CN104788759B - 一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104788759B CN104788759B CN201510170693.3A CN201510170693A CN104788759B CN 104788759 B CN104788759 B CN 104788759B CN 201510170693 A CN201510170693 A CN 201510170693A CN 104788759 B CN104788759 B CN 104788759B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parts
- graft polymers
- damping
- rubber
- rubber composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/02—Copolymers with acrylonitrile
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种高阻尼隔震支座用橡胶复合材料及其制备方法。本发明选用一种新型滑动接枝聚合物与NBR相复合制备高阻尼橡胶复合材料，将滑动接枝聚合物预硫化，使之形成初步交联，将其作为功能添加剂混入丁腈橡胶基体中，与橡胶大分子间形成氢键网络结构。赋予新型复合材料高阻尼、高扯断伸长率、低定伸强度、永久变形小等优点，满足高阻尼支座对橡胶复合材料的性能指标要求，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻尼隔震支座用橡胶复合材料及其制备方法，在丁腈橡胶基体中并用新型滑动接枝聚合物作为功能添加剂，制备的橡胶复合材料可用于建筑桥梁隔震叠层橡胶支座的制备。
背景技术
现代建筑物抗震设计是依据“基础隔震”概念，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。隔震支座作为“基础隔震”的重要元件，其主要功能一方面是支承建筑物全部重量，另一方面是改变结构系统的动力特性，主要是延长建筑物的自振周期，从而有效降低建筑物的地震反应。
建筑桥梁隔震支座大体上分为三类，即叠层橡胶支座、螺旋弹簧支座、摩擦滑移支座。其中叠层橡胶支座最为常见。叠层橡胶支座中，普通板式橡胶支座需要和阻尼器配合使用，阻尼器的造价昂贵，限制了其使用范围；铅芯叠层橡胶支座耗能大、阻尼性能良好、生产工艺简单，在建筑桥梁支座设计中应用广泛，但是支座在使用过程中容易老化开裂，外露铅芯会对周围环境造成严重污染，而且铅芯橡胶支座的隔震频带较窄，不能实现对多频率特点的地震波都具有有效减震的功能，地震发生之后，支座内部的铅芯发生屈服断裂，隔震体系自恢复能力大大降低；高阻尼橡胶支座结构与普通板式橡胶支座相同，采用高阻尼橡胶支座加工而成，其自身可吸收能量，与耗能功能集成在一起，且具有地震变形后的自恢复能力，然而这种支座的缺点是其等效阻尼比一般在10％～20％，阻尼性能远远低于铅芯橡胶支座。
橡胶支座较常用的材料为(NR)、氯丁橡胶(CR)和丁腈橡胶(NBR)。NR物理性能和低温性能均优于大多数合成橡胶，但其分子间摩擦力小，损耗因子小严重影响其阻尼效果。CR虽然耐候性佳，但其滞后损失大而导致其出现蠕变现象，较低温时易结晶变硬且其价格昂贵。现有的单一橡胶材料难以满足高阻尼用材料的性能需求，因此设计和制备新型橡胶复合材料具有重要的意义。
采用一种具有特殊结构和性能的聚轮烷衍生物-滑动接枝聚合物(SGC)。以环糊精分子上的羟基为引发剂，通过聚环己内酯(ε-PCL)的开环聚合反应，将ε-PCL接枝到环糊精分子上。选择合适的交联剂，将SGC上的支链分子进行交联，形成三维超分子网络结构。且SGC的交联点没有固定，可以随着环状分子环糊精沿着轴分子自由地移动，这样的滑动交联点给SGC带来了特殊的性能。该材料可在宽温域和宽频率范围下表现出高阻尼性能，作为功能添加剂添加到丁腈橡胶基体中时，可以大幅度提高复合材料的阻尼性能。滑动接枝聚合物还是一种新型材料，关于其与传统橡胶材料的共混研究还鲜有报道。这一研究既有理论价值又有实用价值，且创新性高。
发明内容
本发明将滑动接枝聚合物添加至丁腈橡胶中，提供一种新型橡胶复合材料，该材料具有高阻尼、高扯断伸长率、低定伸强度、永久变形小等优点，使用该复合材料制备的高阻尼支座，可用于高烈度地区桥梁、建筑的隔震。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述方案：
1、以质量份计，高阻尼支座用复合材料的配方如下：
2、本发明提供的一种高阻尼隔震支座用橡胶复合材料，其特征在于：丁腈橡胶中丙烯腈质量分数为24％～41％。
3、本发明提供的一种高阻尼隔震支座用橡胶复合材料，其特征在于：在丁腈橡胶中添加具有高阻尼性能的功能添加剂——滑动接枝聚合物。滑动接枝聚合物选用天津微瑞超分子科技有限公司生产的S1000、M1000，目前市场上只有天津微瑞超分子科技有限公司在售，且主体结构明确，各种配料未知。
4、本发明所用实验工艺为：(1)滑动接枝聚合物的预硫化，预硫化反应温度为150-180℃，反应时间为3-5小时；(2)按配方割取丁腈橡胶，采用双辊开炼机室温塑炼，然后按照配方加入活化剂、促进剂、炭黑、硫化剂，薄通后加入预交联的滑动接枝聚合物，混炼得到丁腈橡胶和滑动接枝聚合物的混炼胶；(3)按国标测试混炼胶样品在160℃、15MPa下的硫化性能，确定硫化条件并按其制备橡胶复合材料样品。
有益效果
通过选用一种新型滑动接枝聚合物与NBR相复合制备高阻尼橡胶复合材料，滑动接枝聚合物经过预硫化后混入橡胶基体中，与橡胶大分子间形成了氢键网络结构，赋予新型复合材料高阻尼性能和良好的物理机械性能。该复合材料表现出高阻尼、高扯断伸长率、低定伸强度、永久变形小等优点，满足高阻尼支座对橡胶复合材料的性能指标要求，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1叠层橡胶建筑桥梁用支座结构示意图。
其中1-钢板 2-橡胶 3-防护层 4-连接板
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，但本发明不限于这些实施例。实施例中所用滑动环接枝聚合物为S1000、M1000但不局限于此；丁腈橡胶中丙烯腈质量分数为24％～41％但不局限于此。用橡胶加工分析仪(RPA)对硫化胶试样进行应变扫描、频率扫描测其阻尼性能。频率扫描范围为0.1-3.6Hz，应变扫描范围为0.28％-200％。
对比例1
在25℃，将丁腈橡胶100g(N220S丙烯腈质量分数为41％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 1g，促进剂DTDM 3g，炭黑N33030g、硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化29.6分钟，制得丁腈橡胶胶片。
对比例2
在25℃，将氯丁橡胶100g(牌号CR230)在开炼机上塑炼，辊距调至最小，在辊中塑炼3次。待胶料包辊后，加入防老剂2g、防焦剂氧化镁4g、促进剂TT 0.5g、促进剂Na-220.5g、炭黑N33030g、硫化剂氧化锌5g制备成混炼胶；静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化44分钟，制得氯丁橡胶胶片。
表1 对比例1、2橡胶材料的配方
| 配方 | 对比例1 | 配方 | 对比例2 |
| 丁腈橡胶(N220S) | N220S 100份 | 氯丁橡胶(CR230) | CR230100份 |
| 氧化锌 | 5份 | 氧化锌 | 5份 |
| 硬脂酸 | 1份 | 防焦剂 | 4份 |
| 促进剂D | 1份 | 促进剂TT | 0.5份 |
| 促进剂DTDM | 3份 | 促进剂Na-22 | 0.5份 |
| 硫化剂S | 2份 | 防老剂D | 2份 |
| 碳黑N330 | 30份 | 碳黑N330 | 30份 |
表2对比例1、2橡胶材料的力学性能
表3对比例1、2橡胶材料的阻尼性能
实施例1
在25℃，将丁腈橡胶100g(N220S丙烯腈质量分数为41％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 1g，促进剂DTDM 3g，炭黑N23440g，硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入150℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100020g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化7.5分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
实施例2
在25℃，将丁腈橡胶100g(N230S丙烯腈质量分数为35％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 1g，促进剂DTDM 3g，炭黑N23440g，硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入150℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100020g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化13分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
实施例3
在25℃，将丁腈橡胶100g(N240S丙烯腈质量分数为24％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 1g，促进剂DTDM 3g，炭黑N23440g，硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入150℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100020g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化16.2分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
表4实施例1、2、3橡胶材料的配方
| 配方 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 丁腈橡胶NBR | N220S 100份 | N230S 100份 | N240S 100份 |
| 氧化锌ZnO | 5份 | 5份 | 5份 |
| 硬脂酸SA | 1份 | 1份 | 1份 |
| 促进剂D | 1份 | 1份 | 1份 |
| 促进剂DTDM | 3份 | 3份 | 3份 |
| 硫化剂S | 2份 | 2份 | 2份 |
| 炭黑N234 | 40份 | 40份 | 40份 |
| 滑动接枝聚合物S1000 | 20份 | 20份 | 20份 |
表5实施例1、2、3橡胶材料的力学性能
表6实施例1、2、3橡胶材料的阻尼性能
从表5可以看出，将滑动接枝聚合物加入丁腈橡胶中制备的复合材料与对比例相比，其表现出永久变形小、扯断伸长率高以及高拉伸低定伸的优良力学性能。由表6和表3对比可以看出，滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料在频率扫描和应变扫描时损耗因子都显著增加，表现出优异的阻尼性能。按照国家对高阻尼橡胶支座内部橡胶材料性能的标准，要求拉伸强度大于10MPa，扯断伸长率大于650％，硬度在55-75IRHD之间，实施例中制得的复合材料均满足高阻尼支座对橡胶复合材料的性能指标要求。
实施例4
在25℃，将丁腈橡胶100g(N230S丙烯腈质量分数为35％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸2g，促进剂D 0.5g，促进剂DM 0.5g，促进剂TDTM 0.2g，炭黑N33030g、硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入160℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100010g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化19.3分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
实施例5
在25℃，将丁腈橡胶100g(N230S丙烯腈质量分数为35％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸2g，促进剂D 0.5g，促进剂DM 0.5g，促进剂TDTM 0.2g，炭黑N33030g、硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入160℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100020g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化18.4分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
实施例6
在25℃，将丁腈橡胶100g(N230S丙烯腈质量分数为35％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸2g，促进剂D 0.5g，促进剂DM 0.5g，促进剂TDTM 0.2g，炭黑N33030g、硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入160℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100030g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化17分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
表7实施例4、5、6、7橡胶材料的配方
| 配方 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 |
| 丁腈橡胶NBR(N230S) | 100份 | 100份 | 100份 | 100份 |
| 氧化锌ZnO | 5份 | 5份 | 5份 | 5份 |
| 硬脂酸SA | 2份 | 2份 | 2份 | 2份 |
| 促进剂D | 0.5份 | 0.5份 | 0.5份 | 0.5份 |
| 促进剂DM | 0.5份 | 0.5份 | 0.5份 | 0.5份 |
| 促进剂DTDM | 0.2份 | 0.2份 | 0.2份 | 0.2份 |
| 硫化剂S | 2份 | 2份 | 2份 | 2份 |
| 炭黑N330 | 30份 | 30份 | 30份 | 30份 |
| 滑动接枝聚合物S1000 | 10份 | 10份 | 10份 | 10份 |
表8实施例4、5、6、7橡胶材料的力学性能
表9实施例4、5、6、7橡胶材料的阻尼性能
从表8可以看出，滑动接枝聚合物加入份数的逐渐增加，导致复合材料的硬度、定伸应力以及拉伸强度降低，扯断伸长率增大，但都明显优于对比例中材料性能并且满足高阻尼橡胶的要求。从表9可以看出，滑动接枝聚合物加入的份数越多，其阻尼性能越优异。因为滑动接枝聚合物作为高阻尼相加入丁腈橡胶基体中，加入的份数越多，在受到作用力时，其耗能效果越显著。满足国家对高阻尼橡胶支座内部橡胶材料性能的要求。
实施例8
在25℃，将丁腈橡胶100g(N220S丙烯腈质量分数为41％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 2g，促进剂DTDM 3g，炭黑N23450g，硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入170℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物S100030g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化17.5分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
实施例9
在25℃，将丁腈橡胶100g(N220S丙烯腈质量分数为41％)在开炼机上塑炼3分钟，然后包辊；加入活化剂氧化锌5g，活化剂硬脂酸1g，促进剂D 2g，促进剂DTDM 3g，炭黑N23450g，硫化剂硫磺2g混炼均匀，制备成混炼胶；薄通后加入170℃下预硫化3小时滑动接枝聚合物M100030g，静置8小时后，于温度160℃下，在平板硫化机上硫化10.4分钟，制得滑动接枝聚合物/丁腈橡胶复合材料胶片。
表10实施例8、9橡胶材料的配方
| 配方 | 实施例8 | 实施例9 |
| 丁腈橡胶NBR(N220S) | 100份 | 100份 |
| 氧化锌ZnO | 5份 | 5份 |
| 硬脂酸SA | 1份 | 1份 |
| 促进剂D | 2份 | 2份 |
| 促进剂DTDM | 3份 | 3份 |
| 硫化剂S | 2份 | 2份 |
| 炭黑N234 | 50份 | 50份 |
| 滑动接枝聚合物SGC | S100030份 | M100030份 |
表11实施例8、9橡胶材料的力学性能
表12实施例8、9橡胶材料的阻尼性能
从表11以及表12可以看出，加入滑动接枝聚合物S1000的复合材料与加入M1000的复合材料相比，力学性能相差不大，但加入S1000的复合材料阻尼性能优于加入M1000的复合材料。但两种复合材料都表现出高阻尼、高扯断伸长率、低定伸强度、永久变形小的优点，满足高阻尼支座对橡胶复合材料的性能指标要求，具有广阔的应用前景。
Claims (3)
1.一种高阻尼支座用复合材料，其特征在于：以质量份数计，具体组成如下：
滑动接枝聚合物选用天津微瑞超分子科技有限公司生产的S1000或M1000。
2.根据权利要求1所述的一种高阻尼支座用复合材料，其特征在于：丁腈橡胶中丙烯腈质量分数为24％～41％。
3.制备如权利要求1所述的一种高阻尼支座用复合材料的方法，其特征在于，制备工艺如下：(1)滑动接枝聚合物的预硫化，预硫化反应温度为150-180℃，反应时间为3-5小时；(2)按配方割取丁腈橡胶，采用双辊开炼机室温塑炼，然后按照配方加入活化剂、促进剂、炭黑、硫化剂，薄通后加入预交联的滑动接枝聚合物，混炼得到丁腈橡胶和滑动接枝聚合物的混炼胶。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510170693.3A CN104788759B (zh) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | 一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510170693.3A CN104788759B (zh) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | 一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104788759A CN104788759A (zh) | 2015-07-22 |
| CN104788759B true CN104788759B (zh) | 2017-07-18 |
Family
ID=53553972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510170693.3A Active CN104788759B (zh) | 2015-04-10 | 2015-04-10 | 一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104788759B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109021328B (zh) * | 2017-06-08 | 2020-08-25 | 上海交通大学 | 一种天然胶乳/聚轮烷共混材料及其制备方法 |
| CN108299700A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-07-20 | 嘉兴学院 | 一种新型高阻尼隔震橡胶复合材料、制备方法及其应用 |
| CN112679808B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-04-28 | 中裕铁信交通科技股份有限公司 | 一种低蠕变高阻尼橡胶材料及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102864739B (zh) * | 2012-09-10 | 2014-05-07 | 华中科技大学 | 一种环保型隔震橡胶支座及其制造方法 |
| CN103435984B (zh) * | 2013-07-22 | 2015-08-05 | 北京化工大学 | 一种采用交联滑动接枝聚合物增韧改性聚乳酸的方法 |
| CN104151636B (zh) * | 2014-08-03 | 2016-06-01 | 北京化工大学 | 一种高阻尼性能橡胶材料及制备方法 |
| CN104151635B (zh) * | 2014-08-03 | 2015-11-04 | 北京化工大学 | 一种隔震支座用高性能橡胶复合材料及其制备方法 |
-
2015
- 2015-04-10 CN CN201510170693.3A patent/CN104788759B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104788759A (zh) | 2015-07-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103205029A (zh) | 超高阻尼橡胶复合材料及其制备工艺 | |
| CN102634089B (zh) | 硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物及其生产方法 | |
| CN104788759B (zh) | 一种高阻尼支座用丁腈橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN101451001B (zh) | 一种用于减震橡胶的组合物及其制备方法和减震橡胶 | |
| CN104151635B (zh) | 一种隔震支座用高性能橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN104497366B (zh) | 减震支座用高强度高阻尼橡胶复合材料 | |
| CN102702642B (zh) | 一种eva发泡减震材料及其制备方法 | |
| CN104072883B (zh) | 一种基于三元乙丙橡胶的宽温域阻尼材料及其制备与应用 | |
| CN104151636B (zh) | 一种高阻尼性能橡胶材料及制备方法 | |
| CN102558496B (zh) | 室温固化聚氨酯弹性体组合物 | |
| CN101016392A (zh) | 一种交联型橡胶基阻尼材料及其制备方法 | |
| CN102464831A (zh) | 高铁减震垫板用微发泡热塑性弹性体及其制备方法 | |
| CN107698829A (zh) | 一种宽温域阻尼橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN107778432A (zh) | 一种tpu材料 | |
| CN102936377B (zh) | 一种宽温域高阻尼三元乙丙橡胶的制备方法 | |
| CN112266540A (zh) | 一种用于建筑橡胶支座的低模量超高阻尼的弹性材料 | |
| CN104744748A (zh) | 一种等壁厚螺杆钻具用耐油定子橡胶 | |
| CN102477179B (zh) | 一种耐油橡胶组合物和耐油橡胶及其制备方法 | |
| CN114478972B (zh) | 减震垫用高阻尼聚氨酯弹性体及其制备方法 | |
| CN103804733B (zh) | 一种汽轮机水泵机组用隔振橡胶材料及其制备方法 | |
| CN105199164A (zh) | 汽车真空助力器橡胶皮膜 | |
| CN106496825B (zh) | 一种橡塑共混阻尼橡胶及其制备方法 | |
| Wang et al. | Engine isolate mount elastomers | |
| CN113402788B (zh) | 含有阻尼改性剂的硫化组合物、硫化橡胶及其制备方法和应用 | |
| CN104004239A (zh) | 高性能螺杆泵定子橡胶组合物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |