一種高阻尼性能橡膠材料及制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種高阻尼性能橡膠材料及制備方法，包括如下步驟：預先將滑動環材料進行交聯反應；然后將天然橡膠、環氧天然橡膠、滑動環材料和硫化劑制成混煉膠；靜置，于一定條件下硫化，制得寬溫域高阻尼橡膠材料。本發明以天然橡膠為基體，以滑動環材料為高阻尼相，以環氧天然橡膠為界面相容劑，使制得的高阻尼橡膠材料在具有較好的力學性能的同時大幅度提高其在常溫區的阻尼性能。本發明制得的高阻尼性能橡膠材料尤其適合應用于抗震的隔震橡膠支座。
【專利說明】一種高阻尼性能橡膠材料及制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高阻尼橡膠【技術領域】，尤其涉及一種高阻尼滑動環彈性體/天然橡膠 復合材料及其制備工藝；及其在隔震橡膠支座的橡膠疊層上的應用。
【背景技術】
[0002] 地震是一種突發性，頻率高，難以預測的自然災害，對人類社會的危害極大。全球 平均每年可測到的地震次數超過500萬次，其中6級以上的地震100?200次，7級以上的 地震平均有17次，8級以上的地震平均11次。地震及其引發的次級災害造成建筑物和構筑 物及其內部設施大量倒塌和破壞，使人類的生命財產造成巨大損失。目前，地震預報仍處于 探索階段，即使準確預報了，也仍不能避免地震對工程、設施等的破壞以及完全避免人員的 傷亡和經濟財產的損失。因此，提高建筑物的抗震能力是抵御地震破壞的十分重要的途徑。
[0003] 隔震支座作為"基礎隔震"的重要元件，其主要功能一方面是支承建筑物全部重 量，另一方面是改變結構系統的動力特性，主要是延長建筑物的自振周期，從而有效降低建 筑物的地震反應。隔震支座還要能夠承受基礎與上部結構間預期的相對水平位移，同時又 不能喪失其承載能力。由于橡膠隔震支座減振效果比傳統的剛法減振效果明顯優異，因此 已經成為當今世界高抗震、防震要求的重要建筑物的首選方案。
[0004] 普通隔震疊層橡膠支座的橡膠層選用天然橡膠，由于天然橡膠大分子鏈柔順，變 形時分子間內摩擦小，損耗因子小，嚴重影響了其阻尼效果。因此，天然橡膠材料的支座能 夠增加結構的柔性，減小橋梁建筑的地震反應，但不能很好的衰減地震波，控制結構位移。 鉛芯隔震橡膠支座借助鉛芯的剪切變形來實現吸收耗散振動能量的功能，但該體系的自恢 復能力大大降低，而且隔震頻帶較窄，不能實現對多種頻率的地震波都具有有效的隔震效 果。制備出高阻尼橡膠材料代替現有的天然橡膠，不但能有效提高橡膠支座的綜合防震能 力，并且可以不用鉛芯技術。
[0005] 作為一種新概念高分子材料，滑動環材料的出現成為了交聯高分子材料的研究熱 點。它的出現源自超分子化學領域對聚輪烷的研究。所謂的滑動環材料是指：選擇合適的 交聯劑，將不同聚輪烷上環狀的分子a-CD進行交聯，得到的這種膠體材料呈現出"8"字 交聯的拓撲結構。這種材料最突出的特點是交聯點可以沿著軸分子自由的滑動，由此產生 了滑輪效應（Pulley effect)。因此，當滑動環材料受到外力作用時，交聯點可以沿軸鏈分 子發生滑動直到到達最佳位置，能夠平衡高分子鏈受到的張力，此時所有的聚合物鏈都參 與承擔外力，材料內應力得到松弛，表現出很強的膨脹和拉伸能力，相當于起到了滑輪的作 用。因此，這類材料盡管不產生拉伸結晶，但由于分子鏈容易發生應變取向，且應力易于分 散，拉伸強度并不低，可以達到8個MPa以上。非常重要地，與普通彈性體材料相比，該材料 具有低硬度、低壓縮永久變形（S 1% )特性，且在寬溫域和寬頻率范圍下表現出高阻尼性 能。作為功能改性劑添加到橡膠基體中時，可以大幅度的提高材料的斷裂伸長率。這些特 性對提高隔震支座用橡膠材料的性能可能非常有幫助。
【發明內容】
[0006] 本發明針對以上問題，提出一種高阻尼橡膠復合材料的制備方法，選用具有拉伸 結晶自補強性能的天然橡膠作為橡膠基體相，來支撐隔震支座橡膠的高強度；采用滑動環 材料作為高阻尼相，來提高橡膠材料的高阻尼性能；在配方體系中加入一定份數的環氧天 然橡膠，作為界面相容劑提高天然橡膠基體與滑動環材料之間的相容性。通過以上方法可 以制備出具有高阻尼性能且物理機械性能優良的高阻尼隔震支座橡膠材料。其特征在于： 以質量分數記具體組成為：
[0007] 天然橡膠 95-70重量份 環氧天然橡膠 5-30重量份 滑動環材料 30…50重量份 活化劑 2---4重量份 促進劑 1---3重量份 防老劑 1---3重量份 硫化劑 1---3重量份
[0008] 以上配方中，滑動環材料選用阻尼效果較好的S1000、M1000型號，優選S1000型 號。滑動環材料的交聯反應條件為溫度：150-180°C，反應時間：3-5小時。因為該滑動環材 料與天然橡膠的交聯條件無法達到匹配，所以預先將該滑動環材料在天然橡膠基體外進行 交聯，然后再共混加入橡膠中。通過機械共混的方式，完全可以將滑動環材料以2-3微米級 別的相尺寸大小均勻分散到橡膠基體中。
[0009] 以上配方中，環氧天然橡膠起界面相容劑的作用，改善天然橡膠基體與滑動環材 料之間的界面相容性。本發明中選用環氧天然橡膠的重量份為5?30份，優選質量份為20 份；環氧天然橡膠的環氧度為25%?50%，優選環氧度為35% -40%。
[0010] 本發明的附加技術特征為：滑動環材料在共混進橡膠之前要進行交聯反應，交聯 反應條件為交聯溫度：150-18(TC交聯時間：3-5小時；混煉時首先將基體天然橡膠、界面相 容劑環氧天然橡膠，在雙輥開煉機室溫過輥塑煉，使之混煉均勻；依次加入活化劑、促進劑、 防老劑，薄通后加入已經交聯過的滑動環材料，得到天然橡膠NR、環氧天然橡膠ENR、滑動 環材料的混煉膠；最后加入交聯劑硫磺，薄通后下片，制成未硫化膠片；在無轉子硫化儀中 進行硫化性能測試，確定其正硫化時間T90 ;在平板硫化機中硫化：硫化溫度設定為143°C， 壓力設定為10?15MPa，時間為T90+3分鐘。
[0011] 本發明的有益效果
[0012] 本發明通過選用具有拉伸結晶特性的天然橡膠作為基體，具有高阻尼性能的滑動 環材料作為高阻尼相制備的高阻尼性能橡膠復合材料材料，可以在大于60°C的溫度范圍 內，特別是在0-20°C的常溫區具有>0. 3的阻尼系數，符合高阻尼橡膠材料的界定；其拉伸 強度（未補強）達到12MPa以上，扯斷伸長率達到700%以上，脆性溫度在-40°C以下。該 復合材料的性能達到了國家標準對隔震支座用橡膠材料的物理機械性能的要求，且相對于 純天然橡膠具有較低的定伸應力，說明該復合材料具有低應力大變形的特性，符合隔震支 座的高橫向柔性的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1對比例1和實施例1、2、3所及橡膠材料的阻尼曲線
[0014] 圖2對比例1和實施例4、5、6所及橡膠材料的阻尼曲線
[0015] 圖3對比例1和實施例5、7、8所及橡膠材料的阻尼曲線
[0016] 圖4對比例1和實施例3、9所及橡膠材料的阻尼曲線
【具體實施方式】
[0017] 下面通過實施例對本發明做進一步說明，但本發明不限于這些實施例。還包括本 領域技術人員在本發明公開范圍內，所做出的顯而易見的改變。實施例中所用滑動環材料 為S1000、M1000但不局限于此；環氧天然橡膠的重量份數5-30份，環氧度為35%?50%但 不局限于此。實例中所使用的天然橡膠為煙片膠，所使用的環氧化天然橡膠由中國熱帶農 業科學院農產品加工研究所提供，所使用的滑動環材料由天津微瑞超分子科技有限公司提 供。
[0018] 對比例1為純天然橡膠空白對照樣；實施例1、2、3為天然橡膠/環氧天然橡膠 (35% )為95/5重量份下，滑動環材料S100030/40/50重量份的變量；實施例4、5、6為滑動 環材料S100040重量份下，天然橡膠/環氧天然橡膠（35% )為90/10、80/20、70/30重量份 的變量；實施例5、7、8為滑動環材料S1000 40重量份，天然橡膠/環氧天然橡膠為80/20 重量份下，環氧天然橡膠環氧度35%、40%、50(%的變量 ；實施例3、9為天然橡膠/環氧天 然橡膠（35% )為95/5重量份，滑動環材料40重量份下，S1000和M1000型號的變量；
[0019] 對比例1
[0020] 在30°C，將天然橡膠100g在開煉機上塑煉1分鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧 化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑N-環已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺（簡稱：促CZ) 0. 5g，促 進劑2、2'_二硫代二苯并噻唑（簡稱：促DM)0.5g，促進劑四甲基秋蘭姆二硫化物（簡稱： 促TMTD) 0. 2g，防老劑N-異丙基-Ν' -苯基對苯二胺（簡稱：防4010NA)，交聯劑硫磺1. 5g 混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度143°C下，在平板硫化機上硫化5分鐘，即 可制得天然橡膠膠片。
[0021] 實施例1
[0022] 在30°C，將天然橡膠95g、環氧天然橡膠（環氧度35% )5g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100030g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0023] 實施例2
[0024] 在30°C，將天然橡膠95g、環氧天然橡膠（環氧度35% )5g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。 [0025] 實施例3
[0026] 在30°C，將天然橡膠95g、環氧天然橡膠（環氧度35% )5g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100050g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化7分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0027] 實施例4
[0028] 在30°C，將天然橡膠90g、環氧天然橡膠（環氧度35% ) 10g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0029] 實施例5
[0030] 在30°C，將天然橡膠80g、環氧天然橡膠（環氧度35% )20g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0031] 實施例6
[0032] 在30°C，將天然橡膠70g、環氧天然橡膠（環氧度35% )30g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0033] 實施例7
[0034] 在30°C，將天然橡膠70g、環氧天然橡膠（環氧度40% )20g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0035] 實施例8
[0036] 在30°C，將天然橡膠70g、環氧天然橡膠（環氧度50% )20g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DM0. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料S100040g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化6. 5分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0037] 實施例9
[0038] 在30°C，將天然橡膠95g、環氧天然橡膠（環氧度35% )5g在開煉機上塑煉1分 鐘，然后包輥；依次加入活化劑氧化鋅3g，活化劑硬脂酸lg，促進劑CZO. 5g，促進劑DMO. 5g， 促進劑TMTDO. 2g，防老劑4010NA2g ;薄通后加入于175°C下交聯反應3小時的滑動環材 料M100050g，最后加入交聯劑硫磺1. 5g混煉均勻，制備成混煉膠；靜置8小時后，于溫度 143°C下，在平板硫化機上硫化7分鐘，即可制得高阻尼滑動環/天然橡膠復合材料。
[0039] 表1 :對比例1和實施例1、2、3所及橡膠材料性能表
[0040]
【權利要求】
1. 一種高阻尼性能橡膠材料，其特征在于：以質量份數計，具體組成如下： 天然橡膠 95…70重量份 環氧天然橡膠 5…30重量份 滑動環材料 30--50重量份 活化劑 2-4重量份。 促進劑 1 一3重量份 防老劑 1---3重量份 硫化劑 1---3重量份；
2. 根據權利要求1所述的一種高阻尼性能橡膠材料，其特征在于：滑動環材料選用 S1000或M1000型號；滑動環材料的份數為40份。
3. 根據權利要求1所述的一種高阻尼性能橡膠材料，其特征在于：環氧天然橡膠的份 數為20重量份；環氧天然橡膠的環氧度為25% -50%。
4. 制備如權利要求1所述的一種高阻尼性能橡膠材料的方法，其特征在于，制備 工藝如下：滑動環材料在共混進橡膠之前要進行交聯反應，交聯反應條件為交聯溫度 ： 150-180°C交聯時間：3-5小時；然后將基體天然橡膠、界面相容劑環氧天然橡膠，在雙輥開 煉機室溫過輥塑煉，使之混煉均勻；依次加入活化劑、促進劑、防老劑，薄通后加入交聯反應 過的滑動環材料，得到天然橡膠NR、環氧天然橡膠ENR何滑動環材料的混煉膠；最后加入硫 化劑，薄通后下片，制成未硫化膠片。
5. 根據權利要求書1所述的一種高阻尼性能橡膠材料的應用，其特征在于：該材料應 用在隔震橡膠支座橡膠疊層。
【文檔編號】C08L7/00GK104151636SQ201410378563
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月3日 優先權日:2014年8月3日
【發明者】王文才, 趙德濤, 趙秀英, 張立群, 楊靜娜 申請人:北京化工大學