一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料及其制备方法技术

技术编号：40051500 阅读：4 留言：0更新日期：2024-01-16 21:16

本发明专利技术涉及橡胶材料领域，特别涉及一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料及其制备方法，按照重量份计，包括以下组分的原料：橡胶本体80‑100份、酚醛树脂10‑20份、增塑剂8‑15份、橡胶配合剂5‑10份、补强材料5‑40份、偶联剂1‑10份、硫化剂0.5‑1份、促进剂2‑4份、活性剂3‑10份；所述橡胶本体包括丁腈橡胶和溴化丁基橡胶，二者的重量比为1：（0.7‑1）。本发明专利技术的橡胶材料同时具有高阻尼峰值和宽阻尼温域，此外力学性能和稳定性优异，能够满足桥梁支座的长时间使用要求。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及橡胶材料领域，特别涉及一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料及其制备方法。

技术介绍

1、车辆行驶以及地震产生的振动都会对桥梁产生负面的影响，降低桥梁的使用寿命。桥梁支座作为桥梁的重要组成结构，可以吸收振动产生的能量，保证桥梁的结构安全和使用寿命。高阻尼橡胶材料因其性能优异、成本低和环保等特点逐渐成为国内桥梁设计中研究的热点。

2、高阻尼橡胶材料主要有两个特性：较高的损耗因子和适合的弹性模量，在宽温域具有宽频率。目前市面上很多橡胶阻尼材料无法兼顾这两个特性，通常提高损耗因子则会使弹性模量降低，且橡胶阻尼材料只有在玻璃化转变范围内才具备良好的阻尼性能从而导致使用温度受限，而对于桥梁支座来说，在冬季或夏季的使用条件更为苛刻，因此开发一种具有高阻尼峰值、宽阻尼温域的橡胶材料以满足桥梁支座的要求显得尤为必要。

技术实现思路

1、针对上述提到的技术问题，本专利技术提供了一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料及其制备方法，该橡胶材料同时具有高阻尼峰值和宽阻尼温域，此外力学性能和稳定性优异，能够满足桥梁支座的长时间使用要求。

2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：

3、本专利技术一方面提供了，一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，按照重量份计，包括以下组分的原料：橡胶本体80-100份、酚醛树脂10-20份、增塑剂8-15份、橡胶配合剂5-10份、补强材料5-40份、偶联剂1-10份、硫化剂0.5-1份、促进剂2-4份、活性剂3-10份；</p>

4、所述橡胶本体包括丁腈橡胶和溴化丁基橡胶，二者的重量比为1：(0.7-1)。

5、在一些实施方式中，所述丁腈橡胶的丙烯腈质量分数为36-41％。

6、本专利技术对所述丁腈橡胶的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述丁腈橡胶的牌号为日本jsr n220s。

7、在一些实施方式中，所述溴化丁基橡胶在125℃下的门尼粘度为28～36n·m。

8、优选地，所述溴化丁基橡胶的牌号为德国朗盛2030。

9、在一些实施方式中，所述酚醛树脂为辛基酚醛硫化树脂，所述辛基酚醛硫化树脂的羟甲基含量为9-15％。

10、优选地，所述酚醛树脂为辛基酚醛硫化树脂，所述辛基酚醛硫化树脂的羟甲基含量为10-14％。

11、本专利技术的辛基酚醛硫化树脂的型号为hy-2045。

12、丁腈橡胶由于分子链上具有极性基团腈基，分子链之间的相互吸引力可以使分子链在运动过程中受到较大的摩擦阻力而具有较高的阻尼性能，但是纯丁腈橡胶基体的阻尼温域较窄，无法很好地满足桥梁支座的应用要求，申请人在研究中发现采用特性比例的丁腈橡胶和溴化丁基橡胶作为橡胶本体，同时加入一定的羟甲基含量为9-15％的辛基酚醛硫化树脂能够使制备的橡胶材料在具有高阻尼峰值的同时阻尼温域较宽，申请人认为可能的原因在于：一方面丁腈橡胶和溴化丁基橡胶的极性存在差异，无法完全相容而出现微相分离，使阻尼温域明显变宽，但会降低阻尼峰值，本申请进一步通过加入辛基酚醛硫化树脂与溴化丁基橡胶形成交联网络，并且与硫化的丁腈橡胶产生互穿交联结构，增大了分子链之间的摩擦力，保证了该橡胶材料的高阻尼峰值。

13、在一些实施方式中，所述增塑剂为环氧大豆油、环烷油、芳烃油、腰果壳油、石蜡油中的一种或多种。

14、优选地，所述增塑剂为石蜡油。

15、在一些实施方式中，所述橡胶配合剂由以下步骤制备得到：(1)将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸加热溶解，在惰性保护氛围内依次加入强酸阳离子交换树脂和环己烷，升温后在搅拌条件下先加入30-50wt％的月桂甘醇反应2-3h，再加入余量的月桂甘醇反应3-5h，反应完成后调节ph为中性，冷却，萃取，分液干燥后得到受阻酚化合物；(2)将受阻酚化合物、n,n-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯和催化剂在惰性保护氛围内反应，反应完成后得到的固体物质即所述橡胶配合剂。

16、3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸与月桂甘醇的摩尔比为4：1。

17、其中3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸自制的方法如下：将重量比为1.8：1的抗氧剂1010和氢氧化钠加入到等体积比的水和丙酮混合溶液中，在氮气保护氛围下回流反应9h；反应结束，除去剩余的丙酮和此过程中产生的沉淀，将滤液通过二氯甲烷萃取4次，然后采用稀盐酸调节滤液ph为3，在此过程中产生白色沉淀，静置12h，抽滤，水洗沉淀至ph为中性，干燥即得。

18、强酸阳离子交换树脂的加入量为所述月桂甘醇的15wt％；环己烷的加入量为所述月桂甘醇的35wt％；其中强酸阳离子交换树脂为d072苯乙烯系大孔型强酸阳离子交换树脂，购自上海岚景树脂有限公司。

19、步骤(2)中受阻酚化合物、n,n-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯和催化剂之间的重量比为0.95：1：0.008；s2步骤中催化剂为对甲苯磺酸和d072苯乙烯系大孔型强酸阳离子交换树脂，二者的重量比为0.75：1。

20、n,n-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯由以下步骤得到：将0.3mol的丙烯酸甲酯、0.4mol的二乙醇胺置于30ml甲醇中，在惰性气体氛围内进行两段反应，先于28℃下反应0.7h，然后再于45℃下反应5h即得。

21、步骤(1)中萃取的操作具体包括：采用乙酸乙酯以等体积萃取滴定反应液，分液，用蒸馏水反复洗涤4次乙酸乙酯层并分液，直到分液后的蒸馏水的ph为中性，旋蒸去除乙酸乙酯，得到液态物质，干燥后即得到受阻酚化合物。

22、现有技术中通过往橡胶中加入一些受阻酚或受阻胺使其在橡胶内部形成可逆氢键，当橡胶材料受到振动时氢键被破坏后重新形成，在此过程中会将机械能转换为热能而具有阻尼效果，但这些加入的受阻酚或受阻胺为小分子物质，在使用过程中容易迁出而使得阻尼性能无法长期保持，本专利技术通过对受阻酚化合物进行改性，使得到的橡胶配合剂表面的活性基团增加，有利于提高橡胶与受阻酚化合物之间的可逆氢键结合，增加了其在橡胶中的分散性和相容性，解决了传统小分子受阻酚在发挥阻尼作用的过程中容易迁移和抽提的问题，有利于阻尼效果的长效发挥。

23、在一些实施方式中，所述补强材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯、空心玻璃微珠、碳纤维、绢云母粉、滑石粉中的一种或多种。

24、在一些实施方式中，所述补强材料为碳纳米管、碳纤维以及绢云母粉，重量比为1：(1-1.5)：(0.5-0.8)。

25、优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，管径为1-2nm，长度为5-30μm，比表面积为450m2/g。

26、本专利技术对所述单壁碳纳米管的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述单壁碳纳米管购自中科金研(北京)科技有限公司，牌号为cnt100。

27、在一些实施方式中，所述碳纤维为短切纤维，型号为t300，购自威海拓展纤维公司。

28、在一些实施方式中，所述绢云母粉为本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，按照重量份计，包括以下组分的原料：橡胶本体80-100份、酚醛树脂10-20份、增塑剂8-15份、橡胶配合剂5-10份、补强材料5-40份、偶联剂1-10份、硫化剂0.5-1份、促进剂2-4份、活性剂3-10份；

2.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述酚醛树脂为辛基酚醛硫化树脂，所述辛基酚醛硫化树脂的羟甲基含量为9-15%。

3.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述增塑剂为环氧大豆油、环烷油、芳烃油、腰果壳油、石蜡油中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述橡胶配合剂由以下步骤制备得到：（1）将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸加热溶解，在惰性保护氛围内依次加入强酸阳离子交换树脂和环己烷，升温后在搅拌条件下先加入30-50wt%的月桂甘醇反应2-3h，再加入余量的月桂甘醇反应3-5h，反应完成后调节pH为中性，冷却，萃取，分液干燥后得到受阻酚化合物；（2）将受阻

5.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述补强材料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯、空心玻璃微珠、碳纤维、绢云母粉、滑石粉中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述补强材料为碳纳米管、碳纤维以及绢云母粉，重量比为1：（1-1.5）：（0.5-0.8）。

7.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述促进剂包括硫化促进剂DM和/或硫化促进剂CZ。

8.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述活性剂包括硬脂酸和氧化锌，重量比为1：（2-3）。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述S1步骤中混炼的温度为100-120℃，时间为20-30min，所述S2步骤中混炼的温度为105-120℃，时间为10-20min。

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求1所述的一种应用于桥梁支座的高阻尼橡胶材料，其特征在于，所述橡胶配合剂由以下步骤制备得到：（1）将3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸加热溶解，在惰性保护氛围内依次加入强酸阳离子交换树脂和环己烷，升温后在搅拌条件下先加入30-50wt%的月桂甘醇反应2-3h，再加入余量的月桂甘醇反应3-5h，反应完成后调节ph为中性，冷却，萃取，分液干燥后得到受阻酚化合物；（2）将受阻酚化合物、n,n-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯和催化剂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王根会，王伟，
申请(专利权)人：衡水正宏化工橡胶有限公司，
类型：发明
国别省市：

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