一種高阻尼支座用橡膠復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種高阻巧支座用橡膠復合材料及其制備方法，制備的新型橡膠復合 材料適用于橋梁、建筑等領域高阻巧隔震支座的制備。
【背景技術】
[0002] 我國是一個強震多發(fā)國家，地震發(fā)生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡多、災害嚴 重，經(jīng)濟損失巨大。近幾十年W來世界對地震災害發(fā)生和救災、災后重建工作表明，提高建 筑、橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強區(qū)域安全的基本措施之一。W橋梁為例，在橋梁 梁體與壞臺的連接處安裝具有減隔震功能的支座，將橋梁上部結構與可能引起破壞的地面 運動分離開來，減小傳遞到上部結構的地震力和能量，可W很大程度上提高橋梁抵御地震 災害的能力。據(jù)不完全統(tǒng)計；全世界約有25個國家對橋梁采用了隔震裝置，其中，日本、新 西蘭等多震國家在隔震技術的理論和應用研究中已取得了令人矚目的成果，技術處于世界 領先水平。自上世紀70-80年代，我國科研工作者開始關注隔震技術，并進行了橡膠隔震支 座研制、結構分析和設計、性能檢驗、施工技術等系統(tǒng)研究，形成了橡膠支座隔震建筑或橋 梁的成套技術。
[0003] 疊層橡膠支座是最重要的隔震支座類型，由多層薄橡膠板和薄鋼板交互重疊模壓 硫化而成，由于橡膠支座中橡膠層與夾層鋼板緊密粘結，當橡膠支座受上部結構自重荷載 時，薄鋼板約束了橡膠的橫向伸展，保證支座具有足夠的豎向剛度和承載能力，同時鋼板又 不影響橡膠板的剪切變形，保持了橡膠固有的柔初性，使其具有比豎向剛度小很多的水平 剛度，從而具備了豎向支撐與水平隔震的雙重功能。為了進一步降低地震的破壞力，支座需 要有高的減震能力，因此需要其所用橡膠材料具有高阻巧性能。在地震發(fā)生時，橡膠層由于 自身的黏彈滯后特性呈現(xiàn)高度耗能減震的優(yōu)勢，能有效吸收地震波能量，降低地震的破壞 能力。
[0004] 隔震支座較為常用的橡膠材料是天然橡膠和氯了橡膠。天然橡膠綜合性能優(yōu)異， 具有高彈性、高柔性和高強度，在橡膠支座中應用最廣泛，但天然橡膠分子鏈柔順，變形時 分子間摩擦力小，所W其阻巧性能差，不能有效的衰減地震波和削弱地震能量。與之相比， 氯了橡膠的阻巧性能好，但其彈性、柔性等不能滿足需求。
[0005] 為了改善天然橡膠隔震支座的阻巧性能，現(xiàn)在普遍采用在橡膠支座的中屯、部位或 中屯、周圍部位灌注鉛巧的技術，借助鉛巧的剪切變形來實現(xiàn)吸收耗散振動能量的功能。然 而鉛巧的加入降低了隔震體系的自恢復能力，且隔震頻帶較窄。制備高阻巧橡膠復合材料 代替現(xiàn)有的天然橡膠，有效提高橡膠支座的綜合防震能力，取代鉛巧技術，是當今隔震支座 領域的發(fā)展趨勢。
[0006] 橡膠的阻巧性能源于橡膠大分子的黏彈滯后性能，大分子的形態(tài)結構對其阻巧性 能有決定性的影響。一般來說，分子間作用力強、分子間內摩擦大的橡膠材料阻巧性能好， 所W了基橡膠和了膳橡膠的阻巧性能十分優(yōu)異，天然橡膠的阻巧性能很弱。采用共混的方 法，把天然橡膠和其他具有高阻巧性能的橡膠共混制得復合材料是一種有效的方法。邵紅 琪等在"共混比對預硫化多官能化了基橡膠/天然橡膠共混膠性能的影響"（合成橡膠工 業(yè)，2013, 36巧）：399-403)報道天然橡膠與了基橡膠共混且天然橡膠為主要成份時其力學 性能較好且阻巧性能優(yōu)異，但是了基橡膠多采用面化了基橡膠。由于天然橡膠和了基橡膠 的相容性不好，二者共硫化時在硫化時間和硫化速度上不能夠很好的匹配，因此二者共混 并用一直沒有得到廣泛的應用。
[0007] 為了獲得的阻巧性能，國內外學者在最近的幾十年間進行了大量的研究。壓電阻 巧材料是一種新型阻巧材料，韓兆芳等在"氯化了基橡膠基壓電阻巧復合材料的研究"（壓 電與聲光，2006, 28 (4)，61)報道將壓電陶瓷粉體復合到傳統(tǒng)的CIIR橡膠基體中，制作出了 性能較好的新型阻巧材料，它是一種智能阻巧材料。利用壓電陶瓷粉體的壓電效應，將外部 傳來的振動能轉換成一定的電能，再通過己訣炭黑形成的導電網(wǎng)絡，將電能轉變?yōu)闊崮芎?散出去，從而獲得了較好的阻巧效果。但是該種材料由于添加了高份數(shù)的導電填料和壓電 陶瓷粉，彈性降低，永久變形大，不適用制作隔震橡膠支座。

【發(fā)明內容】

[0008] 本發(fā)明要解決的一個技術問題就是提供一種新型橡膠復合材料，使之在保持天然 橡膠優(yōu)良的綜合性能的同時，具有較高的阻巧性能。主要是將具有高阻巧性能的了基橡膠 材料和具有高拉伸強度、高柔性的天然橡膠通過機械共混的方式共混，添加專用相容劑和 采用特定的制備工藝，得到一種兼具高強度、高柔性、高彈性和高阻巧性的新一代橡膠復合 材料，用于建筑物或橋梁等高性能隔震支座的制備。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了下述方案：
[0010] 一種隔震支座用高性能橡膠復合材料，其特征在于：
[0011] W質量份計，天然橡膠體系和了基橡膠體系的配方如下：
[0012] (1)天然橡膠 100份 硫化劑 1-3份 活性劑 3-6份 促進劑 1-3份 防老劑 2-5份 相容劑 5-20份
[0013] (2) 了基橡膠 100份 硫化劑 1-3份 活性劑 5-8份 促進劑 1-5份 増塑劑 4-8份 相容劑 5-20份
[0014] 天然橡膠作為連續(xù)相，在復合材料中所占生膠質量比為90-60;了基橡膠作為分 散相，在復合材料中所占生膠質量比為10-40。
[0015] 進一步，所用相容劑為異了締-異戊二締共聚物，其中異戊二締的摩爾含量 20-40 %，數(shù)均分子量為1萬~5萬。
[0016] 所述的一種隔震支座用高性能橡膠復合材料的方法，其特征在于：
[0017] 首先將天然橡膠在雙漉開煉機室溫過漉塑煉，然后加入活性劑、促進劑、防老劑、 硫化劑，使之混煉均勻，得到天然橡膠的混煉膠；然后將了基橡膠在雙漉開煉機室溫過漉塑 煉，然后加入活性劑、促進劑、增塑劑、硫化劑，使之混煉均勻，得到了基橡膠混煉膠；然后將 了基橡膠混煉膠置于溫度為130-140°c的烘箱中預硫化15-60分鐘；然后采用雙漉開煉機 按配方的生膠質量比混合天然橡膠混煉膠和了基橡膠混煉膠，加入相容劑混煉均勻，得到 天然橡膠NR/ 了基橡膠IIR混煉膠；最后將該NR/IIR混煉膠在145°C和ISMI^a下根據(jù)其正 硫化時間進行硫化，得到NR/IIR復合材料。
[0018] 有益效果
[0019] 本發(fā)明W天然橡膠為連續(xù)相、了基橡膠為分散相，通過添加相容劑和特定的制備 工藝，制備了界面高度相容的高強度橡膠復合材料。該復合材料的損耗因子為1.0, tan 5 值大于0. 3的溫度范圍達到34°C，并且其拉伸強度達到20MPaW上，化斷伸長率達到500% W上。其性能達到了國家標準對隔震支座用橡膠材料的物理機械性能的要求，阻巧性能優(yōu) 異，適宜作為隔震支座用橡膠材料。
【附圖說明】
[0020] 圖la為帶鉛巧疊層橡膠支座結構示意圖。
[0021] 圖化為無鉛巧疊層橡膠支座結構示意圖。
[0022] 其中1為上部建筑結構連接板；2為保護層橡膠；3為下部建筑結構連接板；4為封 板；5為積層薄鋼板；6為積層橡膠；7為鉛巧。
【具體實施方式】
[0023] 下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不限于該些實施例。還包括本 領域技術人員在本發(fā)明公開范圍內，所做出的顯而易見的改變。
[0024] 本發(fā)明所用原料及來源如下：
[002引NR，煙片1號，天津長利橡膠有限公司提供；IIR，牌號化lysar301，加拿大Polysar公司生產(chǎn)；其他橡膠配合劑，硬脂酸，氧化鋒，促進劑，環(huán)燒姪油，相容劑，防老劑 等，盛華橡塑制品有限公司提供。
[002引實施例1-4
[0027] 按照表1制備天然橡膠和了基橡膠不同共混比例的NR/IIR復合材料。具體制備 工藝如下：
[0028] 表1天然橡膠和了基橡膠配方
[0029]
【主權項】
1. 一種高阻尼支座用橡膠復合材料，其特征在于： 以質量份計，天然橡膠體系和丁基橡膠體系的配方如下： (1) 天然橡膠 100份 硫化劑 1-3份 活性劑 3-6份 促進劑 1-3份 防老劑 2-5份 相容劑 5-20份 (2) 丁基橡膠 100份 硫化劑 1-3份 活性劑 5-8份 促進劑 1-5份 增塑劑 4-8份 相容劑 5-20份 天然橡膠作為連續(xù)相，在復合材料中所占生膠質量比為90-60 ;丁基橡膠作為分散相， 在復合材料中所占生膠質量比為10-40。
2. 根據(jù)權利要求1所述的復合材料，其特征在于：所用相容劑為異丁烯-異戊二烯共 聚物，其中異戊二烯的摩爾含量20-40%，數(shù)均分子量為1萬~5萬。
3. 制備權利要求1所述的復合材料的方法，其特征在于： 首先將天然橡膠在雙輥開煉機室溫過輥塑煉，然后加入活性劑、促進劑、防老劑、硫化 劑，使之混煉均勻，得到天然橡膠的混煉膠；然后將丁基橡膠在雙輥開煉機室溫過輥塑煉， 然后加入活性劑、促進劑、增塑劑、硫化劑，使之混煉均勻，得到丁基橡膠混煉膠；然后將丁 基橡膠混煉膠置于溫度為130-140°C的烘箱中預硫化15-60分鐘；然后采用雙輥開煉機按 配方的生膠質量比混合天然橡膠混煉膠和丁基橡膠混煉膠，加入相容劑混煉均勻，得到天 然橡膠NR/ 丁基橡膠IIR混煉膠；最后將該NR/IIR混煉膠在145°C和15MPa下根據(jù)其正硫 化時間進行硫化，得到復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高阻尼支座用橡膠復合材料及其制備方法。本發(fā)明以天然橡膠為連續(xù)相、丁基橡膠為分散相，通過添加相容劑和特定的制備工藝，制備了界面高度相容的高強度橡膠復合材料，其具有優(yōu)良力學性能和阻尼性能。該橡膠復合材料具有隔震支座所需的高強度、高彈性和柔性，可作為橋梁用隔震支座材料使用。
【IPC分類】C08L23-22, C08K3-22, C08K3-06, C08K5-09, C08K13-02, C08L7-00
【公開號】CN104829877
【申請?zhí)枴緾N201510171255
【發(fā)明人】趙秀英, 張宏生, 張立群, 楊守申, 溫躍華, 溫超, 姜俊良
【申請人】北京化工大學, 衡水華瑞工程橡膠有限責任公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月10日