一種新型復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗震減震摩擦阻尼器的關(guān)鍵部件及其制造方法，尤其是一種新型 復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震是一種危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全、破壞性、危害性極大的突發(fā)性自然災(zāi)害，地震 中建筑物、構(gòu)筑物的破壞和倒塌是造成災(zāi)害和損失的根本原因。地震不僅能夠引起建筑物 倒塌、交通和通訊中斷，還可能產(chǎn)生火災(zāi)、海嘯、泥石流、滑坡等重大次生危害，造成大量的 人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如2004年12月26日在印尼蘇門(mén)答臘島附近的海域發(fā)生里 氏7. 9級(jí)強(qiáng)烈地震，并引發(fā)了海嘯，造成20多萬(wàn)人失蹤和死亡。我國(guó)青海省玉樹(shù)縣等地的 地震，也造成大量人員和財(cái)產(chǎn)的損失。
[0003] 隨著各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技、生活水平的不斷提高，人們對(duì)于地震的防御意識(shí)也 在不斷的增強(qiáng)。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法已不能滿足結(jié)構(gòu)抵抗地震的要求。近年來(lái)，各國(guó)學(xué) 者對(duì)結(jié)構(gòu)減震、隔震技術(shù)及相關(guān)的理論和方法進(jìn)行了大量的研宄，取得了一些顯著的成績(jī)。 結(jié)構(gòu)減震控制技術(shù)作為能抵御地震作用的一種有效方法，得到了較快的發(fā)展和應(yīng)用，已成 為比較成熟的技術(shù)。特別是以增大結(jié)構(gòu)阻尼為主的被動(dòng)消能減震理論與技術(shù)已日趨成熟， 并已能成功地應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)控制中。
[0004] 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震方法是通過(guò)增強(qiáng)工程結(jié)構(gòu)本身的抗震性能（通過(guò)加大構(gòu)件截面 來(lái)提高結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性）來(lái)抵御地震作用，這種方法雖然在一定程度上能起到 抵抗地震的效果，但增加結(jié)構(gòu)剛度意味著也增大了結(jié)構(gòu)在地震動(dòng)作用下的響應(yīng)，同時(shí)也增 加了工程結(jié)構(gòu)本身的重量和建筑物的造價(jià)，并且由于人們還不能預(yù)先準(zhǔn)確估計(jì)未來(lái)將發(fā)生 的地震的強(qiáng)度和特性，故其設(shè)計(jì)參數(shù)很有可能不能滿足工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的要求，而使 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞和倒塌，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。合理有效的抗震方法就是在工程結(jié)構(gòu)上 安裝耗能減震裝置（阻尼器），由減震裝置和主體結(jié)構(gòu)本身共同承受地震作用，共同耗散地 震輸入到工程結(jié)構(gòu)中的能量，以緩解和減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。
[0005] 摩擦阻尼器由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗能能力強(qiáng)、不受荷載頻率影響等特點(diǎn)，近幾年在 建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。摩擦阻尼器一般采用的是兩個(gè)接觸體相互形成接觸表面， 并在接觸面上相對(duì)滑動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能。符合經(jīng)典庫(kù)侖特性摩擦理論的摩擦型阻尼 器具有剛塑性的力學(xué)性能，極高的初始剛度，能保證結(jié)構(gòu)在小震作用和風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu) 的變形限值。摩擦耗能結(jié)構(gòu)在正常的使用荷載作用下，摩擦耗能支撐僅為結(jié)構(gòu)提供足夠的 附加剛度，而摩擦耗能器并不產(chǎn)生滑移；在強(qiáng)震作用下摩擦耗能器就將產(chǎn)生滑移為結(jié)構(gòu)提 供附加阻尼，并利用摩擦做功來(lái)耗散能量。摩擦阻尼器可以為結(jié)構(gòu)提供較大的附加阻尼和 附加剛度，具有較好的庫(kù)侖特性即良好的耗能能力，而且荷載大小、加載頻率及加載循環(huán)次 數(shù)對(duì)其耗能性能的影響較小。摩擦阻尼器還具有阻尼力大、性能穩(wěn)定、構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉 及便于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中得到了大量的推廣使用。
[0006] 這些不同類型的摩擦阻尼器都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是在工程結(jié)構(gòu)中都必須使用 摩阻材料，這類摩阻材料是用高分子材料制成，具有很大的變形能力摩擦和阻尼力，在風(fēng)力 和地震力的作用下，樓房振動(dòng)產(chǎn)生位移，摩擦阻尼器隨之變形，同時(shí)產(chǎn)生反向的阻力將建筑 "拉回來(lái)"，又減小了振動(dòng)；這種方法既保證了工程結(jié)構(gòu)的安全，又使人感到舒適。以前這類 高檔摩阻材料基本依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，而國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品無(wú)法滿足摩擦阻尼器的性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服上述【背景技術(shù)】的不足，提供一種用于減震摩擦阻尼器的新型 復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料，該摩阻材料應(yīng)當(dāng)具有阻尼力大的特點(diǎn)，并能滿足耐高溫、耐磨 損、耐腐蝕以及環(huán)保、低噪音的要求。
[0008] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種新型復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料的制備方法，該 方法應(yīng)具有工藝簡(jiǎn)單、制作方便以及成本較低的特點(diǎn)。
[0009] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：新型復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料，該摩阻材料中包含 的原料及重量份為：
[0010] 聚砜改性酚醛樹(shù)脂10?18份，經(jīng)表面處理的POB纖維10?19份，經(jīng)表面處理的 碳纖維5?10份，經(jīng)表面處理的碳化娃纖維10?16份，芳纟侖耐磨顆粒5?12份，沉淀硫酸 鋇10?22份，瀝青粉1?6份，二硫化鉬3?8份，氧化鋁0. 5?3份，硫化銅3?9份， 粉末丁腈橡膠2?8份，硬脂酸鋅0. 5?1份，石油焦炭2?6份，人造石墨8?15份，多 孔硅酸鈣顆粒5?8,硫化錳4?12份，高溫潤(rùn)滑穩(wěn)定劑（全芳香聚酰亞胺）3?10份。
[0011] 新型復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料中包含的原料及重量份為：聚砜改性酚醛樹(shù)脂 10?13份，經(jīng)表面處理的POB纖維12?14份，經(jīng)表面處理的碳纖維5?6份，經(jīng)表面處理 的碳化娃纖維10?12份，芳纟侖耐磨顆粒5?6份，沉淀硫酸鋇10?12份，瀝青粉3?4. 5 份，二硫化鉬3?5份，氧化鋁0. 1?1份，硫化銅3?4. 5份，粉末丁腈橡膠2?3份，硬 脂酸鋅0. 5?1份，石油焦炭3?3. 5份，人造石墨8?8. 5份，多孔硅酸鈣顆粒5?6. 5 份，硫化猛5?6. 5份，高溫潤(rùn)滑穩(wěn)定劑（全芳香聚酰亞胺）3. 5?4. 5份。
[0012] 所述經(jīng)表面處理的PBO纖維，是將PBO纖維投入高錳酸鉀溶液中，浸漬110?120 分鐘后取出洗凈，在70°C真空烘箱內(nèi)干燥60分鐘即可；纖維的直徑15?20um，長(zhǎng)度3? 6_ ;所述高錳酸鉀溶液含有質(zhì)量百分比分別為50%的硫酸和1 %的氧化劑，其余為高錳酸 鉀；所述氧化劑為二氧化錳。
[0013] 所述經(jīng)表面處理的碳纖維，是先將碳纖維投入磷酸氫二銨溶液中，浸漬20?30分 鐘后，在將碳纖維加熱到220°C?260°C，保溫4?6分鐘，再經(jīng)40?60°C的清水洗滌后，在 150°C?160°C的溫度下烘干即可；纖維長(zhǎng)度6?8mm，纖維直徑25?35um;所述磷酸氫二 銨溶液含3 %質(zhì)量比例的磷酸氫二銨，其余是水。
[0014] 所述經(jīng)表面處理的碳化硅纖維，是將碳化硅纖維投入Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶 聯(lián)劑溶液中，浸漬45?50分鐘后取出，在50°C真空烘箱內(nèi)干燥60?70分鐘即可；纖維長(zhǎng) 度4?5mm,纖維的直徑25?35um;
[0015] 所述Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑溶液中，含30%質(zhì)量比的Y-氨丙基三乙氧 基硅烷偶聯(lián)劑，其余是水。
[0016] 所述聚砜改性酚醛樹(shù)脂、沉淀硫酸鋇、二硫化鉬、氧化鋁、硫化銅、粉末丁腈橡膠、 硬脂酸鋅、硫化錳、丁腈橡膠粉、高溫潤(rùn)滑穩(wěn)定劑（全芳香聚酰亞胺）的粒度均多350目。
[0017] 所述芳纟侖耐磨顆粒、瀝青粉、多孔娃酸媽顆粒、石油焦炭、人造石墨的粒度均為 40?60目。
[0018] 上述新型復(fù)合纖維增強(qiáng)減震摩阻材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0019] 1)按配方稱取各種原料備用；
[0020] 2)先將除經(jīng)表面處理的POB纖維、經(jīng)表面處理的碳纖維、經(jīng)表面處理的碳化硅纖 維外的其它原料投入高速混料機(jī)內(nèi)，混拌6?7分鐘；接著投入經(jīng)表面處理的POB纖維、經(jīng) 表面處理的碳纖維、經(jīng)表面處理的碳化硅纖維，混拌3?5分鐘后，再加入作為高溫潤(rùn)滑穩(wěn) 定劑的全芳香聚酰亞胺，混拌1?2分鐘后取出混合物；
[0021] 3)模壓成型：將混合物投入到模具型腔中一次性熱壓模塑成型，其熱壓溫度為 185°C±10°C，熱壓壓力為50Mpa±0. 5Mpa;熱壓固化時(shí)間為20-22分鐘，熱壓固化初始階段 3分鐘內(nèi)，每20秒鐘開(kāi)模放氣一次，共放氣3次，之后在保壓固化到規(guī)定時(shí)間；
[0022] 4)熱固化：先在138-145 °C時(shí)保溫2. 5±0.1小時(shí)；接著在0.5小時(shí)內(nèi)升溫至 150-160°C保溫2±0. 2小時(shí)；又在0. 5小時(shí)內(nèi)升溫至170-180°C保溫4±0. 2小時(shí)；又在1 小時(shí)內(nèi)升溫至195-2KTC保溫6±0.2小時(shí)，然后自然冷卻到室溫，再直接升溫到170-180°C 保溫2±0. 2小時(shí)；
[0023] 所述步驟3)模壓成型時(shí)，需預(yù)先在預(yù)熱過(guò)的模具型腔內(nèi)涂脫模劑。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：該摩阻材料具有耐高溫、耐磨損、低噪音以及摩擦制動(dòng)力矩 穩(wěn)定、阻尼力大、環(huán)保等特點(diǎn)；經(jīng)測(cè)試：在350°C時(shí)摩擦系數(shù)仍高于同類產(chǎn)品20%，而磨損率 (KTcmVN?!!!)則為同類產(chǎn)品19. 25%;而且，所有原材料均可外購(gòu)獲得，不但符合環(huán)保要求， 而且制造簡(jiǎn)便，成本較低，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 本發(fā)明中的芳綸耐磨顆粒表面包裹了一層由液體丁苯橡膠和氫化丁腈乳膠復(fù)合 物，芳綸耐磨顆粒內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，具有一定的壓縮回彈性，壓縮率多35%，可明顯提高摩阻 材料的耐磨、耐高溫和噪音性能。該芳綸耐磨顆?？芍苯油赓?gòu)獲得或按以下方法自制：
[0026] 芳綸耐磨顆粒包含的原料及重量份為：芳綸漿柏纖維40?60份，芳綸短切纖維 15?30份，液體丁腈橡膠8?20份，液體丁苯橡膠10?16份，溶劑型腰果殼油液體樹(shù)脂 6?15份；
[0027] 所述的芳綸漿柏纖維是在偶聯(lián)劑溶液中浸漬30?35分鐘，纖維直徑15um，長(zhǎng)度 5?8mm;所述的芳綸短切纖維是在偶聯(lián)劑溶液中浸漬30?35分鐘，長(zhǎng)度5?8mm，直徑根 據(jù)需要選擇。
[0028] 所述偶聯(lián)劑溶液中，鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑含量為20?30%，其余為水；
[0029] 芳綸耐磨顆粒的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：
[0030] (1)纖維偶聯(lián)劑處理：先將芳綸漿柏纖維和芳綸短切纖維放入偶聯(lián)劑溶液中浸漬 30?35分鐘后取出晾干；
[0031] (2)預(yù)處理：將處理過(guò)的芳綸漿柏纖維和芳綸短切纖維，投入高速混料機(jī)內(nèi)，混合 4?5分鐘，然后從高速混料機(jī)內(nèi)取出得到預(yù)處理料備用；
[0032] (3)先將步驟⑴處理過(guò)的芳綸漿柏纖維和芳綸短切纖維投入到液體丁腈橡膠中 打漿，打漿濃度為3?5%，打漿度為35?45°SR;接著加入濃度為0. 05?0. 08的聚環(huán) 氧乙烯溶液12份，用疏解機(jī)疏解均勻形成物料分散均勻的漿料；
[0033] (4)將步驟（3)制得的漿料在90?100°C烘箱內(nèi)烘干，將烘干后的漿料投入到溶 劑型腰果殼油液體樹(shù)脂中浸漬20?35分鐘，膠含量控制在6-15份。
[0034] (5)將步驟⑷制得的漿料投入捏煉機(jī)中，并同時(shí)加入10?16份液體丁苯橡膠， 捏煉溫度控制在30?40°C，捏煉時(shí)間在6?7分鐘。
[0035] (6)將步驟（5)制得的混合料投入脫氣輪造粒機(jī)中進(jìn)行造粒，所述的顆粒為球狀 或圓柱狀粒度在40?60目之間，內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)