寬溫域高阻尼橡膠支座及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高阻尼橡膠支座技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種玻璃化轉(zhuǎn)變溫域?qū)?、最大?尼比溫度和阻尼比高的寬溫域高阻尼橡膠支座及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 高阻尼橡膠支座被廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑物減隔震領(lǐng)域，在地震中耗散或吸收地 震波產(chǎn)生的能量，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，減緩地震對建筑物的破壞，保護(hù)生命財產(chǎn)安全。
[0003] 高阻尼橡膠支座使用的膠種以天然橡膠為主。眾所周知，高分子材料在玻璃化轉(zhuǎn) 變溫度（Tg)附近具有較大的阻尼。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度附近鏈段能充分運動但又跟不上所 以滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，阻尼效果好，在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)將出現(xiàn)一個內(nèi)耗的極大值。此時聚合物具 有足夠高的損耗因子能夠大量吸收振動能量，當(dāng)振動或噪音由基體傳遞到高分子材料時， 機(jī)械振動被轉(zhuǎn)化為大分子鏈或鏈段的運動，通過分子間的內(nèi)摩擦把力學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，起 到阻尼效果。一般，玻璃化轉(zhuǎn)變溫域愈大、溫域值與環(huán)境愈符合，其阻尼效果愈好。并且，玻 璃化轉(zhuǎn)變的寬度決定了聚合物的有效阻尼范圍。而橡膠類阻尼材料的玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)大部分 是室溫以下的低溫區(qū)，往往很窄，一般在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度范圍20-30°C，橡膠的阻尼效果常 常因此受到限制。
[0004] 工程應(yīng)用中，高阻尼橡膠支座中雖然會配以丁苯、順丁、氯丁等二烯烴類橡膠以及 不參與交聯(lián)反應(yīng)的石油樹脂達(dá)到提高阻尼比的效果，但是其最大阻尼比溫度仍然處于零度 以下，使其無法在室溫下處于最佳的使用狀態(tài)，因此需要拓寬高阻尼橡膠支座的玻璃化溫 度區(qū)，拓寬阻尼溫度，使其在寬溫寬頻范圍內(nèi)具有較高的阻尼功能，充分發(fā)揮橡膠的高阻尼 性能，擴(kuò)大在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題就是提供一種橡膠基體玻璃化轉(zhuǎn)變溫域?qū)?、最?阻尼比溫度和阻尼比高的寬溫域高阻尼橡膠支座。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：寬溫域高阻尼橡膠支座，包括加 勁鋼板、膠粘劑和橡膠基體，橡膠基體包括下列重量份的組分： 天然橡膠 70- 90重量份 丁苯橡I父 1〇一 30重量份 高苯乙烯樹脂 10 - 60重量份 活性劑 4一10重量份 超耐磨炭黑 50- 80重量份 硅土 5 - 20重量份 超細(xì)伊蒙粘土粉體 10-30重量份 沉降碳酸1丐 15 - 30重量份 機(jī)油 10-30重量份 硫化劑 I. 5 - 2. 5重量份 促進(jìn)劑 1.4一3. 5重量份。
[0007] 其附加技術(shù)特征為： 所述的高苯乙烯樹脂的苯乙烯含量為75-85%，玻璃化溫度Tg在80- 100°C，高苯乙烯 樹脂與丁苯橡膠的用量比為1:1 一 2:1 ; 所述的超耐磨炭黑的CTAB法表面積115-125m2/g，DBP吸收值1. 10-1. 25cm3/g ; 所述的硅土為一種粒狀石英和片狀高嶺土的天然結(jié)合礦物，石英與高嶺土的重量比值 2. 5:1-2. 8:1，表觀密度 0· 25 - 0· 35 g/cm3,比表面積 5-15m2/g，吸油值 30-50g/100g ; 所述的超細(xì)伊蒙粘土粉體是由鈦酸酯偶聯(lián)劑或硅氧烷偶聯(lián)劑改性的，其粒徑為〇. 5- 5um ； 所述的沉降碳酸鈣的PH值為8. 0 -10. 0,沉降體積彡2. 6ml/g，45um篩余物％彡0. 40， 125 um篩余物％彡0· 010 ; 所述的硫化劑為硫磺，硫磺用量為〇. 5 - 1. 5重量份； 所述的促進(jìn)劑為二硫化苯并噻唑和N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的混合物，二硫化 苯并噻唑的用量為0. 6-一1. 5重量份，N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的用量為0. 8-一 2. 0重量份； 所述的活性劑為氧化鋅和硬脂酸的混合物，氧化鋅用量為3- 7重量份，硬脂酸用量為 1一 3重量份。
[0008] 本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題就是提供一種寬溫域高阻尼橡膠支座的制備工 -H- 〇
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為，寬溫域高阻尼橡膠支座的制備 工藝包括下述步驟： 第一步混煉 將70- 90重量份天然橡膠在密煉機(jī)中混煉30- 60s，依次投入3- 7重量份氧化鋅、 1一 3重量份硬脂酸、50- 80重量份炭黑和10 - 30重量份機(jī)油，待溫度升至80- 100°C，投 入10-30重量份丁苯橡膠、10-60重量份尚苯乙稀樹脂、10-30重量份伊蒙混層粘土、5- 20重量份硅土和15 - 30重量份沉降碳酸鈣，待溫度升至140- 160°C排膠； 室溫下靜置8 -16h后，在密煉機(jī)中加入1. 5 -2. 5重量份硫化劑和1. 4一3. 5重量份 促進(jìn)劑，混合均勻后得到混煉膠； 第二步硫化 加勁鋼板上預(yù)先涂滿膠粘劑，加勁鋼板和橡膠基體疊層放置，在平板硫化機(jī)上加壓熱 硫化。硫化溫度為140- 150°C，硫化壓力8 - lOMPa，硫化時間為4一 12小時。
[0010] 本發(fā)明所提供的寬溫域高阻尼橡膠支座具有以下性能特點： (1)高苯乙烯樹脂代替?zhèn)鹘y(tǒng)高阻尼支座中使用的石油樹脂，提高玻璃化溫度區(qū)域，拓寬 阻尼溫度。
[0011] 天然橡膠在常溫下處于彈性態(tài)，高苯乙烯樹脂則處于玻璃態(tài)，利用橡膠與樹脂的 玻璃化溫度相差大的特點，高苯乙烯樹脂與天然橡膠適量混合，可顯著度提高玻璃化溫度 區(qū)域，拓寬阻尼溫度。并且高苯乙烯樹脂大分子鏈中含有雙鍵，與天然橡膠和丁苯橡膠在硫 化過程中實現(xiàn)共同硫化，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成可進(jìn)一步能夠提高橡膠材料的玻璃化溫度區(qū) 域。
[0012] (2)高苯乙烯樹脂和丁苯橡膠配合使用，提高高阻尼支座的阻尼比，平衡支座的剪 切模量和彈性模量 天然橡膠的阻尼比低，只有2%左右。高苯乙烯樹脂和丁苯橡膠的大分子上含有苯環(huán)， 苯環(huán)阻礙分子鏈運動，可顯著提高橡膠基體的阻尼性能。
[0013] 剪切模量代表高阻尼支座的水平變形能力，剪切模量大代表水平變形能力弱，剪 切模量小則代表水平變形能力強(qiáng)；彈性模量代表高阻尼支座的豎向承載能力，彈性模量大 代表豎向承載能力強(qiáng)，彈性模量小代表豎向承載能力弱。高阻尼支座中常用的石油樹脂具 有增加阻尼比、降低支座剪切模量的作用。但高苯乙烯樹脂的使用會顯著提高支座的彈性 模量和剪切模量，而試驗發(fā)現(xiàn)添加丁苯橡膠的高阻尼支座的剪切模量和彈性模量都比較 低，通過高苯乙烯樹脂和丁苯橡膠的配合使用，可提高阻尼比，平衡高阻尼支座的剪切模量 和彈性模量。
[0014] (3)合理配合無機(jī)填料類型和用量，進(jìn)一步提高高阻尼支座的阻尼比，調(diào)整其剪切 模量和彈性模量 通過合理配合無機(jī)填料類型和用量，可以進(jìn)一步提高高阻尼橡膠支座阻尼比，平衡支 座剪切模量和彈性模量。
[0015] 其中⑴硅土為一種粒狀石英和片狀高嶺土的天然結(jié)合礦物，兩種不同形狀的礦物 天然結(jié)合形成了一種松散的粒片疊層鑲嵌結(jié)構(gòu)，松散的粒片混合結(jié)構(gòu)不會被一般的物理和 機(jī)械方式分離，賦予橡膠優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性能和抗壓縮變形性。與其他無機(jī)填料相比，其粒片混 合結(jié)構(gòu)賦予橡膠低彈性模量、高剪切模量、高阻尼比的性能特點。等量代替高阻尼橡膠中常 用的超高耐磨碳黑制備的高阻尼橡膠的彈性模量、剪切模量和等效阻尼比是原配方制備的 橡膠性能的〇. 75倍、0. 84倍和1. 4倍。⑵超細(xì)伊蒙粘土粉體具有復(fù)雜的混層結(jié)構(gòu)和多變的 礦物成分比例，它特殊的結(jié)構(gòu)賦予橡膠低彈性模量、低剪切模量、高阻尼比的性能特點。等 量代替高阻尼橡膠中常用的超高耐磨碳黑制備的高阻尼橡膠的彈性模量、剪切模量和等效 阻尼比是原配方制備的橡膠性能的0. 79倍、0. 55倍和1. 4倍。⑶沉降碳酸鈣一般只用來降 低生產(chǎn)成本，但是通過大量的試驗數(shù)據(jù)表明沉降碳酸鈣具有比較好的阻尼比，等量代替高 阻尼橡膠中常用的超高耐磨碳黑制備的高阻尼橡膠的彈性模量、剪切模量和等效阻尼比是 原配方制備的橡膠性能的0. 7倍、0. 8倍和1. 2倍。
[0016] 調(diào)整橡膠基體中各組分用量，配以適宜的混煉工藝，可以賦予寬溫域高阻尼橡膠 支座優(yōu)良的阻尼性能、水平變形能力和豎向承載能力，使其剪切模量和彈性模量滿足工程 使用要求。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明寬溫域高阻尼橡膠支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面通過具體實施例對本發(fā)明高阻尼橡膠支座及其制備工藝作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明高阻尼橡膠支座包括支座本體1，支座本體1由橡膠基體2和 加勁鋼板3構(gòu)成，加勁鋼板3和橡膠基體2疊層放置。
[0020] 實施例1 本發(fā)明寬溫域高阻尼橡膠支座的制備工藝包括下述步驟： 第一步混煉 將70重量份天然橡膠在密煉機(jī)中混煉30s，依次投入4重量份活性劑、50重量份炭黑 和10重量份機(jī)油，待溫度升至80°C，投入30重量份丁苯橡膠、60重量份高苯乙烯樹脂、30 重量份伊蒙混層粘土、5重量份硅土和15重量份沉降碳酸鈣，待溫度升至160°C排膠； 室溫下靜置8h后，在密煉機(jī)中加入2. 5重量份硫化劑和1. 4重量份促進(jìn)劑，混合均勻 后得到混煉膠； 第二步硫化 加勁鋼板3上預(yù)先涂滿膠粘劑，加勁鋼板3和橡膠基體2疊層放置，在平板硫化機(jī)上加 壓熱硫化而成。硫化溫度為140°C，硫化壓力lOMPa，硫化時間為12小時。
[0021] 實施例2 本發(fā)明寬溫域高阻尼