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CN109233015B - 一种支座用高性能阻尼材料、制备方法及其橡胶减震支座 - Google Patents

一种支座用高性能阻尼材料、制备方法及其橡胶减震支座 Download PDF

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CN109233015B CN201710555444.5A CN201710555444A CN109233015B CN 109233015 B CN109233015 B CN 109233015B CN 201710555444 A CN201710555444 A CN 201710555444A CN 109233015 B CN109233015 B CN 109233015B
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Abstract

本发明涉及一种支座用高性能阻尼材料及其制备方法，属于橡胶技术领域。本发明的高性能阻尼材料以丁腈橡胶为基体，以有机黏土与受阻酚类抗氧剂、酚醛树脂等为功能添加剂，通过特定的方法制备了具有优异的力学性能与阻尼性能的有机粘土橡胶复合材料，可作为隔震支座中铅芯替换材料使用。本发明还涉及一种橡胶减震支座，以高性能阻尼材料为芯材，以叠层胶为支座，制得的橡胶减震支座可用于桥梁、建筑等领域的隔震支座。

Description

一种支座用高性能阻尼材料、制备方法及其橡胶减震支座
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，更进一步说，涉及一种支座用高性能阻尼材料、制备方法及其橡胶减震支座。
背景技术
地震是具有极强的突发性，难以预测的自然灾害，而且频率高对人类社会的危害极大。中国地处世界上两个最活跃的地震带中间，是世界上地震活动最频繁和受地震灾害影响最严重的国家之一。在地震作用下，建筑物的破坏是导致经济损失和人员伤亡的最直接原因，所以减轻地震灾害的最有效的措施就是提高建筑物的抗震能力。
与传统的刚性抗震技术相比，基于“基础隔震”的橡胶隔震支座的减震效果更为优异。其原理是在建筑物上部结构与地基间设置具有足够安全可靠的隔震系统，来增加结构的变形能力和滞变阻尼，有效地将地震能量隔离或消耗，减小结构地震反应，保护上部结构的安全。近年来，隔震支座作为“基础隔震”的重要元件，已经成为当今世界高抗震、防震要求的重要建筑物、桥梁的首选方案。其主要功能一方面是支承建筑物、桥梁的重量，另一方面是改变结构系统的动力特性，主要是延长建筑物、桥梁的振动周期，从而降低其地震反应。
目前，普通叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座是应用最广泛的两种支座。普通叠层橡胶支座，一般采用天然橡胶制造，天然胶具有高柔性、高弹性、高强度的特点，赋予支座很好的竖向承载能力和水平剪切变形能力。但这种支座的阻尼性能差，需要和阻尼器并用提高阻尼效果。由于阻尼器造价昂贵，限制了该类型支座的应用。铅芯橡胶支座，是在普通叠层橡胶支座中，竖直灌入一个或多个铅棒，从而提高支座的阻尼性能。但铅芯橡胶支座等效水平刚度高，常常超过标准范围，地震发生时，铅芯易发生屈服断裂，自恢能力下降。此外在正常荷载、低周期震动作用下，支座中的铅芯产生疲劳剪切破坏，阻尼性能下降。而且铅芯也会对环境造成严重的污染。
酚醛树脂作为橡胶添加剂，主要有增粘和补强两种作用，由于其分子量小从而提高材料的加工性能，即起到增塑作用。酚醛树脂用作橡胶补强剂时必须加入固化剂，如HMTA、多聚甲醛、三聚甲醛等。对酚醛树脂补强机理的解释有多种，但现在公认的观点是酚醛树脂与固化剂如六亚甲基四胺(HMTA)等交联形成的网络与胶料网络重叠，即酚醛树脂网络与胶料网络形成互穿网络(IPN)，从而达到对橡胶补强的作用。
目前，国内外对于铅芯替换材料的研究相对较少。张立群、郭大通等在CN201610262851(隔震支座用类铅高分子复合材料及其制备方法)的专利中报道的铅芯替换材料，其中酚醛树脂的加入量少，只起到增塑作用，其材料的定伸应力、拉伸强度、硬度以及成品支座的竖向刚度均较低，只能勉强达到标准。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，其一：提供一种新型的橡胶复合材料来代替橡胶隔震支座中的铅金属，该材料具有高硬度，高拉伸强度和高定伸应力，其力学性能接近铅金属的力学性能，同时具有良好的阻尼性能；其二：提供一种新型的支座用叠层胶材料，该材料与其他材料有良好的粘接性，同时具有优异的阻尼性能。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种支座用高性能阻尼材料及其制备方法以及一种橡胶减震支座。
本发明的目的之一是提供一种支座用高性能阻尼材料，由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
Figure BDA0001345612400000021
Figure BDA0001345612400000031
以上所述丁腈橡胶采用现有技术中本领域通常的丁腈橡胶，如采用丙烯腈质量含量为26％的丁腈N240S、丙烯腈质量含量为34％的丁腈N230S或丙烯腈质量含量为41％的丁腈N220S。
所述高性能阻尼材料以所述丁腈橡胶为基体，添加具有纳米片层结构的有机黏土。所述有机黏土经阳离子改性而得，通过改性使蒙脱土层间由亲水性转变为亲油性。
所述改性方法采用现有技术中的常用方法，具体包括如下步骤：将钠基蒙脱土加到去离子水中，搅拌，静置至完全溶胀；另外将插层剂加入到去离子水中溶解得到插层剂溶液；将蒙脱土水溶液加热、保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到蒙脱土水溶液中，反应、冷却、静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤；将得到白色沉淀干燥，既得所述有机黏土。
其中所述插层剂采用现有技术中常用的插层剂，如有机季膦盐、吡啶盐、有机盐酸盐类插层剂等等。
优选的所述有机黏土改性步骤如下：将10.0g钠基蒙脱土加到400ml去离子水中，磁力搅拌1h，静置24h至完全溶胀；另外将4.00g插层剂十八烷基三甲基溴化铵加入到100ml去离子水溶解得到插层剂溶液；将装有蒙脱土水溶液的圆底烧瓶放入到80℃水浴中保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到圆底烧瓶中，35min内滴完，反应5h，冷却静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤数次，直至滤液用质量百分数为1％的AgNO3溶液检测无淡黄色沉淀；所得白色沉淀转入烧杯中，在80℃条件下干燥2h，得到所述有机黏土。
在以上配方中添加具有高阻尼性能的有机小分子-受阻酚类抗氧剂。加入所述受阻酚类抗氧剂后，材料的力学性能大大提高，同时也能将材料的阻尼性能提高一个层次，拓宽材料的阻尼温域。本发明中的受阻酚类抗氧剂可选自现有技术中已有的受阻酚抗氧剂，优选四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(受阻酚AO60)、3，9-双{1，1-二甲基-2[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙烯腈]乙基-2，4，6，8-四氧杂螺环(5，5)-十一烷](受阻酚AO80)、二叔丁基羟基甲苯(受阻酚BHT)、1，3，5-三甲基2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯](KY-1300)中至少的一种，更优选受阻酚AO80。
本发明中的短纤维可选择现有技术中已有的短纤维，优选尼龙66纤维、聚酯短纤维、芳纶短纤维中的至少一种，长度为0.5-13mm，优选为2-8mm。
本发明中的酚醛树脂可采用现有技术已有的酚醛树脂，优选采补强类酚醛树脂。油改性酚醛树脂可以提高与橡胶的相容性，改善在橡胶中的溶解度，同时在开始加料的时候未固化，可以提高材料的加工性能。本发明将酚醛树脂与作为一种必要的添加剂，通过与固化剂的交联作用对材料进行补强，大大提高其力学性能。
在以上配方中添加固化剂，使得酚醛树脂发生固化，对橡胶起到补强作用，以提高材料的物理机械性能。本发明中的固化剂可选择现有技术中已有的固化剂，优选六亚甲基四胺(HMTA)、羟甲基脲(MMU)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸钠和氢氧化镁中的至少一种，更优选HMTA。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的促进剂，优选N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)、N，N’-二苯基胍(促进剂D)、4，4’-二硫代二吗啉(促进剂DTDM)中的至少一种，更优选促进剂CZ。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的硫化剂，优选硫磺。
以上配方中还可以包含有橡胶加工中通常的活性剂，比如通常的活性剂，以通常量加入即可，以丁腈橡胶为100重量份，优选活性剂2.5-11份，更优选5～8份。活性剂优选为氧化锌和硬脂酸中的至少一种；优选用量：以丁腈橡胶为100重量份，氧化锌2-8份、硬脂酸0.5-3份；更优选氧化锌4-6份、硬脂酸1-2份。
本发明的目的之二是提供一种支座用高性能阻尼材料的制备方法，包括按所述用量将所述组分称量后，混炼，硫化制得所述高性能阻尼材料。
本发明高性能阻尼材料制备过程中，原料组分的混合、混炼、硫化工艺可采用现有技术中通常的橡胶加工工艺。所用设备也均是现有技术中橡胶加工中的设备，比如高速搅拌混合机、捏合机、捏炼机、密炼机、开炼机、硫化机等。
具体的工艺步骤包括如下步骤：
将所述丁腈橡胶塑炼，加入所述有机黏土，混炼均匀后热炼，出片，混炼，再依次加入包括酚醛树脂、受阻酚类氧化剂、短纤维、固化剂、硫化剂、促进剂在内的组分使之混炼均匀，最后硫化，得到所述高性能阻尼材料。
优选的包括如下步骤：
将丁腈橡胶在双辊开炼机室温塑炼，然后加入有机黏土，使之混炼均匀之后采用热辊开炼机混炼，混炼温度为80～100℃，使丁腈橡胶在此温度下呈现明显的熔融状态，熔融热炼5～15min，待混炼均匀后出片冷却至室温；再在开炼机上进行混炼，依次包括酚醛树脂、受阻酚类氧化剂、短纤维、固化剂、硫化剂、促进剂、活化剂在内的组分，使之混炼均匀，得到丁腈橡胶混炼胶；最后将该混炼胶在140～160℃和12～18MPa下根据其正硫化时间硫化，得到所述高性能阻尼材料。
本发明目的之三是提供一种橡胶隔震支座，包括芯材与叠层胶两部分，其中，所述支座用高性能阻尼材料用作所述芯材；所述叠层胶用作支座，由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
Figure BDA0001345612400000051
Figure BDA0001345612400000061
所述叠层胶以烟片胶1号为基体。
本发明中的C5/9石油树脂，其软化点为100℃。所用的石油树脂为含有五个碳原子的双烯烃与含九个碳原子的双烯烃共聚而成，与橡胶基体相容性良好，是分子量低于3000的有机小分子。
所述叠层胶用短纤维可选择现有技术中已有的短纤维，长度为1-10mm，短纤维优选尼龙66纤维、聚酯短纤维、芳纶短纤维中的至少一种。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的防老剂，优选N-异丙基-N’-苯基对苯二胺(防老剂4010NA)、2-巯基苯并咪唑(防老剂MB)、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉(防老剂RD)中的至少一种，更优选防老剂4010NA。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的促进剂，优选N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)、N，N’-二苯基胍(促进剂D)、4，4’-二硫代二吗啉(促进剂DTDM)中的至少一种，更优选促进剂CZ。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的硫化剂，优选硫磺。
以上配方中还可以包含有橡胶加工中通常的活性剂，比如通常的活性剂，以通常量加入即可。优选的活性剂可以为氧化锌和硬脂酸中的至少一种；优选用量：以烟片胶1号为100重量份，氧化锌1-6份、硬脂酸1-3份；更优选氧化锌2-4份、硬脂酸1-2份。
以上配方中包含有橡胶加工中通常的炭黑，优选炭黑N220、炭黑N330、炭黑N660中至少的一种，更优选炭黑N660。
以上配方中还可以包含有橡胶加工中通常的增塑剂，比如通常的增塑剂，以通常量加入即可。优选的增塑剂可以为Si69和芳烃油中的至少一种；优选用量：以烟片胶1号为100重量份，Si69 1-8份、芳烃油3-9份，更优选Si69 2-5份、芳烃油4-6份。
所述叠层胶的制备方法包括如下步骤：
将所述烟片胶1号塑炼，依次加入包括活性剂、防老剂、短纤维、C5/9石油树脂、硫化剂、炭黑、增塑剂、促进剂在内的组分使之混炼均匀，最后硫化，得到所述叠层胶。
优选的包括如下步骤：
将烟片胶1号在开炼机上双辊开炼机室温塑炼，并依次加入包括活性剂、防老剂、短纤维、C5/9石油树脂、硫化剂、炭黑、增塑剂、促进剂在内的组分，待混炼均匀后出片冷却至室温，停放8h，待用。将混炼胶裁成规格为295×415×7mm的胶片，然后按照一层钢板一层胶片的顺序依次叠放，钢板厚度4mm，共计9层钢板，10层胶片层，制得胚料。将胚料放入预热好的模具中，模具温度为140℃，在压力15MPa下硫化2个小时，制得叠层胶支座。
将得到的高性能阻尼材料芯材和叠层胶支座组装，得到类铅高分子复合材料芯材的橡胶减震支座。
将橡胶减震支座其底面与顶面(埋置于墩顶和梁底面)的钢垫板埋置密实，垫板与支座间平整密贴。然后将顶板和底板用焊接或锚固螺栓栓接在梁体底面和墩台顶面的预埋钢板上。
本发明的有益效果：
本发明利用熔融插层的方法将有机黏土加入到丁腈橡胶中，同时又加入受阻酚类抗氧剂、酚醛补强树脂与短纤维，制备出一种新型的高分子复合材料，所述高性能阻尼材料与铅金属具有相近的力学性能和阻尼性能。改性有机黏土的加入，使其在小应变下的应力显著提高；酚醛树脂与短纤维的加入，大大提高了材料的力学性能，酚醛树脂与固化剂联用对材料起到补强作用；受阻酚类抗氧剂的加入，拓宽了材料的阻尼温域，进一步提高材料阻尼性能。
在叠层胶中加入石油树脂可以有效提高材料阻尼性能，与其他材料的粘结性能；加入短纤维可以提高材料的强度。
相比与铅芯支座，本发明所得到的橡胶减震支座的综合性能良好，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为带铅芯和类铅高分子复合材料的橡胶支座结构示意图。图中数字标注意义为：1-上连接钢板；2-上封板；3-连接螺栓；4-中间叠层橡胶；5-钢板；6-剪切键；7-铅芯；8-下封板；9-下连接钢板。
图2为实施例4-6中高性能阻尼材料芯材的tanδ-temp图。
图2为实施例4-6中芯棒材料的tanδ-temp图，通过对图2分析得到表6的数据。
具体实施方式
本发明所用原料来源如下：
丁腈橡胶，日本JSR公司生产；
烟片胶1号，海南天然橡胶产业集团股份有限公司生产
受阻酚AO80，日本Asahi Denka公司生产；
酚醛树脂，上海澳通实业有限公司生产；
短纤维，主体成分为间位芳纶，纤维长度2±0.5mm，上海署益新材料有限公司生产；
短纤维，型号为NF66-3，其主体成分为尼龙66，纤维长度3±0.5mm，黑龙江弘宇短纤维新材料股份有限公司生产；
有机黏土，实验室改性，用十八烷基三甲基溴化铵作为插层剂，对钠基蒙脱土进行有机化处理；
十八烷基三甲基溴化铵，南京化学试剂股份有限公司生产；
其它硬脂酸、氧化锌、促进剂、芳烃油、防老剂等橡胶配合剂，盛华橡塑制品有限公司生产。
下面根据本发明支座用高性能阻尼材料制备的配方和工艺，通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1～3
芯材制备工艺：按照表1配方制备支座用高性能阻尼材料。
表1丁腈橡胶配方
配方 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
丁腈橡胶 100份 100 100 100
有机黏土 100 100 100 100
酚醛树脂 20 30 40 15
固化剂HMTA 2 3 4 0
尼龙短纤维 10 15 20 10
受阻酚AO80 40 40 40 40
氧化锌 4 5 6 5
硬脂酸 1 1.5 2 1
硫磺 2 2.5 3 2
促进剂CZ 1 1.6 3 1.6
有机黏土的改性方法包括如下步骤：将10.0g钠基蒙脱土加到400ml去离子水中，磁力搅拌1h，静置24h至完全溶胀；另外将4.00g插层剂十八烷基三甲基溴化铵加入到100ml去离子水溶解得到插层剂溶液；将装有蒙脱土水溶液的圆底烧瓶放入到80℃水浴中保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到圆底烧瓶中，35min内滴完，反应5h，冷却静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤数次，直至滤液用质量百分数为1％的AgNO3溶液检测无淡黄色沉淀；所得白色沉淀转入烧杯中，在80℃条件下干燥2h，得到有机黏土。
支座用高性能阻尼材料制备工艺包括如下步骤：丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂比例为100/100/40/20、100/100/40/30、100/100/40/40，将丁腈橡胶在双辊开炼机室温塑炼，然后加入有机黏土，使之混炼均匀之后采用热辊开炼机混炼，混炼温度为100℃，使其在此温度下呈现明显的熔融状态，熔融热炼10min，待混炼均匀后出片冷却至室温；再在开炼机上进行混炼，依次加入酚醛树脂、受阻酚、短纤维、活性剂、硫化剂、固化剂、促进剂、使之混炼均匀，得到丁腈橡胶混炼胶。最后将该混炼胶在150℃和15MPa下根据其正硫化时间硫化，得到高性能阻尼材料——丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/40/20、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/40/30、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/40/40。(依次记为实施例1/2/3)
分别称取7克实施例1～3得到的丁腈橡胶混炼胶样品在硫化仪上测定焦烧时间T10和正硫化时间T90。将叠层混炼胶在平板硫化机上按150℃×T90进行硫化，硫化压力为15MPa，得到交联的支座用高性能阻尼材料。
支座叠层胶制备工艺：按照如下配方制备叠层胶
Figure BDA0001345612400000101
Figure BDA0001345612400000111
按配方称取烟片胶1号和称取配方助剂，将烟片胶1号在开炼机上双辊开炼机室温塑炼，并依次加入活性剂、防老剂、短纤维、C5/9石油树脂、硫化剂、炭黑、增塑剂、促进剂，待混炼均匀后出片冷却至室温，停放8h，待用。将混炼胶裁成规格为295×415×7mm的胶片，然后按照一层钢板一层胶片的顺序依次叠放，钢板厚度4mm，共计9层钢板，10层胶片层，制得胚料。将胚料放入预热好的模具中，模具温度为145℃，在压力15MPa下硫化2个小时，制得橡胶支座。
将得到的类铅高分子复合材料芯材分别和叠层胶支座组装，得到类铅高分子复合材料芯材减震支座。
对芯材用新型复合材料进行性能测试，所制得高性能阻尼材料性能见表2。
表2实施例1-3支座用高性能阻尼材料及对比例的物理机械性能
Figure BDA0001345612400000112
对类铅高分子复合材料芯材减震支座进行性能测试，所得支座性能见表3。
表3实施例1-3支座及对比例的性能
Figure BDA0001345612400000121
从表2可以看出，实施例1～3采用酚醛树脂与固化剂对材料补强，对比例采用15份酚醛树脂，且没有联用固化剂。采用固化剂的支座用高性能阻尼材料的硬度、小应变下的应力以及拉伸强度均较未加固化剂的材料有明显的提高。
从表3可以看出，采用实施例1～3材料制成的减震支座，由于硬度较高，所以竖向刚度大，而且小应变下的应力显著提高，接近纯铅的定伸应力，增大橡胶支座水平变形时的等效水平刚度，使橡胶支座具有较优异的抗压能力。随着酚醛树脂份数的增加，复合材料中形成更强的交联网络，材料的力学性能更强，所以支座的竖向刚度随之提高。
国标要求成品支座的竖向刚度标准要求为678×(1±30％)KN/mm，等效水平刚度标准要求为1.4×(1±15％)KN/mm，等效阻尼比标准要求为22.3×(1±15％)，由表3可知，橡胶减震支座的各项性能均在标准范围之内，满足桥梁支座性能需求。
实施例4～6
芯材制备工艺：按照表4配方制备支座用高性能阻尼材料。
表4丁腈橡胶配方
配方 实施例4 实施例5 实施例6
丁腈橡胶 100份 100 100
有机黏土 100 100 100
酚醛树脂 30 30 30
固化剂HMTA 2 3 4
尼龙短纤维 10 10 10
受阻酚AO80 20 30 40
氧化锌 5 5 5
硬脂酸 1 1 1
硫磺 2 2 2
促进剂CZ 1.6 1.6 1.6
有机黏土的改性方法包括如下步骤：将10.0g钠基蒙脱土加到400ml去离子水中，磁力搅拌1h，静置24h至完全溶胀；另外将4.00g插层剂十八烷基三甲基溴化铵加入到100ml去离子水溶解得到插层剂溶液；将装有蒙脱土水溶液的圆底烧瓶放入到80℃水浴中保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到圆底烧瓶中，35min内滴完，反应5h，冷却静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤数次，直至滤液用质量百分数为1％的AgNO3溶液检测无淡黄色沉淀；所得白色沉淀转入烧杯中，在80℃条件下干燥2h，得到有机黏土。
支座用高性能阻尼材料制备工艺按照：丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂比例为100/100/20/30、100/100/30/30、100/100/40/30，将丁腈橡胶在双辊开炼机室温塑炼，然后加入有机黏土，使之混炼均匀之后采用热辊开炼机混炼，混炼温度为100℃，使其在此温度下呈现明显的熔融状态，熔融热炼10min，待混炼均匀后出片冷却至室温；再在开炼机上进行混炼，依次加入酚醛树脂、受阻酚、短纤维、活性剂、硫化剂、固化剂、促进剂、使之混炼均匀，得到丁腈橡胶混炼胶。最后将该混炼胶在150℃和15MPa下根据其正硫化时间硫化，得到高性能阻尼材料——丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/20/30、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/30/30、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/40/30。(依次记为实施例4/5/6)
各称取7克实施例4～6得到的丁腈橡胶混炼胶样品在硫化仪上测定焦烧时间T10和正硫化时间T90。将叠层混炼胶在平板硫化机上按150℃×T90进行硫化，硫化压力为15MPa，得到交联的支座用高性能阻尼材料。
支座叠层胶制备工艺：按照如下配方制备叠层胶。
Figure BDA0001345612400000141
按配方称取烟片胶1号和称取配方助剂，将烟片胶1号在开炼机上双辊开炼机室温塑炼，并依次加入活性剂、防老剂、短纤维、C5/9石油树脂、硫化剂、炭黑、增塑剂、促进剂，待混炼均匀后出片冷却至室温，停放8h，待用。将混炼胶裁成规格为295×415×7mm的胶片，然后按照一层钢板一层胶片的顺序依次叠放，钢板厚度4mm，共计9层钢板，10层胶片层，制得胚料。将胚料放入预热好的模具中，模具温度为145℃，在压力15MPa下硫化2个小时，制得橡胶支座。
将得到的类铅高分子复合材料芯材分别和叠层胶支座组装，得到类铅高分子复合材料芯材减震支座。
对芯材用新型复合材料进行性能测试，所制得高性能阻尼材料性能见表5。
表5实施例4-6支座用高性能阻尼材料的物理机械性能
Figure BDA0001345612400000151
对芯材用新型复合材料进行性能测试，所制得高性能阻尼材料性能见表6。
表6实施例4-6支座用高性能阻尼材料的阻尼性能
Figure BDA0001345612400000152
对类铅高分子复合材料芯材减震支座进行性能测试，所得支座性能见表7。
表7实施例4-6支座性能
Figure BDA0001345612400000161
从表5可以看出，支座用高性能阻尼材料硬度较高，制成的橡胶芯材竖向方向会具有较高的竖向刚度，而且在小应变作用下应力显著提高，接近于纯铅的定伸应力，会增大橡胶支座水平变形时的等效水平刚度，使橡胶支座具有较优异的抗压能力。
从表6可以看出，随着受阻酚AO80用量的增加，tanδ峰值增大，材料的阻尼温域增大，温域接近室温，在此范围内tanδ≥0.3，说明在常温区附近，制备的橡胶材料具有优异的阻尼减震、隔震的性能。
从表7可以看出，国标要求成品支座的竖向刚度标准要求为678×(1±30％)KN/mm，等效水平刚度标准要求为1.4×(1±15％)KN/mm，等效阻尼比标准要求为22.3×(1±15％)。支座用高性能阻尼材料各项性能均在标准范围之内，满足桥梁支座性能需求。
实施例7-9
芯材制备工艺：按照表8配方制备支座用高性能阻尼材料。
表8丁腈胶配方
配方 实施例7 实施例8 实施例9
丁腈橡胶 100份 100 100
有机黏土 60 100 150
酚醛树脂 30 30 30
固化剂HMTA 2 3 4
尼龙短纤维 10 10 10
AO80 40 40 40
氧化锌 5 5 5
硬脂酸 1 1 1
硫磺 2 2 2
促进剂CZ 1.6 1.6 1.6
有机黏土的改性方法包括如下步骤：将10.0g钠基蒙脱土加到400ml去离子水中，磁力搅拌1h，静置24h至完全溶胀；另外将4.00g插层剂十八烷基三甲基溴化铵加入到100ml去离子水溶解得到插层剂溶液；将装有蒙脱土水溶液的圆底烧瓶放入到80℃水浴中保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到圆底烧瓶中，35min内滴完，反应5h，冷却静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤数次，直至滤液用质量百分数为1％的AgNO3溶液检测无淡黄色沉淀；所得白色沉淀转入烧杯中，在80℃条件下干燥2h，得到有机黏土。
支座用高性能阻尼材料制备工艺按照：丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂比例为100/60/40/30、100/100/40/30、100/150/40/30，将丁腈橡胶在双辊开炼机室温塑炼，然后加入有机黏土，使之混炼均匀之后采用热辊开炼机混炼，混炼温度为100℃，使其在此温度下呈现明显的熔融状态，熔融热炼10min，待混炼均匀后出片冷却至室温；再在开炼机上进行混炼，依次加入酚醛树脂、受阻酚、短纤维、活性剂、硫化剂、固化剂、促进剂，使之混炼均匀，得到丁腈橡胶混炼胶。最后将该混炼胶在150℃和15MPa下根据其正硫化时间硫化，得到高性能阻尼材料——丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/60/30/40、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/100/30/40、丁腈橡胶/有机黏土/受阻酚AO80/酚醛树脂：100/150/30/40。(依次记为实施例7/8/9)
称取7克丁腈橡胶混炼胶样品在硫化仪上测定焦烧时间T10和正硫化时间T90。将叠层混炼胶在平板硫化机上按150℃×T90进行硫化，硫化压力为15MPa，得到交联的支座用高性能阻尼材料。
叠层胶制备工艺：按照如下配方制备支座叠层胶。
Figure BDA0001345612400000181
按配方称取烟片胶1号和称取配方助剂，将烟片胶1号在开炼机上双辊开炼机室温塑炼，并依次加入活性剂、防老剂、短纤维、石油树脂、硫化剂、炭黑、增塑剂、促进剂，待混炼均匀后出片冷却至室温，停放8h，待用。将混炼胶裁成规格为295×415×7mm的胶片，然后按照一层钢板一层胶片的顺序依次叠放，钢板厚度4mm，共计9层钢板，10层胶片层，制得胚料。将胚料放入预热好的模具中，模具温度为145℃，在压力15MPa下硫化2个小时，制得橡胶支座。
将得到的类铅高分子复合材料芯材分别和支座叠层胶组装，得到类铅高分子复合材料芯材减震支座。
对芯材用新型复合材料进行性能测试，所制得高性能阻尼材料性能见表9。
表9实施例7-9支座用高性能阻尼材料物理机械性能
Figure BDA0001345612400000191
对类铅高分子复合材料芯材减震支座进行性能测试，所得支座性能见表10。
表10实施例7-9支座性能
Figure BDA0001345612400000192
从表9可以看出，支座用高性能阻尼材料硬度较高，制成的橡胶芯材竖向方向会具有较高的竖向刚度，而且在小应变作用下应力显著提高，接近于纯铅的定伸应力，会增大橡胶减震支座水平变形时的等效水平刚度，使橡胶减震支座具有较优异的抗压能力。
从表10可以看出，国标要求成品支座的竖向刚度标准要求为678×(1±30％)KN/mm，等效水平刚度标准要求为1.4×(1±15％)KN/mm，等效阻尼比标准要求为22.3×(1±15％)。制得的橡胶减震支座的各项性能均在标准范围之内，满足桥梁支座性能需求。

Claims (14)

1.一种支座用高性能阻尼材料，其特征在于由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
丁腈橡胶 100份；
有机黏土 60-150份；
酚醛树脂 20-50份；
受阻酚类抗氧剂 10-100份；
短纤维 10-50份；
固化剂 1-10份；
硫化剂 2-5份；
促进剂 1-5份；
其中短纤维长度为0.5-13mm。
2.如权利要求1所述的高性能阻尼材料，其特征在于由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
丁腈橡胶 100份；
有机黏土 80-100份；
酚醛树脂 20-50份；
受阻酚类抗氧剂 10-50份；
短纤维 10-20份；
固化剂 1-5份；
硫化剂 2-3份；
促进剂 1-3份；
其中短纤维长度为 2-8mm。
3.如权利要求1所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述组分中包括以丁腈橡胶为100重量份的2.5-11份活性剂。
4.如权利要求3所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述组分中包括以丁腈橡胶为100重量份的5~8份活性剂。
5.如权利要求3所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述活性剂为氧化锌和硬脂酸中的至少一种，丁腈橡胶为100重量份，氧化锌为2-8份；硬脂酸为0.5-3份。
6.如权利要求5所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
丁腈橡胶为100重量份，氧化锌为4-6份；硬脂酸为1-2份。
7.如权利要求1~6之一所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述受阻酚类抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、3，9-双{1，1-二甲基-2[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯腈]乙基-2，4，6，8-四氧杂螺环(5，5)-十一烷]、二叔丁基羟基甲苯、1，3，5-三甲基 2，4，6-三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯]中的至少一种。
8.如权利要求1~6之一所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述短纤维选自尼龙66纤维、聚酯短纤维、芳纶短纤维中的至少一种。
9.如权利要求1~6之一所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述固化剂选自六亚甲基四胺、羟甲基脲、碳酸丙烯酯、碳酸钠、氢氧化镁中的至少一种。
10.如权利要求1~6之一所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述有机黏土经阳离子改性而得。
11.如权利要求10所述的高性能阻尼材料，其特征在于：
所述有机黏土由包括以下步骤的方法改性而得：
将钠基蒙脱土加到去离子水中，搅拌，静置至完全溶胀；另外将插层剂加入到去离子水中溶解得到插层剂溶液；将蒙脱土水溶液加热、保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到蒙脱土水溶液中，反应、冷却、静置；去除上层清液得到白色沉淀，用去离子水洗涤抽滤；将得到白色沉淀干燥，即得所述有机黏土。
12.一种如权利要求1~11之一所述的高性能阻尼材料的制备方法，其特征在于包括：
将所述组分称量后，混炼，硫化。
13.一种使用如权利要求1~11之一所述的支座用高性能阻尼材料的橡胶减震支座，其特征在于包括芯材与叠层胶，
其中，所述支座用高性能阻尼材料用作所述芯材；
所述叠层胶由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
烟片胶1号 100份；
硫化剂 1-4份；
活性剂 2-9份；
促进剂 1-5份；
防老剂 1-5份；
增塑剂 3-15份；
炭黑 20-80份；
C5/9石油树脂 10-60份；
短纤维 10-60份；
其中，短纤维的长度为1-10mm。
14.如权利要求13所述的橡胶减震支座，其特征在于：
所述叠层胶由包括以下组分的原料制备而得，以重量份计：
烟片胶1号 100份；
硫化剂 1.2-3份；
活性剂 3-6份；
促进剂 1.5-2份；
防老剂 2-3份；
增塑剂 6-12份；
炭黑 40-60份；
C5/9石油树脂 10-30份；
短纤维 10-30份。
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