CN106009093A - 一种纳米橡胶支座专用材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种纳米橡胶支座专用材料，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂2～6份，促进剂0.1～1.0份，防老剂3～10份，硫磺1.5～3份，炭黑15～25份，改性纳米二氧化硅3～8份。本发明采用粒径更小，比表面积大，表面活性较高的纳米级配合剂均匀地分散在橡胶基体中，与橡胶分子链形成较高密度的三维交联网络结构，采用该专用材料制作的纳米橡胶支座使用寿命更长，抗震复位能力更优，减震隔震效果更好。

Description

一种纳米橡胶支座专用材料
技术领域
本发明属于橡胶支座专用材料技术领域，具体涉及一种纳米橡胶支座专用材料。
背景技术
现有的隔震橡胶支座主要采用多层橡胶垫与钢板交替堆叠，通过模具整体热硫化加工而成，具有良好的竖向承载能力和水平变形能力，在地震时能有效地延长建筑物的自震周期，从而提高建筑物的抗震减震能力。但是由于橡胶自身所具有的导热性差、自然环境下易老化等缺点，使得厚制品的橡胶支座主要采用低温长时间的硫化方式，生产效率较低，使用寿命较短。同时由于橡胶支座反复的受到地震时产生的水平预应力作用，有可能导致其复位能力减弱，从而影响建筑物的结构稳定性。
纳米橡胶是指经纳米填料改性所得的胶料。因纳米填料具有粒径小，比表面积大等特性，使得纳米填料易与聚合物充分吸附、键合，从而改善胶料的综合性能。中国专利CN1598155A公布了一种纳米改性橡胶支座，该橡胶支座主要针对桥梁中常用的板式橡胶支座，采用纳米碳酸钙与炭黑并用作为填料，虽然改善了橡胶支座的压缩变形性和耐老化性，但对橡胶支座的硫化特性及地震后其复位能力的研究相对较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种纳米橡胶支座专用材料。该专用材料采用纳米级配合剂，粒径更小，比表面积大，表面具有较高的物理化学反应活性，能够在橡胶基体中均匀分散，与橡胶分子链紧密结合，形成较高密度的网络结构，采用该专用材料制作的纳米橡胶支座使用寿命更长，减震隔震效果更好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂2～6份，促进剂0.1～1.0份，防老剂3～10份，硫磺1.5～3份，炭黑15～25份，改性纳米二氧化硅3～8份。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂3～5份，促进剂0.2～0.7份，防老剂4～8份，硫磺1.6～2.5份，炭黑16～20份，改性纳米二氧化硅4～7份。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述天然橡胶为烟胶片和标准胶中一种或两种。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述促进剂为秋兰姆类促进剂、噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂的一种或两种以上。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述秋兰姆类促进剂为一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆或四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆；所述噻唑类促进剂为二硫化二苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑或2-巯基苯并噻唑；所述次磺酰胺类促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-氧联二亚乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺或N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述防老剂为N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体、N-苯基-N'-环己基对苯二胺、N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺和N,N'-二苯基-对苯二胺中的一种或两种以上。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述硫磺为硫磺粉、胶体硫磺磺、不溶性硫磺和升华硫磺中的一种或两种以上。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述炭黑为粒径为100nm～130nm的喷雾炭黑，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10cm3/g～1.23cm3/g。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述活性剂为纳米氧化锌和硬脂酸的混合物，所述混合物中纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：(0.3～0.7)，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm。
上述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本发明纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：按上述重量份将天然橡胶、活化剂、促进剂、防老剂、炭黑、改性纳米二氧化硅和硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所述纳米橡胶专用材料中的纳米级配合剂，与普通的配合剂相比，粒径更小，比表面积大，表面具有较高的物理化学反应活性，能够在橡胶基体中均匀分散，与橡胶分子链紧密结合，形成较高密度的网络结构。
2、本发明所述炭黑和改性纳米二氧化硅在相同的质量份数下，粒径太大，其比表面积较小且表面活性低，使其限制橡胶分子链运动的能力大大下降，从而使材料的综合力学性能降低；粒径太小，易于发生团聚且单位面积内其具有高弹性能的橡胶分子相对体积较少，从而使材料的回弹力降低。
3、本发明所述粒径范围的活性剂纳米氧化锌，具有较强的表面活性且不易发生团聚，能够快速的活化硫磺单体，在硫化橡胶时形成大量具有高裂解能的单硫交联键，提高了橡胶制品的硫化反应速率、热老化性能及综合力学性能，所述三维链状结构的纳米二氧化硅能对波长499nm以内的紫外线反射率达70％～80％，使橡胶支座具有一定的抗紫外线能力，从而延长橡胶支座的使用寿命，使橡胶支座与建筑同寿命的安全系数大大增加。
4、本发明所述喷雾炭黑具有较高的表面结构，使橡胶制品具有良好的回弹性，有利于改善地震后橡胶支座的复位能力。
5、根据标准《橡胶支座第3部分：建筑橡胶支座》中天然橡胶支座和铅芯橡胶支座内部橡胶材料的物理性能要求，本发明所述纳米橡胶支座专用材料的拉伸强度和拉断伸长率分别提高了20％和7％以上，综合力学性能显著提高；正硫化时间有所缩短，相对硫化速率提高；压缩永久变形，老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率均在允许范围内且值域相对较小，紫外老化均未出现龟裂，胶料的回弹性及耐老化性能显著提高。
下面通过实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例1
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：烟胶片100份，纳米氧化锌和硬脂酸共4份，一硫化四甲基秋兰姆0.3份，N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺0.2份，N-苯基-β-萘胺4.5份，N-苯基-N'-环己基对苯二胺2份，硫磺粉2.5份，喷雾炭黑20份，改性纳米二氧化硅5.5份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.5，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸，一硫化四甲基秋兰姆，N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺，N-苯基-β-萘胺，N-苯基-N'-环己基对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和硫磺粉依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例2
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：烟胶片50份，标准胶50份，纳米氧化锌和硬脂酸共5份，一硫化四甲基秋兰姆0.3份，2-巯基苯并噻唑锌盐0.3份，N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺0.2份，N-苯基-N'-环己基对苯二胺2份，N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺或N,N'-二苯基-对苯二胺3份，硫磺粉1.5份，胶体硫磺1份，喷雾炭黑22份，改性纳米二氧化硅6份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.6，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将烟胶片，标准胶，纳米氧化锌，硬脂酸，一硫化四甲基秋兰姆，2-巯基苯并噻唑锌盐，N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺，N-苯基-N'-环己基对苯二胺，N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺或N,N'-二苯基-对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅，硫磺粉和胶体硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例3
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：烟胶片100份，纳米氧化锌和硬脂酸共4份，四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆0.6份，N-苯基-β-萘胺2份、N-苯基-α-苯胺3份，硫磺粉0.5份，胶体硫磺0.5份，不溶性硫磺0.7份，升华硫磺0.7份，喷雾炭黑25份，改性纳米二氧化硅5份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.5，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸，四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆，N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和硫磺粉，胶体硫磺，不溶性硫磺，升华硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例4
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：标准胶100份，纳米氧化锌和硬脂酸共3份，二硫化四乙基秋兰姆0.3份，2-巯基苯并噻唑0.4份，N-苯基-N'-环己基对苯二胺4份，N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺4份，升华硫磺2份，喷雾炭黑18份，改性纳米二氧化硅4份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.4，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将标准胶，纳米氧化锌，硬脂酸，二硫化四乙基秋兰姆，2-巯基苯并噻唑，N-苯基-N'-环己基对苯二胺，N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和升华硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例5
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：烟胶片100份，纳米氧化锌和硬脂酸共6份，N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1份，2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体10份，不溶性硫磺1.5份，喷雾炭黑25份，改性纳米二氧化硅8份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.7，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸，N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和不溶性硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例6
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：烟胶片100份，纳米氧化锌和硬脂酸共6份，N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺0.3份，N-苯基-β-萘胺2份、N-苯基-α-苯胺2份、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹聚合体1份、N-苯基-N'-环己基对苯二胺2份，硫磺粉1份，胶体硫磺1份，不溶性硫磺1份，喷雾炭黑20份，改性纳米二氧化硅6份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.5，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将烟胶片，纳米氧化锌，硬脂酸，N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺，N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹聚合体、N-苯基-N'-环己基对苯二胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和硫磺粉，胶体硫磺和不溶性硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
实施例7
本实施例纳米橡胶支座专用材料由以下重量份的原料制成：标准胶100份，纳米氧化锌和硬脂酸共2份，二硫化二苯并噻唑0.1份，N-苯基-α-苯胺3份，胶体硫磺3份，喷雾炭黑15份，改性纳米二氧化硅3份；所述纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：0.3，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm；所述喷雾炭黑的粒径为100nm～130nm，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10～1.23cm3/g；所述改性纳米二氧化硅为钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
本实施例纳米橡胶支座专用材料的制备工艺为：将标准胶，纳米氧化锌，硬脂酸，二硫化二苯并噻唑，N-苯基-α-苯胺，喷雾炭黑，改性纳米二氧化硅和胶体硫磺依次加入密炼机中混炼后排胶，在开炼机上薄通，最后下片冷却，得到纳米橡胶支座专用材料。
表1为实施例1～7制备的纳米橡胶支座专用材料的实验结果
根据标准《橡胶支座第3部分：建筑橡胶支座》中天然橡胶支座和铅芯橡胶支座内部橡胶材料的物理性能要求，从表1可以看出，本发明所述纳米橡胶支座专用材料的拉伸强度和拉断伸长率分别提高了20％和7％以上，综合力学性能显著提高；正硫化时间有所缩短，相对硫化速率提高；压缩永久变形，老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率均在允许范围内且值域相对较小，紫外老化均未出现龟裂，胶料的回弹性及耐老化性能显著提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂2～6份，促进剂0.1～1.0份，防老剂3～10份，硫磺1.5～3份，炭黑15～25份，改性纳米二氧化硅3～8份。
2.根据权利要求1所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，由以下重量份的原料制成：天然橡胶100份，活性剂3～5份，促进剂0.2～0.7份，防老剂4～8份，硫磺1.6～2.5份，炭黑16～20份，改性纳米二氧化硅4～7份。
3.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述天然橡胶为烟胶片和标准胶中一种或两种。
4.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述促进剂为秋兰姆类促进剂、噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂的一种或两种以上。
5.根据权利要求4所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述秋兰姆类促进剂为一硫化四甲基秋兰姆、二硫化四乙基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆或四硫化双(1,5-亚戊基)秋兰姆；所述噻唑类促进剂为二硫化二苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑或2-巯基苯并噻唑；所述次磺酰胺类促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N,N-2二环己基-2,2-二苯并噻唑次磺酰胺、N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-氧联二亚乙基-2-苯并噻唑次磺酰胺或N-氧二亚乙基硫代氨基甲酰-N'-氧二亚乙基次磺酰胺。
6.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述防老剂为N-苯基-β-萘胺、N-苯基-α-苯胺、2，2，4-三甲基1，2-二氢化喹啉聚合体、N-苯基-N'-环己基对苯二胺、N-苯基-N'-异丙基-对苯二胺和N,N'-二苯基-对苯二胺中的一种或两种以上。
7.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述硫磺为硫磺粉、胶体硫磺、不溶性硫磺和升华硫磺中的一种或两种以上。
8.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述炭黑为粒径为100nm～130nm的喷雾炭黑，所述喷雾炭黑的DBP吸收值为1.10cm3/g～1.23cm3/g。
9.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述活性剂为纳米氧化锌和硬脂酸的混合物，所述混合物中纳米氧化锌和硬脂酸的质量比为1：(0.3～0.7)，所述纳米氧化锌的粒径为50nm～100nm。
10.根据权利要求1或2所述的一种纳米橡胶支座专用材料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅为硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂改性的纳米二氧化硅；所述纳米二氧化硅的粒径为20nm～55nm。
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