一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料及其制備方法。以天然橡膠為連續(xù)相，丁腈橡膠為分散相，并在分散相中添加受阻酚類有機小分子，采用特定的共混工藝，制備得到兼具優(yōu)良力學(xué)性能和阻尼性能的新型橡膠復(fù)合材料。該橡膠復(fù)合材料具有隔震支座所需的高強度、高彈性和柔性。同時其阻尼因子(tanδ)達到1.3，在寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出高水平的阻尼性能。
【專利說明】一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料及其制備方法，制備的新型橡膠 復(fù)合材料用于高性能建筑物或橋梁隔震支座的制備。

【背景技術(shù)】
[0002] 地震是一種嚴(yán)重?fù)p害人類生命財產(chǎn)安全的自然災(zāi)害。中國地處世界上兩個最活躍 的地震帶中間，是世界上地震活動最頻繁和地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。在地震作用下，建 筑物的破壞是導(dǎo)致經(jīng)濟損失和人員傷亡的最直接原因，減輕地震災(zāi)害的最有效的措施就是 提高建筑物的抗震能力。
[0003] "基礎(chǔ)隔震"技術(shù)在現(xiàn)代建筑物抗震設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛，其原理是在建筑物上 部結(jié)構(gòu)與地基間設(shè)置具有足夠安全可靠的隔震系統(tǒng)，來增加結(jié)構(gòu)的變形能力和滯變阻尼， 有效地將地震能量隔離或消耗，減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，保護上部結(jié)構(gòu)的安全。即使遭受大震， 上部結(jié)構(gòu)仍可處于彈性工作狀態(tài)，能夠保證建筑物結(jié)構(gòu)和其中的人員、儀器設(shè)備的安全和 正常使用。目前的基礎(chǔ)隔震建筑物中，80%以上的建筑物采用疊層橡膠隔震支座系統(tǒng)，疊層 橡膠支座是該隔震系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件。疊層橡膠支座是由薄橡膠層和薄鋼板層交互疊置， 經(jīng)高溫、加壓硫化而成。其所用橡膠材料必須具備高強度、高柔性、高彈性和高阻尼性能，從 而保證疊層橡膠支座具有較高的縱向受壓承載能力、水平變形能力和耐疲勞能力。
[0004] 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(yōu)異， 具有高彈性、高柔性和高強度，在橡膠支座用材料中應(yīng)用最多，但天然橡膠分子鏈柔順，變 形時分子間摩擦力小，所以其阻尼性能較差，不能很好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、柔性等不能達到理想要求。
[0005] Yancheng Li 等在 "Development and characterization of amagnetorheological elastomer basedadaptive seismic isolator，' （Smart Mater. Struct. 22 (2013) 035005 (12pp))報道了一種新型的磁流變彈性體材料，以硅橡膠和硅油為 基體，加入一定量的羥基鐵粒子制備而成，該材料具有強烈的場敏感特性，可以改變其剪切 模量和阻尼性能，研究者將其應(yīng)用于一種新型的自適應(yīng)地震隔震支座，實驗結(jié)果表明，所設(shè) 計的隔震支座成功的提高了水平剛度和阻尼特性；但該材料的性能變化與磁場強度有很大 關(guān)系，應(yīng)用受到磁場的限制。
[0006] Xiu-Ying Zhao 等在 "Nitrile butadiene rubber/hindered phenol nanocomposites with improvedstrength and high damping performance，'（Polymer 48 (2007) 6056-6063)報道了一種新型的高強高阻尼的NBR/受阻酚A0-80納米復(fù)合材料，受 阻酚A0-80均勻地分散在基體中并形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，體系的阻尼性能優(yōu)異，同時該復(fù)合材料 還具有低定伸強度、高拉伸強度和大變形下拉伸取向的特征。這種橡膠復(fù)合材料滿足隔震 支座用橡膠材料低模量、高強度、高阻尼的要求，但材料的高彈性能仍嫌不足，與隔震橡膠 支座的要求還有一定的差距。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的一個技術(shù)問題就是提供一種新型橡膠復(fù)合材料，使之在保持天然 橡膠優(yōu)良的綜合性能的同時，具有較高的阻尼性能。主要是將具有高阻尼性能的丁腈橡膠 /受阻酚雜化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進行共混，在 未添加其他補強填充劑的條件下，制備出一種兼具高強度、高柔性、高彈性和高阻尼性的新 一代橡膠復(fù)合材料，用于建筑物或橋梁等高性能隔震支座的制備。
[0008] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述方案：
[0009] 1、以質(zhì)量份計，天然橡膠體系和丁腈橡膠體系的配方如下：
[0010] (1) 天然橡膠 100份 硫化剤 1-10份 活性劑 2-8份
[0011] 促進劑 1-10份 防老劑 1-8份 (2) 丁腈橡膠 100份 硫化劑 1-10份 活性劑 2-8份 受阻酚 10_80份 促進劑 1-10份 防老劑 1-8份
[0012] 2、本發(fā)明提供的一種新型高性能橡膠復(fù)合材料，其特征在于：天然橡膠作為連續(xù) 相，在復(fù)合材料中所占生膠質(zhì)量比為90-60 ;丁腈橡膠作為分散相，在復(fù)合材料中所占生膠 質(zhì)量比為10-40。優(yōu)選的天然橡膠與丁腈橡膠的質(zhì)量比為70:30。
[0013] 3、本發(fā)明提供的一種新型高性能橡膠復(fù)合材料，其特征在于：在丁腈橡膠中添加 了具有高阻尼性能的有機小分子添加劑一受阻酚1#或受阻酚2#，受阻酚與丁腈橡膠的 質(zhì)量比為10-80:100,較好的范圍是40-60:100 ;受阻酚為：⑴受阻酚1# :3,9_雙{1，1-二 甲基-2[β-(3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基）丙烯基]乙基-2, 4, 6, 8-四氧雜螺環(huán) (5,5)_十一烷} ;(2)受阻酚2#:四[β-(3,5-二-叔丁基-4-羥基苯基）丙酸]季戊四醇 酯。
[0014] 4、本發(fā)明所用實驗工藝為：（1)按配方割取天然橡膠，采用雙輥開煉機室溫塑煉， 然后按照配方要求依次加入配方助劑，使之混煉均勻，得到天然橡膠混煉膠。（2)將丁腈橡 膠在雙輥開煉機室溫塑煉，然后加入受阻酚，使之混煉均勻。之后采用熱輥開煉機混煉，混 煉溫度為125?135°C，混煉時間為5?lOmin，待混煉均勻后出片冷卻至室溫。然后采用雙 棍開煉機室溫塑煉，依次加入其他配方助劑，混煉均勻得到丁腈橡膠混煉膠。（3)采用雙棍 開煉機按配方的生膠質(zhì)量比混合天然橡膠混煉膠和丁腈橡膠混煉膠，得到天然橡膠（NR)/ 丁腈橡膠（NBR) /受阻酚混煉膠。然后將該NR/NBR/受阻酚混煉膠在143°C、15MPa下根據(jù) 其正硫化時間進行硫化，得到NR/NBR/受阻酚復(fù)合材料。
[0015] 本發(fā)明的有益效果
[0016] 本發(fā)明通過選用具有拉伸結(jié)晶特性的天然橡膠與具有高阻尼性的丁腈橡膠/受 阻酚雜化材料并用作為隔震支座用橡膠材料，保證了隔震支座用橡膠材料的高強度及良好 回彈性，并有效提高了材料的阻尼性能。所制備的橡膠復(fù)合材料極大提高了室溫附近的阻 尼性能，并且其拉伸強度達到20MPa以上，扯斷伸長率達到600%以上，脆性溫度在-40°c以 下。該復(fù)合材料的性能達到了國家標(biāo)準(zhǔn)對隔震支座用橡膠材料的物理機械性能的要求，綜 合減震效果明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為帶鉛芯的疊層橡膠支座結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖2為本發(fā)明提供的隔震支座用橡膠材料的加工工藝流程圖。
[0019] 圖3為實施例1-4和對比例1-2的tan δ -temp圖。
[0020] 其中實例 1 為 NR/NBR 90/10,實例 2 為 NR/NBR 80/20,實例 3 為 NR/NBR 70/30,實 例4為NR/NBR 60/40,對比例1為純NR，對比例2為純NBR
[0021] 圖4為實施例7-11的tan δ-temp圖
[0022] 其中實施例7為A0-80 (10)，實施例8為A0-80 (20)，實施例9為A0-80 (40)，實施 例 10 為 A0-80 (60)，實施例 11 為 A0-80 (80)。
[0023] 圖5為實施例12-13和對比例3的tan δ -temp圖
[0024] 其中，加入A0-80的為實施例12,加入A0-60的為實施例13,沒有加入受阻酚的為 對比例3。

【具體實施方式】
[0025] 下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明，但本發(fā)明不限于這些實施例。還包括本 領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明公開范圍內(nèi)，所做出的顯而易見的改變。
[0026] 實施例1-4
[0027] 按照表1制備天然橡膠和丁腈橡膠不同共混比例的NR/NBR/受阻酚1#復(fù)合材料。 具體制備工藝如下：
[0028] 表1天然橡膠和丁腈橡膠配方
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料，其特征在于： 以質(zhì)量份計，天然橡膠體系和丁腈橡膠體系的配方如下： (1) 天然橡膠 100份 硫化劑 1-10份 活性劑 2-8份 促進劑 1-10份 防老劑 1-8份 (2) 丁腈橡膠 100份 硫化劑 1-10份 活性劑 2-8份 受阻酚 10-80份 促進劑 1-10份 防老劑 1-8份 天然橡膠作為連續(xù)相，在復(fù)合材料中所占生膠質(zhì)量比為90-60 ;丁腈橡膠作為分散相， 在復(fù)合材料中所占生膠質(zhì)量比為10-40。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)合材料，其特征在于：天然橡 膠與丁腈橡膠的質(zhì)量比為70:30。
3. 制備權(quán)利要求1所述的一種隔震支座用高性能橡膠復(fù)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，然后加入配方助劑，使之混煉均勻，得到 天然橡膠的混煉膠；同時，將丁腈橡膠在雙輥開煉機室溫過輥塑煉，然后加入受阻酚填料， 使之混煉均勻，之后置于溫度為135°C的熱輥開煉機上混煉5?lOmin，出片冷卻至室溫，然 后將該冷卻至室溫的混煉膠置于雙輥開煉機上室溫過輥塑煉，加入其他配方助劑，得到丁 腈橡膠的混煉膠；采用雙輥開煉機按配方的生膠質(zhì)量比混合天然橡膠混煉膠和丁腈橡膠混 煉膠，得到NR/NBR/受阻酚混煉膠；然后將該NR/NBR/受阻酚混煉膠在143°C、15MPa下根據(jù) 其正硫化時間進行硫化。
【文檔編號】C08K5/1575GK104151635SQ201410378561
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月3日
【發(fā)明者】趙秀英, 楊靜娜, 張立群, 趙德濤, 王文才, 盧詠來 申請人:北京化工大學(xué)