專利名稱：超高阻尼橡膠復合材料及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于橡膠技術(shù)領域，尤其涉及一種超高阻尼橡膠復合材料及其制備工藝。
背景技術(shù)：
橋梁隔震裝置大體上分為三類，即疊層橡膠隔震裝置、滑動摩擦隔震裝置和阻尼器與隔震器的組合裝置。其中疊層橡膠隔震裝置最為常見。疊層橡膠隔震裝置中，普通板式橡膠支座需要和阻尼器配合使用，阻尼器的造價昂貴，限制了其使用范圍；鉛芯橡膠支座因其耗能能力大，阻尼性能良好、生產(chǎn)工藝簡單，在橋梁隔震設計中應用廣泛，但是鉛芯橡膠支座在使用過程中容易老化、開裂，外露鉛芯會對周圍環(huán)境造成嚴重污染，而且鉛芯橡膠支座的隔震頻帶較窄，不能實現(xiàn)對多種頻率特點的地震波都具有有效減震的功能，地震發(fā)生之后，支座內(nèi)部的鉛芯發(fā)生屈服斷裂，隔震體系自恢復能力大大降低；高阻尼橡膠支座結(jié)構(gòu)與普通板式橡膠支座相同，采用粘彈性高阻尼橡膠材料加工而成，其自身可吸收能量，與耗能功能集成在一起，且具有地震變形后的自復位能力，然而這種支座的缺點是其等效阻尼比一般在10 20%，阻尼性能遠遠低于鉛芯橡膠支座。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題就是提供一種阻尼性能、定伸強度、力學性能和耐疲勞性能高的超高阻尼橡膠復合材料。為解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明采 用的技術(shù)方案為，超高阻尼橡膠復合材料包括下列重量份的組分:
橡膠100重量份
短纖維3—15重量份
碳黑20——70重量份
石油樹脂15-50重量份
塑化劑5——25重量份
硫化劑I——3重量份
活性劑4——8重量份
促進劑I——3重量份
防老劑I——3重量份。其附加技術(shù)特征為:所述的橡膠為天然橡膠或天然橡膠與二烯烴類橡膠的混合體，二烯烴類橡膠為異戊橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、順丁橡膠中的一種或幾種，天然橡膠與二烯烴橡膠的重量比為60 100重量份:0 40重量份；
所述的短纖維為芳綸短纖維、尼龍短纖維、聚酯短纖維、維綸短纖維、錦綸短纖維中的一種或幾種，短纖維長度為0.02 6毫米，直徑為I 50微米；
所述的碳黑為ISAF中超耐磨爐法炭黑、HAF高耐磨爐法炭黑、SRF半補強爐法炭黑中的一種或幾種，具體為碳黑NI 10、碳黑NI 15或碳黑N220 ；所述的石油樹脂為石油餾分的烯烴、二烯烴、環(huán)烯烴、苯乙烯衍生物和雜環(huán)化合物的混合物經(jīng)聚合得的樹脂狀物質(zhì)，包括C9石油樹脂、C5石油樹脂、C5/C9共聚石油樹脂的一種或幾種；
所述的塑化劑為機油，硫化劑為硫磺，活性劑為硬脂酸和氧化鋅，促進劑為N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，防老劑為N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題就是提供超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝。為解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份橡膠和15——50重量份石油樹脂在密煉機中塑煉40 180
秒；
第二小步依次加入4——8重量份活性劑、I——3重量份防老劑，混煉30 120秒，加入20——70重量份碳黑、5——25重量份塑化劑，繼續(xù)混煉60 200秒，加入3——15重量份短纖維，混煉20——40秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I——3重量份硫化劑、I——3重量份促進劑，混煉30 90秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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)明提供的超高阻尼橡膠復合材料，在橡膠基體中均勻分散預定量的短纖維、碳黑、石油樹脂。短纖維與橡膠基體之間存在的相對滑移和橡膠基體固有的粘彈性，是短纖維增強橡膠復合材料具有良好阻尼特性的主要原因。同時，由于其基本結(jié)構(gòu)是纖維增強硫化橡膠這類熱固性聚合物材料，橡膠基體的存在就決定了其阻尼性能會比較優(yōu)異。橡膠材料本身具有較高的阻尼性能，但其強度較低，不能單獨作為結(jié)構(gòu)材料使用，因此常將橡膠材料與高強度低阻尼金屬材料復合使用，形成金屬一聚合物復合阻尼材料。金屬一聚合物復合阻尼材料存在施工復雜、造價高，在苛刻工況條件下，還可能會出現(xiàn)由于粘接不牢造成材料阻尼性能大幅下降等缺陷。短纖維增強橡膠基復合材料既具有良好的阻尼性能，又具有高定伸強度、高力學性能、可設計性強等特點，不僅可與金屬構(gòu)件復合使用，更可直接用作結(jié)構(gòu)材料。通過調(diào)整短纖維的類型、纖維長度、長徑比以及鋪設角度等條件，達到最佳的阻尼性能和力學性能。

本發(fā)明提供的超高阻尼橡膠復合材料具有以下優(yōu)點:
⑴阻尼系數(shù)比普通高阻尼材料提高20%以上，耗能性及延性強等優(yōu)勢，減隔震效果顯著，能有效地控制隔震結(jié)構(gòu)的地震反應；
⑵環(huán)境友好、性能穩(wěn)定；
⑶超高阻尼橡膠復合材料在相同硬度條件下，其定伸強度更大，由此制備的橡膠支座承載力更大，支座整體體積比傳統(tǒng)高阻尼橡膠支座小，可以節(jié)省使用空間，施工方便；
⑷耐疲勞性能更加優(yōu)異。


圖1為本發(fā)明提供的超高阻尼橡膠復合材料制造的橡膠支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明超高阻尼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)明提供的超高阻尼橡膠復合材料2和鋼板3交替疊層構(gòu)成。制備橡膠支座I時，首先將超高阻尼橡膠復合材料2裁制成片狀，其后用粘合劑處理鋼板3，然后將超高阻尼橡膠復合材料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)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟: 第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份橡膠和15重量份石油樹脂在密煉機中塑煉40秒；
第二小步依次加入4重量份活性劑、I重量份防老劑，混煉30秒，加入20重量份碳黑、5重量份塑化劑，繼續(xù)混煉60秒，加入3重量份短纖維，混煉20秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份硫化劑、I重量份促進劑，混煉30秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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lOMPa，時間為15分鐘。實施例2
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份橡膠和32.5重量份石油樹脂在密煉機中塑煉110秒；
第二小步依次加入6重量份活性劑、2重量份防老劑，混煉75秒，加入45重量份碳黑、15重量份塑化劑，繼續(xù)混煉130秒，加入9重量份短纖維，混煉30秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入2重量份硫化劑、2重量份促進劑，混煉60秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份橡膠和50重量份石油樹脂在密煉機中塑煉180秒；
第二小步依次加入8重量份活性劑、3重量份防老劑，混煉120秒，加入70重量份碳黑、25重量份塑化劑，繼續(xù)混煉200秒，加入15重量份短纖維，混煉40秒排膠；一段母煉膠放置8小時；第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入3重量份硫化劑、3重量份促進劑，混煉90秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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15MPa，時間為40分鐘。實施例4
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份天然橡膠和15重量份石油樹脂在密煉機中塑煉40秒；
第二小步依次加入3重量份氧化鋅和I重量份硬脂酸、I重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺，混煉40秒，加入20重量份碳黑115、5重量份機油，繼續(xù)混煉60秒，加入3重量份尼龍短纖維，混煉20秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份硫磺、3重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，混煉30秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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lOMPa，時間為40分鐘。
`
實施例5
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將60重量份天然橡膠和40重量份丁基橡膠和32.5重量份石油樹脂在密煉機中塑煉110秒；
第二小步依次加入4重量份氧化鋅和2重量份硬脂酸、2重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺，混煉75秒，加入25重量份碳黑220和20重量份炭黑110、15重量份機油，繼續(xù)混煉130秒，加入9重量份芳綸短纖維，混煉30秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入2重量份硫磺、2重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，混煉60秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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6
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將100重量份天然橡膠和50重量份石油樹脂在密煉機中塑煉180秒；
第二小步依次加入6重量份氧化鋅和2重量份硬脂酸、3重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺，混煉120秒，加入70重量份碳黑110、25重量份機油，繼續(xù)混煉200秒，加入15重量份錦綸短纖維，混煉40秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入3重量份硫磺、I重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，混煉90秒排膠，膠料停放8小時備用；第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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15MPa，時間為15分鐘。實施例7
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將70重量份天然橡膠、30重量份異戊橡膠和25重量份石油樹脂在密煉機中塑煉180秒；
第二小步依次加入I重量份硬脂酸、5重量份氧化鋅、2重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺，混煉120秒，加入50重量份碳黑NllOUO重量份機油，繼續(xù)混煉200秒，加入10重量份聚酯短纖維，混煉40秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份硫磺、1.5重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，混煉90秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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153°C，壓力設定為lOMPa，時間為20分鐘。

實施例8
本發(fā)明超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝包括下述步驟:
第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備
第一小步將70重量份天然橡膠、30重量份丁二烯橡膠和40重量份石油樹脂在密煉機中塑煉180秒；
第二小步依次加入I重量份硬脂酸、5重量份氧化鋅、2重量份N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺，混煉120秒，加入60重量份碳黑N110、20重量份機油，繼續(xù)混煉200秒，加入10重量份芳綸短纖維，混煉40秒排膠；一段母煉膠放置8小時；
第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I重量份硫磺、1.5重量份N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，混煉90秒排膠，膠料停放8小時備用；
第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化
將制備的未硫化超高阻尼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153°C，壓力設定為lOMPa，時間為20分鐘。實施例7和8制得的硫化橡膠的物理性能結(jié)果見表I。性能檢測
(1)拉伸性能
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?？傻玫叫阅軈?shù):拉伸強度、扯斷伸長率、100%定伸強度、200%定伸強度、300%定伸強度。(2)耐熱空氣老化性能
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?？傻玫叫阅軈?shù):熱空氣老化試驗后硬度、拉伸強度、扯斷伸長率的變化情況。(3)剪切性能試驗
按照GB/T 9870.1-2006《硫化橡膠或熱塑性橡膠動態(tài)性能的測定》試驗。橡膠試件采用二片剪切型?？傻玫叫阅軈?shù):阻尼系數(shù)和剪切模量。表I實施配方和性能檢測
權(quán)利要求
1.超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:包括下列重量份的組分:橡膠100重量份短纖維3—15重量份碳黑20——70重量份石油樹脂15-50重量份塑化劑5——25重量份硫化劑I——3重量份活性劑4——8重量份促進劑I——3重量份防老劑I——3重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:所述的橡膠為天然橡膠或天然橡膠與二烯烴類橡膠的混合體，二烯烴類橡膠為異戊橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、丁腈橡膠、順丁橡膠中的一種或幾種，天然橡膠與二烯烴橡膠的重量比為60 100重量份:O 40重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:所述的短纖維為芳綸短纖維、尼龍短纖維、聚酯 短纖維、維綸短纖維、錦綸短纖維中的一種或幾種，短纖維長度為0.02 6毫米，直徑為I 50微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:所述的碳黑為ISAF中超耐磨爐法炭黑、HAF高耐磨爐法炭黑、SRF半補強爐法炭黑中的一種或幾種，具體為碳黑N110、碳黑N115或碳黑N220。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:所述的石油樹脂為石油餾分的烯烴、二烯烴、環(huán)烯烴、苯乙烯衍生物和雜環(huán)化合物的混合物經(jīng)聚合得的樹脂狀物質(zhì)，包括C9石油樹脂、C5石油樹脂、C5/C9共聚石油樹脂的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高阻尼橡膠復合材料，其特征在于:所述的塑化劑為機油，硫化劑為硫磺，活性劑為硬脂酸和氧化鋅，促進劑為N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺，防老劑為N-異丙基-N’ -苯基對苯二胺。
7.權(quán)利要求1至6任一項所述的超高阻尼橡膠復合材料的制備工藝，其特征在于包括下述步驟: 第一步未硫化超高阻尼橡膠復合材料制備 第一小步將100重量份橡膠和15——50重量份石油樹脂在密煉機中塑煉40 180秒； 第二小步依次加入4——8重量份活性劑、I——3重量份防老劑，混煉30 120秒，加入20——70重量份碳黑、5——25重量份塑化劑，繼續(xù)混煉60 200秒，加入3——15重量份短纖維，混煉20——40秒排膠；一段母煉膠放置8小時； 第三小步將一段母煉膠投入密煉機中，依次加入I——3重量份硫化劑、I——3重量份促進劑，混煉30 90秒排膠，膠料停放8小時備用； 第二步超高阻尼橡膠復合材料硫化 將制備的未硫化超高阻尼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。
全文摘要
本發(fā)明屬于橡膠技術(shù)領域，公開了一種超高阻尼橡膠復合材料及其制備工藝。其主要技術(shù)特征為在橡膠中添加短纖維、碳黑、石油樹脂、塑化劑、硫化劑、活性劑、促進劑、防老劑，各組分在密煉機中混煉后，在平板硫化機中硫化。本發(fā)明提供的超高阻尼橡膠復合材料，在橡膠基體中均勻分散預定量的短纖維、碳黑、石油樹脂。阻尼系數(shù)比普通高阻尼材料提高20%以上，耗能性及延性強等優(yōu)勢，減隔震效果顯著，能有效地控制隔震結(jié)構(gòu)的地震反應；環(huán)境友好、性能穩(wěn)定；在相同硬度條件下，其定伸強度更大，由此制備的橡膠支座承載力更大，支座整體體積比傳統(tǒng)高阻尼橡膠支座小，可以節(jié)省使用空間，施工方便；耐疲勞性能更加優(yōu)異。
文檔編號C08L9/02GK103205029SQ201310179438
公開日2013年7月17日 申請日期2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月15日
發(fā)明者趙雅婷, 吳衛(wèi)東, 劉力, 宮小能, 朱新軍, 溫世鵬, 伍社毛, 賈雷雷, 張曉慧, 郝慶君 申請人:衡水中鐵建工程橡膠有限責任公司, 北京化工大學