CN101759938A - 一种低频振动高耗能粘弹性材料 - Google Patents

Abstract

本发明的低频振动高耗能粘弹性材料是一种用于土木建筑结构、高压输电系统、机械、车辆减震(振)工程中的低频振动高耗能粘弹性材料。该粘弹性材料由主体橡胶、补强体系、硫化体系、防老体系混炼而成；本发明的低频振动高耗能粘弹性材料经试验，在频率为0.1～10Hz，温度为-20℃～50℃的使用环境下，具有很好的耗能特性和防老化性能，损耗因子处于0.5～1.0，性能在该温频范围内变化缓慢于高频振动的替代材料，耐久性年限达到80年。

Description

一种低频振动高耗能粘弹性材料

技术领域

本发明是一种用于土木建筑结构、高压输电系统、机械、车辆减震(振)工程中的低频振动高耗能粘弹性材料。

背景技术

粘弹性材料为高分子聚合物，是一种性能优良的耗能材料，这种材料既具有粘性又具有弹性。在受到交变应力作用产生变形时，一部分能量像位能那样储存起来，另一部分能量则被转化成热能耗散掉。以粘弹性材料作为核心部分制成的粘弹性阻尼器是一种有效的被动减震(振)控制装置，近年来国外将之用于结构减震控制和震后修复加固工程且日益增多。我国对粘弹性阻尼器的研究也已进入应用初级阶段，粘弹性阻尼器作为结构减震(振)工程中应用的产品，其力学性能以及耐久性性能就显得相当重要。

粘弹性阻尼器的力学性能及耐老化性能与其所选用的粘弹性材料密切相关。粘弹性阻尼器用粘弹性材料基本为合成橡胶。主体橡胶的选用、硫化体系的选用以及补强添加剂和防老剂用量的不同均会对粘弹性阻尼器的力学性能产生很大的影响。

由于土木结构、高压输电系统等的振动属于低频振动，对于粘弹性阻尼器用于低频减震(振)在国内外属于较为前沿的研究课题，故针对于低频振动开发的粘弹性材料很少，基本上是采用高频振动的粘弹性材料来用于低频振动，效果并不是很好，尤其是耗能性能，标志耗能性能的损耗因子较低，且随温度变化较为剧烈。目前，国产粘弹性材料在低频振动时的损耗因子一般小于0.4，跟国外同类型粘弹性材料相比还有一定的差距。此外，国产粘弹性材料的耐久性能不是很好，一般建筑结构的设计使用年限为50年，因此，用于房屋减震工程中的粘弹性材料的耐老化年限至少为50年。而目前国产的粘弹性材料的耐老化性能均很难达到这一要求。

本发明的粘弹性材料配方，通过对不同添加剂的选用及添加剂量的控制，优选出各种成分的最佳配合比，用此配方混炼而成的粘弹性材料，在频率为0.1～10Hz，温度为-20℃～50℃的条件下，损耗因子可以达到0.5～1.0，性能在该温频范围内变化缓慢于高频振动的替代材料，根据高温加速老化等效理论计算出的试验条件下进行耐老化试验发现啊：所研制的粘弹性材料耐老化年限可达到80年。

发明内容

技术问题：本发明是一种用于土木建筑结构、高压输电系统、机械、车辆减震(振)工程中的一种低频振动高耗能粘弹性材料。

技术方案：本发明的一种低频振动高耗能粘弹性材料，该粘弹性材料包括主体橡胶、补强体系、硫化体系、防老体系，经混炼而成，其中主体橡胶为溴化丁基橡胶，补强体系为高耐磨炭黑和100目-200目的石墨粉混合体系，硫化体系为硫化树脂、氧化锌、氧化镁、硬脂酸混合体系；以溴化丁基橡胶的质量100份为基点，以上各材料的用量组分为：

溴化丁基橡胶            100份，

高耐磨炭黑              40-60份，

石墨粉                  30-50份，

WS硫化树脂              6-10份，

氧化锌                  4-6份，

氧化镁                  0.2-0.6份，

硬脂酸                  0.5-1.5份。

该材料在频率为0.1～10Hz，温度为-20℃～50℃的使用环境下，损耗因子处于0.5～1.0。

该材料在混炼时加入2203改性树脂，以增加混炼胶的损耗因子，提高阻尼性能。以溴化丁基橡胶100份为基点，该材料的用量组分为：

2203改性树脂           15-25份。

该材料中还可加入有防老体系，防老体系选用橡胶防老剂MBZ和防老剂Naugard445，以溴化丁基橡胶质量100份为基点，防老体系的用量组分为：

橡胶防老剂MBZ          1-3份，

防老剂Naugard445           1-3份。

本发明的主体橡胶采用溴化丁基橡胶，溴化丁基橡胶既保留了丁基橡胶硫化胶回弹性低，阻尼性能优良的特性，又克服了丁基橡胶与钢板粘结性能差、硫化速率慢以及难与其他橡胶共混的缺点。补强体系采用高耐磨炭黑和100目-200目石墨粉混合体系，高耐磨炭黑量的增加可以使混炼胶的阻尼性能有大幅度的提高。同时，混炼时又加入了2203改性树脂，进一步增加了混炼胶的损耗因子，提高了阻尼性能。

国内粘弹性材料配方中常选用的防老体系为防4010NA和防D，经试验发现该防老体系的耐老化性能并不是特别出色，相反该防老体系的加入，对混炼胶的阻尼性能有不利的影响。本发明配方中防老体系选用橡胶防老剂MBZ和防老剂Naugard445，试验发现，该防老体系的加入明显改善了混炼胶的耐老化性能，并且几乎没有发现对混炼胶的阻尼性能有不利的影响。

有益效果：本专利所述的低频振动高耗能粘弹性材料的硫化胶具有非常低的回弹性，表现出优良的阻尼性能。通过增加高耐磨炭黑的用量，可以显著提高粘弹性材料阻尼性能。配方采用橡胶防老剂MBZ和防老剂Naugard445作为防老化体系，提高了该粘弹性材料的耐老化性能，同时对其阻尼性能的不利影响也明显小于其他防老化体系。经试验发现：在频率为0.1～10Hz，温度为-20℃～50℃的使用环境下，具有很好的耗能特性和防老化性能，损耗因子处于0.5～1.0，性能在该温频范围内变化缓慢于高频振动的替代材料，耐久性年限达到80年。

具体实施方式

本发明的低频振动高耗能粘弹性材料包括主体橡胶、补强体系、硫化体系、防老体系混炼而成，其中主体橡胶为溴化丁基橡胶，补强体系为高耐磨炭黑和100目-200目石墨粉混合体系，硫化体系为硫化树脂、氧化锌、氧化镁和硬脂酸，防老体系为橡胶防老剂MBZ和防老剂Naugard445。具体配方如下：

配方一：

溴化丁基橡胶            100份，

高耐磨炭黑              50份，

200目石墨粉             40份，

WS硫化树脂              8份，

氧化锌                 5份，

氧化镁                 0.4份，

硬脂酸                 1份，

2203改性树脂           20份，

橡胶防老剂MBZ          2份，

防老剂Naugard445       2份。

配方二：

溴化丁基橡胶           100份，

高耐磨炭黑             40份，

150目石墨粉            50份，

WS硫化树脂             8份，

氧化锌                 5份，

氧化镁                 0.4份，

硬脂酸                 1份，

2203改性树脂           30份，

橡胶防老剂MBZ          1.5份，

防老剂Naugard445       1.5份。

配方三：

溴化丁基橡胶           100份，

高耐磨炭黑             60份，

200目石墨粉            50份，

WS硫化树脂             8份，

氧化锌                 5份，

氧化镁                 0.4份，

硬脂酸                 1份，

橡胶防老剂MBZ          2份，

防老剂Naugard445       2份。

Claims (4)

1.一种低频振动高耗能粘弹性材料，其特征在于该粘弹性材料包括主体橡胶、补强体系、硫化体系，经混炼而成，其中主体橡胶为溴化丁基橡胶，补强体系为高耐磨炭黑和100目-200目的石墨粉混合体系，硫化体系为硫化树脂、氧化锌、氧化镁、硬脂酸混合体系；以溴化丁基橡胶的质量100份为基点，以上各材料的用量组分为：

溴化丁基橡胶      100份，

高耐磨炭黑        40-60份，

石墨粉            30-50份，

WS硫化树脂        6-10份，

氧化锌            4-6份，

氧化镁            0.2-0.6份，

硬脂酸            0.5-1.5份。

2.根据权利要求1所述的一种低频振动高耗能粘弹性材料，其特征在于该材料在频率为0.1～10Hz，温度为-20℃～50℃的使用环境下，损耗因子处于0.5～1.0。

3.根据权利要求1所述的一种低频振动高耗能粘弹性材料，其特征在于该材料混炼时还加入2203改性树脂，增加混炼胶的损耗因子，提高阻尼性能，以溴化丁基橡胶100份为基点，2203改性树脂的用量组分为：

2203改性树脂    15-25份。

4.根据权利要求1所述的一种低频振动高耗能粘弹性材料，其特征在于该材料中还有防老体系，防老体系选用橡胶防老剂MBZ和防老剂Naugard445，以溴化丁基橡胶质量100份为基点，防老体系的用量组分为：

橡胶防老剂MBZ       1-3份，

防老剂Naugard445    1-3份。