CN103742579A

CN103742579A - 纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座及其制作方法

Info

Publication number: CN103742579A
Application number: CN201410051727.2A
Authority: CN
Inventors: 谭平; 柯刚; 金建敏; 徐凯; 龙耀球
Original assignee: Guangzhou University
Current assignee: Guangzhou University
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: CN103742579B

Abstract

本发明涉及隔震技术领域，具体是涉及一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座。该纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座包括支座主体；支座主体由纤维增强环氧树脂板及聚氨酯弹性体板交替叠加粘接而成。本发明纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座价格低，施工工艺简单，其压应力限值小于叠层钢板橡胶支座的压应力限值，适用于小城镇、农村、山区的低层建筑、多层建筑、桥梁、工业设备和贵重文物。本发明还涉及这种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法。

Description

纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座及其制作方法

技术领域

本发明涉及隔震技术领域，具体是涉及一种主要由纤维增强环氧树脂板及聚氨酯弹性体板交替叠加而成的叠层隔震支座，该叠层隔震支座可作为低层建筑、多层建筑、桥梁、工业设备和贵重文物的隔震结构；本发明还涉及这种叠层隔震支座的制作方法。

背景技术

在隔震减振领域，叠层隔震支座已得到广泛应用，其中最为成熟的叠层隔震支座是钢板/橡胶叠层隔震支座。钢板/橡胶叠层隔震支座的制作工艺是将未硫化橡胶片和施行过粘接处理的内插钢板层贴合，成型后，再将它放入模具内高温定型硫化(赵瑞时，隔震用迭层橡胶座的硫化过程及其热分析[J]，《世界橡胶工业》，2003年02期)。由于钢板/橡胶叠层隔震支座的制作工艺较复杂，成本较高，且重量较大，一般用于高层建筑隔震领域。对于大部分小城镇、农村和山区建筑，其层数和高度有限，使得钢板/橡胶叠层隔震支座的价值难以体现。

发明内容

本发明目的在于，提供一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座。该纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座价格低，施工工艺简单，其压应力限值小于叠层钢板橡胶支座的压应力限值，适用于小城镇、农村、山区的低层建筑、多层建筑、桥梁、工业设备和贵重文物。

本发明通过以下技术方案实现该目的：

一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座，包括支座主体；所述支座主体由纤维增强环氧树脂板及聚氨酯弹性体板交替叠加粘接而成。

作为上述技术方案的改进，所述支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板。

进一步的，所述纤维增强环氧树脂板、聚氨酯弹性体板的厚度均为2-20mm。

本发明还提供一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其包括以下步骤：

1）、制作纤维增强环氧树脂板

选取环氧树脂为基体树脂，以玻璃纤维布为增强材料，以芳香多胺固化剂、双氰胺-咪唑体系固化剂其中一种或两种作为环氧树脂固化剂，采用模压树脂传递成型工艺，制作得到纤维增强环氧树脂板；

2）、制作聚氨酯弹性体板

聚氨酯弹性体板的制作包括以下步骤：

a、取25-30质量份聚酯多元醇和35-45质量份多异氰酸酯，在50-60℃下反应6-8h，制作得到预聚物A；

b、将步骤a得到的预聚物A、6-12质量份扩链剂加热至50℃后，混合并搅拌均匀，然后浇注于已预热的模具中注塑成型，再将注塑成型得到的半成品于100-120℃下后硫化12-24h，最后于25-35℃下放置5天即得到聚氨酯弹性体板；

3）、制作支座主体

将环氧结构胶或聚氨酯粘胶剂涂于表面处理后的纤维增强环氧树脂板、以及聚氨酯弹性体板，于20-35℃干燥10min后，再将纤维增强环氧树脂板与聚氨酯弹性体板交替叠加，然后于50-60℃下加压粘接成型，即可得到支座主体。

进一步的，步骤1）中，环氧树脂为环氧树脂E-44或E-51。

进一步的，步骤1）中，玻璃纤维布的单纤维抗拉强度为1500-2500MPa，弹性模量为35000-80000MPa。更进一步的，步骤1）中，玻璃纤维布为氧化钠含量为0-2％的无碱玻璃纤维布或者氧化钠含量为8-12％的中碱玻璃纤维布。

进一步的，步骤1）中，双氰胺-咪唑体系固化剂由双氰胺与2-乙基-4甲基咪唑按质量比20：1制作而成。更进一步的，步骤1）中，所述环氧树脂固化剂为双氰胺-咪唑体系固化剂，环氧树脂与双氰胺-咪唑体系固化剂的质量比为100：8。

进一步的，步骤1）中，所述环氧树脂固化剂为芳香多胺固化剂，环氧树脂与芳香多胺固化剂的质量比为100:20。

进一步的，步骤1）中，纤维增强环氧树脂板中玻璃纤维的质量百分含量为20-30％。

进一步的，步骤1）中，模压树脂传递成型工艺具体为：将环氧树脂和环氧树脂固化剂在50-60℃下搅拌均匀后真空脱泡，再注入已铺设好玻璃纤维布的模具中，在100-120℃和3-6MPa下加压固化60-120min，然后在160℃下后固化6h，即得到纤维增强环氧树脂板。

进一步的，步骤2）中，聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙三醇酯、聚癸二酸丙三醇酯中的一种或多种。

进一步的，步骤2）中，聚酯多元醇的平均分子量为3000-4000，并经脱水处理。

进一步的，步骤2）中，多异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。

进一步的，步骤2）中，扩链剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、丙二醇对氨基苯甲酸酯中的一种或两种。

进一步的，步骤3）中，纤维增强环氧树脂板的表面处理方法是：先将纤维增强环氧树脂板表面打毛，然后用丙酮清洗除去表面粉末并擦干，再用丙酮擦洗表面一次即可。

进一步的，步骤3）中，成型压力为2-5MPa，加压时间为180-240min。

与叠层钢板/橡胶隔震支座相比，本发明纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座以纤维增强环氧树脂板取代钢板，并以聚氨酯取代橡胶，具有以下显著优势：

1、力学性能更好。聚氨酯的负载支撑容量大，比橡胶有更高的承载能力。在相同硬度下，聚氨酯弹性体的拉伸强度、撕裂强度优于橡胶，具有高弹性、高伸长率、滞后时间长、阻尼性能好等特点。同时，聚氨酯弹性体耐疲劳性、抗冲击性及抗震动性好。本发明提供的叠层隔震支座采用聚氨酯弹性体取代橡胶，有利于提高叠层支座的力学性能。

2、便于加工成型。现有的叠层钢板/橡胶隔震支座需在高温条件下(>120℃)经较长时间硫化成型，当橡胶内部欠硫橡胶和内插钢板之间粘接不良、当制品的水平弹性常数与设计目标值相差过大时，固有震动频率发生变化，就会起不到预期的隔震效果，所以迭层橡胶硫化条件设定确实存在着相当的难度(赵瑞时，隔震用迭层橡胶座的硫化过程及其热分析[J]，《世界橡胶工业》，2003.2)。本发明直接采用已固化成型、性能稳定的聚氨酯弹性体，可以避免叠层橡胶硫化中橡胶内部欠硫橡胶或内插钢板之间粘接不良等问题；同时，本发明中叠层支座的制作不需要高温硫化定型环节，支座主体只需在50-60℃下粘接即可成型，其加工成型更为便利，产品质量更可控。

3、成本较低。本发明中叠层支座的制作不需要高温硫化定型环节，其制作工艺更简便。基于材料和加工成本核算，纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层支座的成本低于相同规格的叠层钢板/橡胶隔震支座。

4、重量较轻，运输和安装便利。纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层支座比相同规格的叠层钢板/橡胶隔震支座轻，便于长途运输和安装。

附图说明

图1为本发明纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座其中一个实施例的结构示意图。

附图标记说明：1-支座主体，2-纤维增强环氧树脂板，3-聚氨酯弹性体板。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步描述。

图1所示为本发明纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座其中一个实施例。

参见图1，该纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座包括支座主体1，所述支座主体1由纤维增强环氧树脂板2及聚氨酯弹性体板3交替叠加粘接而成，并且所述支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板3。所述纤维增强环氧树脂板2、聚氨酯弹性体板3的厚度均为20mm。应该理解，所述纤维增强环氧树脂板、聚氨酯弹性体板的厚度还可以为其它值，如2mm、10mm、15mm等。

以下为上述纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座几种制作方法。

制作方法一、包括以下步骤：

1）制作纤维增强环氧树脂板

选取环氧树脂E-44为基体树脂，以无碱玻璃纤维布(氧化钠含量为2％，单纤维抗拉强度为2500MPa，弹性模量为80000MPa)为增强材料，以芳香多胺TONOX60/40为环氧树脂固化剂，其配比分别为（单位为质量份）：

环氧树脂E-44： 100；

TONOX60/40： 20；

无碱玻璃纤维布： 51.4。

将E-44和TONOX60/40在60℃下搅拌均匀后真空脱泡，再注入已铺设好玻璃纤维布的模具中，120℃和5MPa下加压固化120min，然后在160℃下后固化6小时，即得到纤维增强环氧树脂板。

上述步骤1）制作的纤维增强环氧树脂板的厚度为20mm，其水平截面为500mm×500mm的正方形，其弯曲强度为320Mpa，拉伸强度为275Mpa。

2）、制作聚氨酯弹性体板

取30质量份经脱水处理的聚己二酸乙二醇酯（平均分子量为3000）和45质量份甲苯-2,4-二异氰酸酯，在60℃下反应6小时，制作得到预聚物A；

将所制得的预聚物A、12质量份3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷加热至50℃后，混合并搅拌5分钟，然后浇注于已预热至105℃并涂覆有Frekote PUR-100脱模剂的模具中，成型1小时后脱模，再于100℃下后硫化24小时后，在25-35℃下存放5天即得到聚氨酯弹性体板。

该聚氨酯弹性体板水平截面的形状和尺寸与步骤1中的纤维增强环氧树脂板相同，其厚度为20mm，其性能指标符合GB20688.3-2006标准所规定的要求。

3）、制作支座主体

用砂皮打光机将纤维增强环氧树脂板的表面打毛，再用丙酮清洗除去表面粉末并用干布擦净，最后用丙酮擦洗表面一次。

将环氧结构胶Loctite E-30UT涂于经表面处理后的纤维增强环氧树脂板，以及聚氨酯弹性体板上，在35℃下干燥10分钟后，再将纤维增强环氧树脂板与聚氨酯弹性体板交替叠加，然后在60℃和5MPa下加压粘接240min成型，即可得到支座主体。该支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板。

制作方法二、包括以下步骤：

1）制作纤维增强环氧树脂板

选取环氧树脂E-44为基体树脂，以中碱玻璃纤维布(氧化钠含量为12％，单纤维抗拉强度为1500MPa，弹性模量为35000MPa)为增强材料，以双氰胺-咪唑体系为环氧树脂固化剂，其配比分别为（单位为质量份）：

将E-44、HT-2833和2-乙基-4甲基咪唑在50℃下搅拌均匀后真空脱泡，再注入已铺设好玻璃纤维布的模具中，在100℃和3MPa下加压固化60min，然后在160℃下后固化6小时，即得到纤维增强环氧树脂板。

上述步骤1制作的纤维增强环氧树脂板的弯曲强度为240MPa，拉伸强度为205MPa。

2）、制作聚氨酯弹性体板

取25质量份经脱水处理的聚己二酸乙二醇丙三醇酯（平均分子量为4000）和35质量份甲苯-2,4-二异氰酸酯，在50℃下反应8小时，制作得到预聚物A；

将所制得的预聚物A、6质量份丙二醇对氨基苯甲酸酯加热至50℃后，混合并搅拌5分钟，然后浇注于已预热至105℃并涂覆有Frekote PUR-100脱模剂的模具中，成型1小时后脱模，再于120℃下后硫化12小时后，在25-35℃下存放5天即得到聚氨酯弹性体板。

该聚氨酯弹性体水平截面的形状和尺寸与步骤1）中的纤维增强环氧树脂板相同，其厚度为20mm，其性能指标符合GB20688.3-2006标准所规定的要求。

3）、制作支座主体

将聚氨酯粘胶剂Macroplast UK1351B25涂于经表面处理后的纤维增强环氧树脂板，以及聚氨酯弹性体板上，在20℃下干燥10分钟后，再将纤维增强环氧树脂板与聚氨酯弹性体板交替叠加，然后在55℃和4MPa下加压粘接210min成型，即可得到支座主体。该支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板。

制作方法三、包括以下步骤：

1）制作纤维增强环氧树脂板

选取环氧树脂E-51为基体树脂，无碱玻璃纤维布(氧化钠含量为1％，单纤维抗拉强度为2000MPa，弹性模量为65000MPa)为增强材料，以芳香多胺TONOX60/40为环氧树脂固化剂，其配比分别为（单位为质量份）：

环氧树脂E-51： 100；

TONOX60/40： 20；

无碱玻璃纤维布： 40。

将E-51和TONOX60/40在55℃下搅拌均匀后真空脱泡，再注入已铺设好玻璃纤维布的模具中，在110℃和6MPa下加压固化90min，然后在160℃下后固化6小时，即得到纤维增强环氧树脂板。

上述步骤1制作的纤维增强环氧树脂板的厚度为20mm，其弯曲强度为270MPa，拉伸强度为230MPa。

2）、制作聚氨酯弹性体板

取28质量份经脱水处理的聚癸二酸丙三醇酯（平均分子量为3500）和40质量份多异氰酸酯，在55℃下反应7小时，制作得到预聚物A；

将所制得的预聚物A、8质量份3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷加热至50℃后，混合并搅拌5分钟，然后浇注于已预热至105℃并涂覆有Frekote PUR-100脱模剂的模具中，成型1小时后脱模，再于110℃下后硫化18小时后，在25-35℃下存放5天即得到聚氨酯弹性体板。

3）、制作支座主体

将聚氨酯粘胶剂Macroplast UK1351B25涂于经表面处理后的纤维增强环氧树脂板，以及聚氨酯弹性体板上，在25℃下干燥10分钟后，再将纤维增强环氧树脂板与聚氨酯弹性体板交替叠加，然后在50℃和2MPa下加压粘接180min成型，即可得到支座主体。该支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板。

以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座，包括支座主体；其特征在于：所述支座主体由纤维增强环氧树脂板及聚氨酯弹性体板交替叠加粘接而成。

2.根据权利要求1所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座，其特征在于：所述支座主体两外层均为聚氨酯弹性体板。

3.根据权利要求1所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座，其特征在于：所述纤维增强环氧树脂板、聚氨酯弹性体板的厚度均为2-20mm。

4.一种纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、制作纤维增强环氧树脂板

2）、制作聚氨酯弹性体板

聚氨酯弹性体板的制作包括以下步骤：

3）、制作支座主体

5.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，环氧树脂为环氧树脂E-44或E-51。

6.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，玻璃纤维布的单纤维抗拉强度为1500-2500MPa，弹性模量为35000-80000MPa。

7.根据权利要求6所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，玻璃纤维布为氧化钠含量为0-2％的无碱玻璃纤维布或者氧化钠含量为8-12％的中碱玻璃纤维布。

8.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，双氰胺-咪唑体系固化剂由双氰胺与2-乙基-4甲基咪唑按质量比20：1制作而成。

9.根据权利要求8所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，所述环氧树脂固化剂为双氰胺-咪唑体系固化剂，环氧树脂与双氰胺-咪唑体系固化剂的质量比为100：8。

10.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，所述环氧树脂固化剂为芳香多胺固化剂，环氧树脂与芳香多胺固化剂的质量比为100:20。

11.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，纤维增强环氧树脂板中玻璃纤维的质量百分含量为20-30％。

12.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤1）中，模压树脂传递成型工艺具体为：将环氧树脂和环氧树脂固化剂在50-60℃下搅拌均匀后真空脱泡，再注入已铺设好玻璃纤维布的模具中，在100-120℃和3-6MPa下加压固化60-120min，然后在160℃下后固化6h，即得到纤维增强环氧树脂板。

13.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤2）中，聚酯多元醇为聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸乙二醇丙三醇酯、聚癸二酸丙三醇酯中的一种或多种。

14.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤2）中，聚酯多元醇的平均分子量为3000-4000，并经脱水处理。

15.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤2）中，多异氰酸酯为甲苯-2,4-二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。

16.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤2）中，扩链剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷、丙二醇对氨基苯甲酸酯中的一种或两种。

17.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤3）中，纤维增强环氧树脂板的表面处理方法是：先将纤维增强环氧树脂板表面打毛，然后用丙酮清洗除去表面粉末并擦干，再用丙酮擦洗表面一次即可。

18.根据权利要求4所述的纤维增强环氧树脂/聚氨酯叠层隔震支座的制作方法，其特征在于：步骤3）中，成型压力为2-5MPa，加压时间为180-240min。