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

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种支座用高性能阻尼材料、制备方法及其橡胶减震支座
本专利技术涉及橡胶
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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：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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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、捏合机本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：

【技术特征摘要】
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：其中短纤维长度为0.5-13mm，优选为2-8mm。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：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，优选5～8份；所述活性剂优选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，优选4-6份；硬脂酸为0.5-3份，优选1-2份。4.如权利要求1～3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。5.如权利要求1～3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、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秀英，岳耀，张立群，伍社毛，张志，杨海波，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11