)明所采用的抗氧劑為多元受阻酚類抗氧劑，常見品種為AO-60或AO-80。該類受阻酚抗氧劑不僅可以延緩或抑制復(fù)合材料的氧化過程，并用可以提升復(fù)合材料的阻尼性能。多元受阻酚類抗氧劑與橡膠基體之間形成了很強的分子間作用力，使復(fù)合材料的玻璃化溫度大幅度上升，復(fù)合材料體系中存在的豐富且復(fù)雜的氫鍵作用使得復(fù)合材料具有很好的阻尼性能。本發(fā)明所采用的交聯(lián)劑為溴化烷基酚醛樹脂與氧化鋅。鹵化丁基橡膠有多種交聯(lián)方式，本發(fā)明以溴化烷基酚醛樹脂為主并用少量的氧化鋅作為交聯(lián)劑，以獲得較低的交聯(lián)程度及耐老化性能。上述建筑用低模量高阻尼橡膠的制備方法是，先采用開煉機或密煉機將生膠基體在薄通5-10遍，再將炭黑、增塑劑、阻燃劑、防老劑、抗氧劑、阻尼填料與交聯(lián)劑按比例依次加入混合均勻；其中在添加抗氧劑時，混煉溫度控制在100-120℃，其余時間的混煉溫度控制在70℃以下，總體混煉時間控制在10-20分鐘；然后將適量混煉膠放入相應(yīng)模具中，在平板硫化機中硫化成型；壓力為100-150kgf/cm2，硫化溫度為150-170℃，硫化時間300-600分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：鹵化丁基橡膠為生膠基體，配合石墨烯、脂肪酸金屬鹽為阻尼填料，獲得了一種高阻尼低模量的隔震橡膠，具有高阻尼的同時硬度在35至40邵A，水平剛度低，不會降低隔震效果。整個橡膠支座在具有低硬度的同時，具有良好的力學(xué)性能、高阻尼性、阻燃性、與金屬件良好的粘接性。具體實施方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1各組份及質(zhì)量份數(shù)為：CIIR1068，100份；N220，20份；片狀石墨烯，5份；脂肪酸鈣鹽，10份；三氧化二銻，15份；硼酸鋅，5份；癸二酸二辛酯DOS，15份；抗氧劑AO-60，10份；防老劑2246/BLE/4010NA份數(shù)分別為1.5/1.5/1；脂肪酸金屬鹽，5份；氧化鋅，5份。實施例1的制備工藝為：先將生膠基體在6寸開放式煉膠機上以最小輥距塑煉5遍，然后加大輥距到3mm左右后包輥加料，輥溫控制在40-50℃，再將炭黑、增塑劑、阻燃體系、防老劑和碳納米管，煉膠時間控制在20min左右；然后將輥溫控制在90-110℃，將抗氧劑與交聯(lián)劑按比例依次加入到加熱型開放式煉膠機中，煉膠時間控制在5min左右。將混勻停放后的膠料靜置24小時，于150℃，100kgf/cm2條件，將適量膠料置于模具中，60min后即可制得本發(fā)明所述的建筑用低模量高阻尼橡膠復(fù)合材料。實施例2：各組份及質(zhì)量份數(shù)為：BIIR2244，100份；N110，25份；片狀石墨烯，10份；脂肪酸鈉鹽，10份；三氧化二銻，10份；硼酸鋅，10份；己二酸二辛酯DOA，20份；抗氧劑AO-80，10份；防老劑2246/BLE/4010NA份數(shù)分別為1.5/1.5/1；脂肪酸金屬鹽；溴化烷基酚醛樹脂WL5份。實施例2的制備工藝為：先將生膠基體在6寸開放式煉膠機上以最小輥距塑煉5遍，然后加大輥距到3mm左右后包輥加料，輥溫控制在40-50℃，再將炭黑、增塑劑、阻燃體系、防老劑和碳納米管，煉膠時間控制在20min左右；然后將輥溫控制在90-110℃，將抗氧劑與交聯(lián)劑按比例依次加入到加熱型開放式煉膠機中，煉膠時間控制在5min左右。將混勻停放后的膠料靜置24小時，于170℃，150kgf/cm2條件，將適量膠料置于模具中，30min后即可制得本發(fā)明所述的建筑用阻燃高阻尼橡膠復(fù)合材料。實施例3：各組份及質(zhì)量份數(shù)為：BIIR2244，100份；N110，20份；片狀石墨烯，15份；三氧化二銻，20份；硼酸鋅，10份；抗氧劑AO-80，5份；防老劑2246/BLE/4010NA份數(shù)分別為1.5/1.5/1；脂肪酸金屬鹽，10份；氧化鋅，3份；溴化烷基酚醛樹脂WL1份。實施例3的制備工藝為：先將生膠基體在6寸開放式煉膠機上以最小輥距塑煉5遍，然后加大輥距到3mm左右后包輥加料，輥溫控制在40-50℃，再將炭黑、增塑劑、阻燃體系、防老劑和碳納米管，煉膠時間控制在20min左右；然后將輥溫控制在90-110℃，將抗氧劑與交聯(lián)劑按比例依次加入到加熱型開放式煉膠機中，煉膠時間控制在5min左右。將混勻停放后的膠料靜置24小時，于170℃，150kgf/cm2條件，將適量膠料置于模具中，30min后即可制得本發(fā)明所述的建筑用阻燃高阻尼橡膠復(fù)合材料。對比例1：重復(fù)專利“一種寬溫域高阻尼橡膠組合物及其制備方法”（CN102675705A）中公開的實施例1。在40℃下，將標(biāo)準(zhǔn)顆粒膠100份、順式構(gòu)型含量為92-97%的異戊橡膠50份、1,4-聚丁二烯結(jié)構(gòu)在90%質(zhì)量份數(shù)，間規(guī)1,2-丁二烯3-20%質(zhì)量份數(shù)的順式構(gòu)型含量為92-97%的順丁橡膠60份分別加入密煉機中，塑煉20min后，進行共混；再向該共混塑煉膠加入軟化點為120℃，相對密度為1g/cm3，酸值為0.5mgKOH/g的共聚石油樹脂80份、1500目鎂強粉40份、炭黑110140份、硫黃8份、硫化促進劑N-環(huán)已烷-2-苯并噻唑2份、活性劑氧化鎂12份、防老劑N-異丙基-N’-苯基對苯二胺2份，制備成混煉膠；將該混煉膠放置10h后，然后在100℃，壓力在20MPa條件下，在平板硫化機上硫化60min，即制得本發(fā)明寬溫域高阻尼橡膠組合物。對比例2：重復(fù)專利“一種氯化丁基橡膠阻尼材料的制備方法”（CN102030951A）中的實施例3。將氯化丁基橡膠75克和C5/C9共聚石油樹脂25克放入密煉機中，混煉3－5分鐘，然后放入白炭黑20克，混煉3-5分鐘，再放入氧化鋅3克、2,2-二硫代苯并噻唑0.5克，二硫化四甲基秋蘭姆0.6克，混煉3-5分鐘，得到膠料。將1毫米厚的模具放在156℃的平板硫化機中預(yù)熱30分鐘，然后將所述膠料放入模具中，在160℃、15MPa下硫化30分鐘，制得氯化丁基與C5/C9共聚石油樹脂的阻尼橡膠片。對比例3：重復(fù)專利“減震支座用高強度高阻尼橡膠復(fù)合材料”（CN104497366A）中下的實施例1。室溫下，將100重量份天然橡膠在雙棍開煉機上塑煉1分鐘；依次加入5重量份氧化鋅、2重量份硬脂酸、不同重量份(7、9、12)碳納米管FloTube7000(分別記為實施例1、實施例2、實施例3)、21重量份炭黑N774，混煉4分鐘；依次加入2重量份防老劑4010NA、1重量份防老劑RD、10重量份古馬隆樹脂、10重量份石油樹脂、0.75重量份抗硫化返原劑PK900，混煉3分鐘；依次加入0.2重量份二硫化四甲基秋蘭姆(TT)、0.3重量份二硫化二苯并噻唑(DM)、0.3重量份N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、1.5重量份硫磺，混煉2分鐘；調(diào)整輥距為最小輥距，繼續(xù)混煉3分鐘排膠，制得未硫化的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料混煉膠，放入2mm模具中，在平板硫化機中硫化，制得硫化膠，硫化溫度設(shè)定為143℃，壓力設(shè)定為15MPa，硫化時間分別為12分鐘、11分鐘、9分鐘。表1是實施例及對比例的橡膠性能數(shù)據(jù)對比要求實施例1實施例2實施例3對比例1對比例2對比例3硬度（邵A）35-40353840857266拉伸強度（MPa）>812.39.78.913.712.122.3伸長率（%）>600659623606458331512氧指數(shù)（%）>2525.127.426.621.425.521.1成品支座等效阻尼比（%）>1717.318.218.613.714.216.8材料性能測試方法：按照GB/T528-1998測定材料的力學(xué)性能；根據(jù)GB/T2406-93測定該材料的氧指數(shù)；根據(jù)GB/T13936-92測定材料與金屬件的剝離強度；選定合適的豎向載荷力(10-15MPa)與適宜的正弦波頻率(0.1-1Hz)來測定采用本發(fā)明所制成的高阻尼隔震支座的等效阻尼比。綜上所述，采用本發(fā)明所述的建筑用低模量高阻尼橡膠材料所制成的高阻尼隔震支座具有良好的力學(xué)性能和阻尼等效比，隔震效果優(yōu)良，可以替代傳統(tǒng)的含鉛芯高阻尼隔震支座。當(dāng)前第1頁1 2 3