一種高阻尼支座用橡膠復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高阻尼支座用橡膠復合材料及其制備方法。本發明專利技術以天然橡膠為連續相、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。

【技術實現步驟摘要】
一種高阻尼支座用橡膠復合材料及其制備方法
本專利技術涉及一種高阻尼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、建筑等領域高阻尼隔震支座的制備。
技術介紹
我國是一個強震多發國家，地震發生頻率高、強度大、分布范圍廣、傷亡多、災害嚴重，經濟損失巨大。近幾十年以來世界對地震災害發生和救災、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、加強區域安全的基本措施之一。以橋梁為例，在橋梁梁體與墩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，可以很大程度上提高橋梁抵御地震災害的能力。據不完全統計：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、施工技術等系統研究，形成了橡膠支座隔震建筑或橋梁的成套技術。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韌性，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尼性能。在地震發生時，橡膠層由于自身的黏彈滯后特性呈現高度耗能減震的優勢，能有效吸收地震波能量，降低地震的破壞能力。隔震支座較為常用的橡膠材料是天然橡膠和氯丁橡膠。天然橡膠綜合性能優異，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，所以其阻尼性能差，不能有效的衰減地震波和削弱地震能量。與之相比，氯丁橡膠的阻尼性能好，但其彈性、柔性等不能滿足需求。為了改善天然橡膠隔震支座的阻尼性能，現在普遍采用在橡膠支座的中心部位或中心周圍部位灌注鉛芯的技術，借助鉛芯的剪切變形來實現吸收耗散振動能量的功能。然而鉛芯的加入降低了隔震體系的自恢復能力，且隔震頻帶較窄。制備高阻尼橡膠復合材料代替現有的天然橡膠，有效提高橡膠支座的綜合防震能力，取代鉛芯技術，是當今隔震支座領域的發展趨勢。橡膠的阻尼性能源于橡膠大分子的黏彈滯后性能，大分子的形態結構對其阻尼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尼性能好，所以丁基橡膠和丁腈橡膠的阻尼性能十分優異，天然橡膠的阻尼性能很弱。采用共混的方法，把天然橡膠和其他具有高阻尼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丁基橡膠/天然橡膠共混膠性能的影響”(合成橡膠工業，2013，36(5):399-403)報道天然橡膠與丁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尼性能優異，但是丁基橡膠多采用鹵化丁基橡膠。由于天然橡膠和丁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。為了獲得的阻尼性能，國內外學者在最近的幾十年間進行了大量的研究。壓電阻尼材料是一種新型阻尼材料，韓兆芳等在“氯化丁基橡膠基壓電阻尼復合材料的研究”(壓電與聲光，2006，28(4)，61)報道將壓電陶瓷粉體復合到傳統的CIIR橡膠基體中，制作出了性能較好的新型阻尼材料，它是一種智能阻尼材料。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，再通過乙炔炭黑形成的導電網絡，將電能轉變為熱能耗散出去，從而獲得了較好的阻尼效果。但是這種材料由于添加了高份數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。
技術實現思路
本專利技術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良的綜合性能的同時，具有較高的阻尼性能。主要是將具有高阻尼性能的丁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、高彈性和高阻尼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。為了解決上述技術問題，本專利技術采用了下述方案：一種隔震支座用高性能橡膠復合材料，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：天然橡膠作為連續相，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。進一步，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％，數均分子量為1萬～5萬。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：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℃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℃和15MPa下根據其正硫化時間進行硫化，得到NR/IIR復合材料。有益效果本專利技術以天然橡膠為連續相、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。該復合材料的損耗因子為1.0，tanδ值大于0.3的溫度范圍達到34℃，并且其拉伸強度達到20MPa以上，扯斷伸長率達到500％以上。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，阻尼性能優異，適宜作為隔震支座用橡膠材料。附圖說明圖1a為帶鉛芯疊層橡膠支座結構示意圖。圖1b為無鉛芯疊層橡膠支座結構示意圖。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為鉛芯。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術做進一步說明，但本專利技術不限于這些實施例。還包括本領域技術人員在本專利技術公開范圍內，所做出的顯而易見的改變。本專利技術所用原料及來源如下：NR，煙片1號，天津長利橡膠有限公司提供；IIR，牌號Polysar301,加拿大Polysar公司生產；其他橡膠配合劑，硬脂酸，氧化鋅，促進劑，環烷烴油，相容劑，防老劑等，盛華橡塑制品有限公司提供。實施例1-4按照表1制備天然橡膠和丁基橡膠不同共混比例的NR/IIR復合材料。具體制備工藝如下：表1天然橡膠和丁基橡膠配方天然橡膠100份丁基橡膠100份氧化鋅4份氧化鋅3份硬脂酸2份硬脂酸2份促進劑TMTD0.8份促進劑M1.8份促進劑CZ2.2份促進劑TMTD3.0份防老劑4010NA2份環烷烴油4份硫磺1份硫磺1份相容劑5份相容劑5份天然橡膠混煉膠的制備：將100質量份天然橡膠在開煉機上薄通3次，依次加入氧化鋅4(質量份，下同)、硬脂酸2、促進劑TMTD0.8、促進劑CZ2.2、防本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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：天然橡膠作為連續相，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。

【技術特征摘要】
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：天然橡膠作為連續相，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；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％，數均分子量為1萬～5萬；制備步驟如下：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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙秀英，張宏生，張立群，楊守申，溫躍華，溫超，姜俊良，
申請(專利權)人：北京化工大學，衡水華瑞工程橡膠有限責任公司，
類型：發明
國別省市：北京;11