減震支座用高強(qiáng)度高阻尼橡膠復(fù)合材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于橡膠【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料。按質(zhì)量計(jì)的配方是：天然橡膠組分100、碳納米管組分7～12、炭黑組分20～40、石油樹脂組分7～12、增塑劑組分5～15、活化劑組分4～7、促進(jìn)劑組分0.5～1.5、硫化劑組分1～2、防老劑組分2～4、抗硫化返原劑組分0.5～1.5。本發(fā)明首次將碳納米管作為納米阻尼材料與石油樹脂聯(lián)合加入橡膠中，大幅度提高了橡膠在地震條件即低頻(1Hz)大應(yīng)變(50％～100％)下的阻尼性能。該復(fù)合材料在室溫下，應(yīng)變?yōu)?0％～100％，頻率為1Hz時(shí)，損耗因子tanδ>0.3；同時(shí)拉伸強(qiáng)度≥10MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥500％，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隔震支座用橡膠材料的物理機(jī)械性能的要求。
【專利說(shuō)明】減震支座用局強(qiáng)度局阻尼橡股復(fù)合材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于橡膠【技術(shù)領(lǐng)域】，主要涉及減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù) 合材料。

【背景技術(shù)】
[0002] 地震對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)傷害極大，尤其我國(guó)位于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之 間，因此地震時(shí)有發(fā)生，而且震級(jí)較高，破壞力大。提高建筑物的抗震能力是抵御地震破壞 十分重要的途徑，目前應(yīng)用最廣泛的方法為基礎(chǔ)隔震，即在建筑物或橋梁與地基之間設(shè)置 具有足夠安全可靠的減震系統(tǒng)來(lái)增加結(jié)構(gòu)變形能力，并吸收震動(dòng)能量來(lái)抵御地震。目前國(guó) 內(nèi)主要應(yīng)用的建筑物減震支座有鉛芯橡膠支座、板式橡膠支座以及高阻尼橡膠支座三類。 鉛芯橡膠支座通過(guò)鉛芯的剪切變形吸收耗散震動(dòng)能量，阻尼性能好，支座設(shè)計(jì)靈活性大、耐 久性好，可抵抗微振動(dòng)，并對(duì)控制風(fēng)反應(yīng)有利，但是其自恢復(fù)能力較弱、隔震頻帶窄，而且在 使用過(guò)程中若發(fā)生鉛芯外露會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害；板式橡膠支座由薄橡膠板和薄鋼 板交錯(cuò)疊合并相互硫化粘結(jié)而成，具有非常大的豎向剛度、比較小的水平剛度，但一般選用 的天然橡膠阻尼性能較差；高阻尼橡膠支座的形狀與板式橡膠支座相同，通過(guò)橡膠本身的 高阻尼特性吸收耗散震動(dòng)能量，自恢復(fù)能力強(qiáng)，克服了板式橡膠及鉛芯橡膠支座的缺點(diǎn)，屬 于最新的研宄方向，其中高阻尼橡膠材料制備為設(shè)計(jì)高阻尼橡膠支座的難點(diǎn)之一。橡膠領(lǐng) 域中的天然橡膠具有拉伸結(jié)晶特性，容易發(fā)生較大的變形并具有較高抗破壞強(qiáng)度，但其本 身阻尼性能較差。而通過(guò)實(shí)現(xiàn)微觀相分離、增大橡膠大分子之間的相互作用力，或在連續(xù)相 中引入高阻尼相或界面摩擦相可以改善橡膠材料的阻尼性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有減震支座或阻尼性能差或污染環(huán)境的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種減震支座 用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，該材料不僅物理機(jī)械性能良好，滿足隔震支座 用橡膠材料的要求，而且在地震條件即低頻（IHz)大應(yīng)變（50%?100% )下具有良好的阻 尼性能。采用的方法是將碳納米管作為納米阻尼增強(qiáng)材料并聯(lián)合作為增塑阻尼材料的石油 樹脂通過(guò)機(jī)械共混方式加入天然橡膠中，并加入其他填料，制備出一種兼具高阻尼性和高 強(qiáng)度、的橡膠復(fù)合材料，用于橋梁或建筑物等高性能減震支座的制備。
[0004] 本發(fā)明提供的一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，包括下列 重量份的組分：天然橡膠組分100、碳納米管組分7?12、炭黑組分20?40、石油樹脂組分 7?12、增塑劑組分5?20、活化劑組分4?7、促進(jìn)劑組分1?3、硫化劑組分1?2、防老 劑組分2?4、抗硫化返原劑組分0. 5?1. 5。
[0005] 其附加技術(shù)特征為：所述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或幾 種，碳納米管長(zhǎng)度為20 μ m?200 μ m，直徑為1?20nm ;所述炭黑為N770、N774中的一種或 全部；所述石油樹脂為石油裂解制烯烴所產(chǎn)生的可聚合的不飽和烯烴副產(chǎn)物經(jīng)離子或自由 基催化法合成的熱塑性樹脂，包括C5石油樹脂、C9石油樹脂或C5/9共聚石油樹脂中的一 種或幾種；增塑劑為古馬隆樹脂，硫化劑為硫磺，活性劑為硬脂酸和氧化鋅，促進(jìn)劑為二硫 化四甲基秋蘭姆（TT)、二硫化二苯并噻唑（DM)、N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ)，抗 硫化返原劑為N，K -間甲基苯基雙（3-甲基馬來(lái)酰亞胺）（PK900)。
[0006] 本發(fā)明提供的一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料在天然橡 膠基體中均勻分散了定量的碳納米管（如附圖1所示），由于碳納米管具有較大的長(zhǎng)徑比、 良好的機(jī)械性能，而且直徑為納米級(jí)別，在天然橡膠基體中可以形成填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此不 僅可以起到增強(qiáng)天然橡膠的作用，而且在變形過(guò)程中碳納米管與碳納米管、碳納米管與橡 膠分子鏈之間存在滑移和摩擦，從而明顯提高天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料體系的阻尼性 能。
[0007] 本發(fā)明提供的一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料在天然橡 膠基體中分散了定量的石油樹脂（如附圖1所示），由于石油樹脂為小分子物質(zhì)，本身具有 較高的粘性，加入天然橡膠中，不僅能夠明顯提高體系的阻尼性能，而且可以起到增塑的作 用，降低阻尼橡膠的定伸強(qiáng)度。研宄已證明，阻尼減震橡膠材料具有較低的定伸強(qiáng)度，在遇 到地震時(shí)可產(chǎn)生較大的變形，更能發(fā)揮阻尼減震橡膠的隔震、減震的作用。
[0008] 本發(fā)明提供的一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料其優(yōu)勢(shì)在 于地震條件即低頻大應(yīng)變下的阻尼性能良好，室溫、IHz頻率、應(yīng)變?yōu)?0%?100%時(shí)的損 耗因子tan δ >〇. 3。而且具有較高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，按照GB/T 528-2009測(cè)試方法 測(cè)得：拉伸強(qiáng)度多l(xiāng)OMPa，斷裂伸長(zhǎng)率多500%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隔震支座用橡膠材料的物 理機(jī)械性能的要求。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 圖1為含碳納米管及石油樹脂的橡膠體系結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但此處所描述的實(shí)例僅用于說(shuō)明和解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，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。實(shí)施例中所用天然橡膠為云標(biāo)1#，但不局限于此；實(shí)施例中所用碳納米管為 北京天奈科技有限公司生產(chǎn)的FloTube7000,純度為87 %，長(zhǎng)度>50 μ m，直徑6?8nm，但不 局限于此。
[0010] 實(shí)施例1?3 制備不同碳納米管重量含量的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料，具體步驟如下： 室溫下，將100重量份天然橡膠在雙棍開煉機(jī)上塑煉1分鐘；依次加入5重量份氧化 鋅、2重量份硬脂酸、不同重量份（7、9、12)碳納米管FloTube7000(分別記為實(shí)施例1、實(shí)施 例2、實(shí)施例3)、21重量份炭黑N774,混煉4分鐘；依次加入2重量份防老劑4010NA、1重量 份防老劑RDUO重量份古馬隆樹脂、10重量份石油樹脂、0. 75重量份抗硫化返原劑PK900， 混煉3分鐘；依次加入0. 2重量份二硫化四甲基秋蘭姆（TT)、0. 3重量份二硫化二苯并噻唑 (DM)、0. 3重量份N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ)、1. 5重量份硫磺，混煉2分鐘；調(diào) 整輥距為最小輥距，繼續(xù)混煉3分鐘排膠，制得未硫化的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料混煉 膠，放入2mm模具中，在平板硫化機(jī)中硫化，制得硫化膠，硫化溫度設(shè)定為143 °C，壓力設(shè)定 為15MPa，硫化時(shí)間分別為12分鐘、11分鐘、9分鐘。
[0011] 實(shí)施例4?6 按照實(shí)施例1?3中制備不同碳納米管重量含量的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料的具 體步驟（碳納米管Fl〇Tube7000重量份數(shù)為9,炭黑N774重量份數(shù)為21，石油樹脂重量份 數(shù)分別為10、20、30)制備不同石油樹脂重量含量的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料的混煉膠 及硫化膠。
[0012] 對(duì)比例1 按照實(shí)施例1?3中制備不同碳納米管重量含量的天然橡膠/碳納米管復(fù)合材料的具 體步驟（去掉加入碳納米管及石油樹脂的步驟，炭黑N774重量份數(shù)為30)制備未加碳納米 管及石油樹脂的天然橡膠混煉膠及硫化膠。 將以上制得的硫化膠按照國(guó)標(biāo)GB/T 528-2009進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，混煉膠采用橡膠 加工分析儀（RPA)進(jìn)行阻尼性能測(cè)試，實(shí)驗(yàn)條件為：頻率1Hz，室溫，應(yīng)變范圍為50%? 100%〇 由表1及表2中的對(duì)比例和實(shí)施例可以看出，碳納米管及石油樹脂的加入對(duì)該橡膠 復(fù)合材料的阻尼有明顯的提高作用。碳納米管重量份數(shù)在7?12范圍內(nèi)時(shí)，損耗因子 tan δ >〇. 31 ;石油樹脂重量份數(shù)在10?30范圍內(nèi)時(shí)，損耗因子tan δ >〇. 32。對(duì)用于隔震 的橡膠材料，在大應(yīng)變下tan δ多〇. 30,意味著其具有優(yōu)異的阻尼減震功能。 由表3及表4中的實(shí)施例和對(duì)比例可以看出，加入碳納米管的橡膠復(fù)合材料定伸強(qiáng)度 增大，斷裂伸長(zhǎng)率減??；加入石油樹脂橡膠復(fù)合材料阻尼增大，定伸強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、斷裂 伸長(zhǎng)率減小。石油樹脂及碳納米管重量份數(shù)在所選范圍內(nèi)時(shí)，該橡膠復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度 >10MPa，斷裂伸長(zhǎng)率>500%，滿足減震支座用橡膠材料的力學(xué)性能要求。 表1實(shí)施例1?3和對(duì)比例1中的橡膠材料阻尼性能

【權(quán)利要求】
1. 一種減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，其特征在于，包含以下組 分按重量份計(jì)：天然橡膠組分100、碳納米管組分7?12、炭黑組分20?40、石油樹脂組分 7?12、增塑劑組分5?15、活化劑組分4?7、促進(jìn)劑組分0. 5?1. 5、硫化劑組分1?2、 防老劑組分2?4、抗硫化返原劑組分0. 5?1. 5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，其特 征在于：所述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或幾種，碳納米管長(zhǎng)度為 20 y m ?200 y m，直徑為：1 ?20nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，其特征 在于：所述石油樹脂包括C5石油樹脂、C9石油樹脂或C5/9共聚石油樹脂中的一種或幾種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的減震支座用室溫低頻大應(yīng)變下高阻尼橡膠復(fù)合材料，其特 征在于：所述炭黑為N770、N774中的一種或幾種，增塑劑為古馬隆樹脂與石油樹脂，硫化 劑為硫磺，活性劑為硬脂酸和氧化鋅，促進(jìn)劑為二硫化四甲基秋蘭姆、二硫化二苯并噻唑和 N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，抗硫化返原劑為N，f -間甲基苯基雙（3-甲基馬來(lái)酰 亞胺）。
【文檔編號(hào)】C08L57/02GK104497366SQ201410677100
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】盧詠來(lái), 王剛鵬, 趙秀英, 張立群 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)