CN104341631A - 一种低温改性橡胶支座材料 - Google Patents

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刘文彦
刘浩
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Abstract

本发明涉及一种低温改性橡胶支座材料。主要解决了现有普通的桥梁耐寒型低温支座性能不适合高纬度严寒地区的问题。该低温改性橡胶支座材料各组分及配比按重量百分比如下：丁睛橡胶82%，顺丁橡胶18%，氧化锌7%，硬脂酸钠1.5%，防老剂4%，炭黑38%，软化剂19%，硫化剂1.5%，促进剂3%。该低温改性橡胶支座材料，能适应最低气温为－55℃，降低成本。

Description

一种低温改性橡胶支座材料
技术领域
本发明涉及桥梁建筑支座技术领域一种橡胶支座，尤其是一种低温改性橡胶支座材料。
背景技术
桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件。现有普通耐寒型桥梁支座应采用天然橡胶(NR)或三元乙丙橡胶生产的，适用的温度为-40℃～60℃。对于高寒地区，尤其是温度低于50℃地区，使橡胶支座达不到设计使用年限，并且增大了建筑成本。
发明内容
本发明在于克服背景技术中存在的普通的桥梁耐寒型低温支座性能不适合高纬度严寒地区的问题，而提供一种低温改性橡胶支座材料。该低温改性橡胶支座材料，改性橡胶支座的低温性能的主要指标明显优于普通低温天然橡胶支座，能适应最低气温为－55℃。
本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到，该低温改性橡胶支座材料 ，其组分及配比按重量百分比如下：丁睛橡胶82%，顺丁橡胶18%，氧化锌7%，硬脂酸钠1.5%，防老剂4%，炭黑38%，软化剂19%，硫化剂1.5%，促进剂3%。  
所述防老剂为对苯二胺，软化剂为二酸二辛酯，硫化剂为硫磺，促进剂为MBTS促进剂。
本发明与上述背景技术相比较可具有如下有益效果：该低温改性橡胶支座材料，在严寒地区-40℃以下低温条件下，改性橡胶支座的抗压弹性模量、抗剪弹性模量、抗剪粘结性、转角、摩擦系数、极限剪切角随温度的变化 性能接优于天然橡胶(NR)支座，能适应最低气温为－55℃，橡胶支座能够达到设计使用年限，降低了建筑成本。 
具体实施方式：
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
称取丁睛橡胶82g，顺丁橡胶18g，氧化锌7 g，硬脂酸钠1.5g，防老剂对苯二胺4g，炭黑38g，软化剂二酸二辛酯19g，硫磺1.5 g，MBTS促进剂为4.5g，将各组分混合均匀配制成该低温改性橡胶支座材料。
所述的MBTS促进剂的生产厂家是石家庄聚百广化工科技有限公司。
 
该低温改性橡胶支座材料的性能：
将上述实施例制备的低温改性橡胶支座材料用于测试橡胶支座的性能，该试验温度范围拟定大兴安岭地区的极端最低气温为－52.3℃，试验的温度确定为－45℃、－50℃、－55℃。采用两种橡胶支座，一种为常用的耐寒型天然橡胶(NR)支座，另一种为低温改性橡胶支座材料。
1）、低温压缩模量试验
（1）、天然橡胶、改性橡胶在各低温时的弹性模量，与标准值的偏差均在20%以内，说明在各低温时，两种材料的支座的压缩模量均满足规范要求。 
（2）、两种材料在-50℃时，支座的压缩模量几乎相同，天然橡胶支座略高于改性橡胶支座。 
（3）、温度高于-50℃时，天然橡胶支座随着温度的降低，支座压缩模量增大。在温度由-45℃降至-50℃时，压缩模量的增加速率为 4.9Mpa/℃；温度低于-50℃时，随着温度的降低，支座压缩模量又出现降低的趋势。
（4）、温度高于-50℃时，改性橡胶支座随着温度的降低，支座压缩模量几乎没有变化，低温性能优于天然橡胶；温度低于-50℃时，改性橡胶支座压缩模量随着温度的降低而增大，反映出橡胶材料有所硬化。在温度由-50℃降至-55℃时，压缩模量的增加速率为 6.5Mpa/℃。
2）、低温剪切模量试验
（1）、天然橡胶、改性橡胶支座的抗剪弹性模量在低温条件下，实测的剪切模量与剪切模量标准值的相对误差的最大值分别为-12.25%、-10.01%，均小于15%，满足规范要求。
（2）、在温度由-45℃降至-55℃时，随着温度的降低，天然橡胶、改性橡胶支座的抗剪弹性模均呈增加的趋势，剪切模量增大，适应剪切变形的能力下降。 
（3）、天然橡胶、改性橡胶支座的抗剪弹性模在-50℃时，抗剪弹性模与温度的关系曲线存在明显的拐点降，抗剪弹性模的增加速率发生变化。
（4）、天然橡胶支座在温度由-45℃降至-55℃时，抗剪弹性模平均增加速率为0.0074Mpa/℃；而改性橡胶支座抗剪弹性模平均增加速率为0.006MPa/℃，小于天然橡胶支座，说明对低温的敏感性略小于天然橡胶支座。
3）、低温容许剪切角试验
（1）、总体上，随着温度降低，天然橡胶支座、改性橡胶支座实测的容许剪切角的正切值而降低，即随着温度下降，橡胶硬度增大，剪切变形能力下降。
（2）、天然橡胶支座，在温度高于-50℃时，随温度降低，容许剪切角正切值下降速率较大，在温度由-45℃降至-50℃时，容许剪切角正切值平均降低速率为-0.006/℃；温度由-50℃降至-55℃时，容许剪切角正切值与温度关系曲线几乎为直线，剪切变形能力几乎没有下降。 
（3）、改性橡胶支座，在温度由-45℃降至-50℃时，随温度降低，容许剪切角正切值下降，但下降的速率较天然橡胶小，为0.004/℃，说明对低温的敏感性小于天然橡胶支座；温度由-50℃降至-55℃时，容许剪切角正切值下降，下降速率有所增大。
（4）、在-45℃~-55℃范围内，2种橡胶材料的剪切角正切值均大于0.7，满足设计规范中，计入制动力时，橡胶支座剪切角正切值的容许值0.7的要求。
4）、低温容许转角试验
天然橡胶支座、改性橡胶支座的容许转角均满足规范规定。
5）、摩擦系数试验
（1）、橡胶与钢板：
①常温条件下的摩擦系数高于低温条件下的摩擦系数，说明在低温条件下2种材料的橡胶均有不用程度的发硬，导致摩擦系数减小。
②温度由-45℃~-50℃时，天然橡胶的摩擦系数并未有明显变化，摩擦系数略大于改性橡胶支座，温度由-50℃~-55℃时，摩擦系数略有增加，增加速率为0.0008/℃。
③改性橡胶支座在温度-45℃~-50℃时，摩擦系数没有明显变化，但在-50℃~-55℃时，有上升趋势，上升速率为0.003/℃，结果表明改性橡胶支座在温度由-50℃降至-55℃时，摩擦系数的增长速率大于天然橡胶支座，说明在-50℃~-55℃时，改性橡胶的分子活性大于天然橡胶。
（2）、橡胶与四氟乙烯板：
①随着温度的降低，硅脂油的锥入度有所减少，亦即稠度有所增加。在常温下，硅脂油的稠度为3#，属于“中”状态；在-45℃~-55℃范围内，硅脂油的稠度为4#，属于“硬”状态。
②在-45℃~-55℃范围内，硅脂油的稠度为4#，属于“硬”状态，随温度的降低锥入度变化不大，锥入度减低幅度为-6.7%，稠度等级无变化。
③四氟乙烯板在低温条件下与不锈钢板的摩擦系数满足《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4-2004)中规定的≤0.03的规范要求。
④温度由18℃降至-45℃时，硅脂油随着温度的降低，稠度有所增加，硅脂油的稠度由3#变为4#，状态由“中”变为“硬”，导致此温度区间摩擦系数呈上升趋势，上升速率为0.00017/℃，较常温约增加78%，大于《公路桥涵设计规范》中规定的当温度低于-250C时摩擦系数增大30%的数值；
⑤温度由-45℃~-55℃时，随着温度的降低，摩擦系数几乎无变化，且略有减少的趋势。其原因为在温度范围内，硅脂油的稠度为4#，属于“硬”状态，随着温度降低稠度等级及状态未发生变化，由于稠度增加导致的摩擦系数增加很小；其次，四氟乙烯板和不锈钢板在低温条件下，材料的表面分子，活性降低，吸附力减小，最终导致此温度区间上摩擦系数随温度减低呈略降低的趋势，但幅度很小，降低速率为0.0004/℃。
6）、剥离强度试验
（1）、天然橡胶与钢板、四氟乙烯板粘结面的破坏形态均为橡胶与粘结层间的剥离破坏；而改性然橡胶的破坏形态均未出现剥离破坏，而是由橡胶拉断导致破坏。这说明，改性然橡胶与四氟乙烯板、钢板界面的剥离强度明显优于天然橡胶。
（2）、天然橡胶、改性橡胶与钢板、四氟乙烯板的剥离强度均大于规范要求的10kN/m、7kN/m，说明在低温条件下，两种材料的剥离强度均满足规范要求。改性橡胶明显高于天然橡胶。
（3）、随着温度的降低，天然橡胶与钢板剥离强度呈下降趋势，且在-45℃为下降速率的变化点。当温度为20℃~-45℃时，下降速率为0.0185kN/m/℃，而-45℃~-55℃时，下降速率为0.04kN/m/℃，表明当温度低于-45℃时，随着温度降低，剥离强度降低速率增大；温度高于-50℃时，天然橡胶与四氟乙烯板的剥离强度随着温度的降低而略有增加，增加速率为0.0114kN/m/℃。温度由-50℃降至-55℃时，剥离强度随着温度的降低反而略有减小，减小速率为0.16kN/m/℃。
（4）、改性橡胶与钢板、四氟乙烯板间未发生剥离破坏，其破坏表现为改性橡胶拉断，取决于改性橡胶的抗拉强度。其破坏强度相差不大，随着温度的降低，橡胶强度略有增加。
7）、极限抗压强度试验
在支座的极限抗压强度试验过程中，天然橡胶支座在临近极限抗压强度时，有明显橡胶和钢板脱离的声响，但改性橡胶支座在整个加载过程中均为出现上述现象。天然橡胶支座的破坏形态为外部橡胶鼓肚，橡胶与钢板脱离，内部钢板严重变形，失去承载能力，改性橡胶支座的破坏形态为外部橡胶鼓肚，内部钢板变形。
综上所述，改性橡胶支座的低温性能的主要指标明显优于普通低温天然橡胶支座。

Claims (2)

1.一种低温改性橡胶支座材料，其组分及配比按重量百分比如下：丁睛橡胶82%，顺丁橡胶18%，氧化锌7%，硬脂酸钠1.5%，防老剂4%，炭黑38%，软化剂19%，硫化剂1.5%，促进剂3%。
2.根据权利要求1所述的一种低温改性橡胶支座材料，其特征在于：所述防老剂为对苯二胺，软化剂为二酸二辛酯，硫化剂为硫磺，促进剂为MBTS促进剂。
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