專利名稱：疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料及其制備工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于橡膠技術領域，尤其涉及一種疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料及其制備工藝。
背景技術：
疊層橡膠支座是一種重要的橋梁配件，主要功能是將橋梁上部結構的反力可靠地傳遞給墩臺，并同時完成梁體結構所需要的水平位移及轉角變形，吸收部分振動，減小活載對橋梁結構及墩臺的沖擊，具有減振、抗震和大變形量等特點。因其性能可靠、結構簡單、安裝和使用方便、造價較低，大部分橋梁都已使用橡膠支座。但是通過近年來的調查、檢測和橋梁病害分析發(fā)現(xiàn)，疊層橡膠支座在產(chǎn)品質量上仍然存在較多隱患，由于橡膠支座市場競爭激烈，橡膠等原材料價格暴漲，而投標價格一路下滑，導致部分橡膠支座在生產(chǎn)過程中多用鈣粉等廉價填充材料來降低成本，甚至使用再生橡膠，嚴重影響橡膠支座的產(chǎn)品質量和使用壽命，有些已嚴重影響了橋梁結構安全性和耐久性。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的第一個技術問題就是提供一種保持橡膠材料具有較高的斷裂拉伸強度和斷裂伸長率，耐熱性能高、抗壓縮疲勞性能高、使用壽命長、成本低的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料。為解決上述第一個技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為，疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料包括下列重量份的組分:
橡膠100重量份
有機粘土3——20重量份
碳黑30——70重量份
硫化劑0.5——2重量份
活性劑6——10重量份
促進劑I——3.5重量份
防老劑2——4重量份。
其附加技術特征為:所述的橡膠為天然橡膠或異戊橡膠或天然橡膠和異戊橡膠混合物，天然橡膠和異戊橡膠混合物中，天然橡膠與異戊橡膠的重量比為60——100重量份:O-40重量份；
所述的有機粘土為烷基銨鹽、有機胺、氨基酸、聚合物單體、偶聯(lián)劑等單一改性或復合改性蒙脫土；
所述的碳黑為超耐磨爐黑ISAF、高耐磨爐黑HAF、快壓出爐黑FEF、通用爐黑GPF、半補強爐黑SRF-HS中的一種或幾種；
所述的硫化劑為硫磺；
所述的活性劑為氧化鋅和硬脂酸；所述的促進劑為N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺、2- (4-嗎啉硫代)苯并噻唑、二硫化四甲基秋蘭姆、2-硫醇基苯駢噻唑、2，2’ - 二硫代二苯并噻唑、二正丁基二硫代氨基甲酸鋅中的一種或幾種；
所述的防老劑為6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉、4-氨基聯(lián)苯、N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫喹啉聚合物、3-羥基丁醛-α -萘胺、2，2’-亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)中的一種或幾種。本發(fā)明要解決的第二個技術問題就是提供疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝。為解決上述第二個技術問題，本發(fā)明采用的技術方案包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備
第一小步將100重量 份橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入3——20重量份有機粘土和三分之一的即10——24重量份碳黑，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入活性劑6——10重量份，防老劑2——4重量份，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至100——120°C時，升栓并保持8——12秒，然后加入剩余三分之二的即20——46重量份碳黑，加壓上頂栓，密煉80——100秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入促進劑I——3.5重量份，硫化劑0.5—2重量份，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至90—110°C時排膠，膠料停放4小時備用；
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為130——155°C，壓力設定為10——15MPa，時間為15——40分鐘。本發(fā)明提供的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，使用機械共混插層法方法，采用有機粘土部分代替補強碳黑或全部代替鈣粉等廉價補強材料。有機粘土復合材料是一種通過有機陽離子改性的層狀硅酸鹽，其層間距約4——20nm，與橡膠進行復合后，粘土片層以納米級分散于橡膠基體中，可制得納米復合材料。由于納米相尺寸效應、大的比表面積以及強的界面相互作用，使得納米復合材料的性能極大地優(yōu)于相同組分的常規(guī)復合材料。在橡膠基體中引入有機粘土，可以顯著提高橡膠基體的力學性能、耐熱性能、抗壓縮疲勞性能等。并且，有機粘土有較大的比表面積以及良好的穩(wěn)定性，價格低廉，部分代替補強碳黑或全部代替鈣粉等填充材料，增大制品體積、降低制造成本。使用有機粘土橡膠復合材料制造的疊層橡膠支座，不僅從根本上解決橡膠支座不耐老化、抗疲勞性能差等質量安全隱患問題,而且不會增加生產(chǎn)成本,提高橡膠基體的耐熱性能、抗壓縮疲勞性能,并且保持橡膠材料具有較高的斷裂拉伸強度和斷裂伸長率。本發(fā)明提供的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料具有以下優(yōu)點:
I插層復合技術能夠實現(xiàn)橡膠基體與無機物分散相在納米尺度上的復合，兩相界面相互作用強，使得其復合材料具有優(yōu)良的力學性能，橡膠基體具有較高的拉伸強度和斷裂伸長率。保證疊層橡膠支座在長期承受豎向載荷和水平制動力時，任然保持良好的力學性倉泛;2有機粘土橡膠復合材料能夠將無機物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與橡膠的韌性、可加工性完美地結合起來。將有機粘土引入橡膠基體中,賦予橡膠基體更加優(yōu)良的抗老化性能；
3以少量具有納米片層結構的有機粘土與橡膠進行插層納米復合，能顯著降低橡膠材料的疲勞生熱，延緩疲勞破壞過程，增加疊層橡膠支座的使用壽命。


圖1為本發(fā)明提供的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制造的橡膠支座的結構示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料及其制備工藝作進一步詳細說明。如圖1所示，橡膠支座I由本發(fā)明提供的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料2和鋼板3交替疊層構成。制備橡膠支座I時，首先將疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料2裁制成片狀，其后用粘合劑處理鋼板3，然后將疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料2和鋼板3在模具中交替層疊，加熱使其硫化粘合即可。實施例1
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將100重量份 橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入3重量份有機粘土和10重量份碳黑，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入活性劑10重量份，防老劑4重量份，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至100°C時，升栓并保持8秒，然后加入20重量份碳黑，加壓上頂栓，密煉80秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入促進劑3.5重量份，硫化劑0.5重量份，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至90°C時排膠，膠料停放4小時備用；第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為155°C，壓力設定為lOMPa，時間為15分鐘。實施例2
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將100重量份橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入11.5重量份有機粘土和17重量份碳黑，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入活性劑8重量份，防老劑3重量份，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至110°C時，升栓并保持10秒，然后加入33重量份碳黑，加壓上頂栓，密煉90秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入促進劑2.25重量份，硫化劑1.25重量份，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至100°C時排膠，膠料停放4小時備用；
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為142.5°C，壓力設定為12.5MPa，時間為27.5分鐘。實施例3
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將100重量份 橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入20重量份有機粘土和24重量份碳黑，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入活性劑6重量份，防老劑2重量份，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至120°C時，升栓并保持12秒，然后加入46重量份碳黑，加壓上頂栓，密煉100秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入促進劑I重量份，硫化劑2重量份，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至110°C時排膠，膠料停放4小時備用；第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為130°C，壓力設定為15MPa，時間為40分鐘。實施例4
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將60重量份天然橡膠與40重量份異戊橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入3重量份有機粘土和10重量份超耐磨爐黑ISAF，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入8重量份氧化鋅和2重量份硬脂酸，I重量份6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉和I重量份2，2，4-三甲基-1，2- 二氫喹啉聚合物，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至110°C時，升栓并保持10秒，然后加入20重量份超耐磨爐黑ISAF，加壓上頂栓，密煉90秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份二硫化四甲基秋蘭姆，I重量份硫磺，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至100°C時排膠，膠料停放4小時備用;
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為130°C，壓力設定為15MPa，時間為30分鐘。實施例5本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將80重量份天然橡膠與20重量份異戊橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為Imm,包棍打3個三角包,然后加入5重量份有機粘土和10重量份高耐磨爐黑HAF、6重量份快壓出爐黑FEF，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入6重量份氧化鋅和I重量份4-氨基聯(lián)苯和I重量份3-羥基丁醛-α-萘胺，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至110°C時，升栓并保持10秒，然后加入20重量份高耐磨爐黑HAF、14重量份快壓出爐黑FEF，加壓上頂栓，密煉90秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份二硫化四甲基秋蘭姆，I重量份硫磺，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至100°C時排膠，膠料停放4小時備用;
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為145°C，壓力設定為13MPa，時間為20分鐘。實施例6
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將90重量份天然橡膠與10重量份異戊橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角 包，然后加入20重量份有機粘土和12重量份快壓出爐黑FEF、3重量份通用爐黑GPF，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入5重量份氧化鋅和1.5重量份硬脂酸，2重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺和I重量份2，2’ -亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至110°C時，升栓并保持10秒，然后加入23重量份快壓出爐黑FEF、7重量份通用爐黑GPF，加壓上頂栓，密煉90秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入2重量份2- (4-嗎啉硫代)苯并噻唑和1.5重量份2-硫醇基苯駢噻唑，1.5重量份硫磺，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至100°C時排膠，膠料停放4小時備用；
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為150°C，壓力設定為12MPa，時間為30分鐘。實施例7
本發(fā)明疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將100重量份天然橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入10重量份有機粘土和12重量份半補強爐黑SRF-HSU2重量份高耐磨爐黑HAF，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包；
第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入4重量份氧化鋅和2重量份硬脂酸，2重量份6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2- 二氫化喹啉和2重量份3-羥基丁醛-α-萘胺，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至110°C時，升栓并保持10秒，然后加入
23重量份半補強爐黑SRF-HS、23重量份高耐磨爐黑HAF，加壓上頂栓，密煉90秒排膠；一段母煉膠停放8小時；
第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入2重量份二正丁基二硫代氨基甲酸鋅和I重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，0.5重量份硫磺，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至100°C時排膠，膠料停放4小時備用；
第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化。硫化溫度設定為155°C，壓力設定為13MPa，時間為15分鐘?？箟簭椥阅Ａ亢涂辜魪椥阅Ａ繛榀B層橡膠支座成品性能檢測。膠料和成品性能檢測見表I;
性能檢測
⑴拉伸強度和扯斷伸長率
按照GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應力應變性能的測定》試驗
⑵壓縮屈撓生熱
按照GB/T 1687-1993《硫化橡膠在屈撓試驗中溫升和耐疲勞性能的測定第2部分壓縮屈撓》試驗
(3)熱空氣老化
按照GB3512-2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗》試驗；
⑷支座抗壓彈性模量和抗剪彈性模量
按照JT/T 4-2004《公路橋梁板式橡膠支座》試驗
權利要求
1.疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于包括下列重量份的組分:橡膠100重量份有機粘土3——20重量份碳黑30——70重量份硫化劑0.5——2重量份活性劑6——10重量份促進劑I——3.5重量份防老劑2——4重量份。
2.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的橡膠為天然橡膠或異戊橡膠或天然橡膠和異戊橡膠混合物，天然橡膠和異戊橡膠混合物中，天然橡膠與異戊橡膠的重量比為60——100重量份:0——40重量份。
3.根據(jù)權利要 求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的有機粘土為烷基銨鹽、有機胺、氨基酸、聚合物單體、偶聯(lián)劑等單一改性或復合改性蒙脫土。
4.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的碳黑為超耐磨爐黑ISAF、高耐磨爐黑HAF、快壓出爐黑FEF、通用爐黑GPF、半補強爐黑SRF-HS中的一種或幾種。
5.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的硫化劑為硫磺。
6.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的活性劑為氧化鋅和硬脂酸。
7.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的促進劑為N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺、2- (4-嗎啉硫代)苯并噻唑、二硫化四甲基秋蘭姆、2-硫醇基苯駢噻唑、2，2’ - 二硫代二苯并噻唑、二正丁基二硫代氨基甲酸鋅中的一種或幾種。
8.根據(jù)權利要求1所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，其特征在于:所述的防老劑為6_乙氧基_2，2, 4_ 二甲基_1，2_ 二氧化喧琳、4_氛基聯(lián)苯、N-異丙基-N’ _苯基對苯二胺、2，2，4-三甲基-1，2- 二氫喹啉聚合物、3-羥基丁醛-α -萘胺、2，2’ -亞甲基-雙(4-甲基-6-叔丁基苯酚)中的一種或幾種。
9.權利要求1至8任一項所述的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料的制備工藝，其特征在于包括下述步驟: 第一步未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料制備第一小步將100重量份橡膠在雙輥筒開煉機上塑煉，輥距調為1mm，包輥打3個三角包，然后加入3——20重量份有機粘土和三分之一的即10——24重量份碳黑，在開煉機上進行機械插層，左右各3刀，打5個三角包； 第二小步將第一小步中的膠料放入密煉機中，依次加入活性劑6——10重量份，防老劑2——4重量份，加壓上頂栓；待密煉機中膠料溫度升至100——120°C時，升栓并保持8——12秒，然后加入剩余三分之二的即20——46重量份碳黑，加壓上頂栓，密煉80——100秒排膠；一段母煉膠停放8小時；第三小步將第二小步中的一段母煉膠投入密煉機中，依次加入促進劑I——3.5重量份，硫化劑0.5—2重量份，加壓上頂栓，待密煉機中溫度升至90—110°C時排膠，膠料停放4小時備用； 第二步疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料硫化 將制備的未硫化疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料放入模具中，在平板硫化機中硫化； 硫化溫度設定為130——1 55°C，壓力設定為10——15MPa，時間為15——40分鐘。
全文摘要
本發(fā)明屬于橡膠技術領域，公開了一種疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料及其制備工藝。其主要技術特征為在橡膠中添加有機粘土、碳黑、硫化劑、活性劑、促進劑、防老劑。本發(fā)明提供的疊層橡膠支座用有機粘土橡膠復合材料，使用機械共混插層法方法，采用有機粘土部分代替補強碳黑或全部代替鈣粉等廉價補強材料。使用有機粘土橡膠復合材料制造的疊層橡膠支座，不僅從根本上解決橡膠支座不耐老化、抗疲勞性能差等質量安全隱患問題，而且不會增加生產(chǎn)成本，提高橡膠基體的耐熱性能、抗壓縮疲勞性能，并且保持橡膠材料具有較高的斷裂拉伸強度和斷裂伸長率。
文檔編號C08K9/04GK103205028SQ20131014452
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權日2013年4月24日
發(fā)明者趙雅婷, 宮小能, 杜志萍, 郭勇, 賈雷雷, 鄧乃伏, 趙燕, 王海霞, 李世彪, 石新英 申請人:衡水中鐵建工程橡膠有限責任公司