CN109517227A - 一种压敏导电橡胶的制备方法及板式桥梁支座 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁支座技术领域，具体的讲涉及一种压敏型导电橡胶的制备方法以及用该压敏型导电橡胶制成的板式桥梁支座。其主要技术方案：首先按照重量配比称取制备原料，然后进行天然橡胶的塑炼，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡密炼，加入导电颗粒、补强剂、无机纳米颗粒、粘合增进剂混炼，最后加入硫磺和促进剂，下片制成混炼成品胶。利用该方法制备的压敏型导电橡胶具有受压体电阻灵敏，结构稳定耐用的特点，由该压敏型导电橡胶制成的板式桥梁支座具有监测精确、使用寿命长的优点。

Description

一种压敏导电橡胶的制备方法及板式桥梁支座

技术领域

本发明属于桥梁支座技术领域，具体的讲涉及一种压敏型导电橡胶的制备方法以及用该压敏型导电橡胶制成的板式桥梁支座。

背景技术

桥梁支座是连接桥梁梁体与梁墩的关键承重构件，其施工要求精确度高，否则一旦出现脱空、压偏等问题将严重影响桥梁安全运行。但是随着桥梁通行荷载和环境条件的变化，桥梁支座受力存在较大波动，不可避免出现压偏问题，长期偏压可能导致支座局部橡胶开裂失效、橡胶本体挤出等病害。尤其是，载重车辆超载现象是目前我国公路交通普遍面临的棘手问题，车辆超载导致桥梁承重超荷，极易对桥梁支座造成更多类型的损伤，进而引起整体结构受力状态的变化，造成更危险的安全隐患。

在传统管养模式下，支座损伤的产生和累积过程无法得到及时的发现和关注，容易发生病害累积。当前针对桥梁支座的检测尚以人工巡检方式为主，通过目测、简单量测等方式进行支座工作状态检查。但由于桥梁桥墩高度大、结构和附属设施复杂等因素，使得巡检工作常面临诸多问题和困难，桥梁支座巡检的频率和巡检效果均不够理想。因而不能及时发现桥梁支座所受的损伤，不能及时对支座进行更换，无法消除由此引起的桥梁结构安全隐患。

专利号为CN201610846253.X 的发明公开了一种智能桥梁支座，包括支座本体、压力传感器、侧面支架、位移传感器及无线信号发射器；所述支座本体底部边缘设置多个用于放置所述压力传感器的凹槽，用于放置所述位移传感器的所述侧面支架设置于所述支座本体的一侧面；所述凹槽位于所述支座本体下支座板边缘侧面中央位置，所述凹槽两端位置分别设置有固定和调节所述压力传感器位置的调节机构；所述压力传感器和所述位移传感器将采集到的数据通过使用导线相连的所述无线信号发射器进行传输。该智能桥梁支座结构复杂，制造成本高，使用中检修困难；其次是传感器为定点设置，受力监测不均匀，不能完全反馈桥梁支座的承重状况；再次是传感器缺乏保护，长期使用后故障率高，影响了桥梁支座的使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是提供一种监测桥梁压力灵敏、结构稳定耐用的新型压敏型导电橡胶的制备方法及板式桥梁支座。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种压敏型导电橡胶的制备方法，包括以下步骤，

步骤a），按照重量配比称取制备原料，其中包括天然橡胶90~120重量份、氧化锌4~6重量份、硬脂酸2~4重量份、防老剂4~8重量份、微晶蜡1~2重量份、导电颗粒20~50重量份、补强剂20~40重量份、无机纳米颗粒10~20重量份、粘合增进剂 0.1~0.3重量份、硫磺2~3重量份、促进剂1~2重量份；

步骤b），将按照步骤a）称取的上述天然橡胶投入到开炼机或密炼机中，将其塑炼至门尼粘度ML1+4,100℃为50~55；

步骤c），将按照步骤b）经过塑炼的所述天然橡胶和步骤a）称量的所述氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡一起投入到密炼机中，设定密炼机的转速为30~40转/分钟，混炼20~40秒后投入步骤a）称量的所述导电颗粒、补强剂、无机纳米颗粒、粘合增进剂，设定密炼机的转速20~30转/分钟，混炼至温度为135~140℃，然后排胶至开炼机上；

步骤d），等待步骤c）开炼机中的胶料温度降至80℃以下时，加入按照步骤a）称量的所述硫磺和促进剂，下片制成混炼成品胶。

构成上述一种压敏型导电橡胶的制备方法的附加技术特征还包括：

——所述的天然橡胶为国产一级标准胶SCR5；

——所述的防老剂至少包括防老剂DNP、防老剂4010NA、防老剂D中的一种；

——所述的导电颗粒为经偶联剂改性的镀银碳纤维和镀银镍粉的混合物，二者比例为2~6重量份:10~20重量份；

——所述的补强剂为粒径在20~40nm之间的乙炔炭黑，所述乙炔炭黑电阻率不大于2.5Ω·m；

——所述的无机纳米颗粒为氧化铝和/或二氧化硅；

——所述的粘合增进剂为环烷酸钴、硬脂酸钴、新癸酸钴中的一种。

本发明所提供的一种压敏型导电橡胶的制备方法同现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该制备方法中选用的原料配比科学，生产的压敏型导电橡胶质地均匀，全方位感应受压体电阻变化灵敏且具有很好结构强度，十分适宜于桥梁支座的加工；其二，按照该制备方法生产压敏型导电橡胶，进行塑炼、混炼、开炼下片，各个加工步骤清晰简明，施工环节标准可控，成品率高；其三，天然橡胶中添加经偶联剂改性的镀银碳纤维和镀银镍粉，高分子可以将导电粒子牢牢粘结在一起形成导电高分子材料，获得良好而稳定的导电性和可加工性，其耐压、耐热、耐老化性能和机械强度均有所增强。

本发明还提供了一种由上述压敏型导电橡胶制成的板式橡胶桥梁支座，主要由橡胶体支座板和设置于所述橡胶体支座板内部的一层或多层间隔分布的加劲钢板构成；其中，所述橡胶体支座板由权利要求1至7任一所述的压敏型导电橡胶制成，所述加劲钢板的表面具有黄铜镀层。

构成上述板式橡胶桥梁支座的附加技术特征还包括：

——所述黄铜镀层的厚度为0.2~0.3μm，所述黄铜镀层中铜含量为60%~80%。

由上述压敏型导电橡胶制成的板式橡胶桥梁支座，其生产步骤包括：

步骤（一），按照上述压敏型导电橡胶的制备方法方法获得压敏型导电橡胶混炼料；

步骤（二），制备设置于上述橡胶支座板内部的加劲钢板，包括以下步骤：

步骤e），首先按照桥梁支座的装配标准剪裁加劲钢板，使所述加劲钢板的尺寸与所述橡胶支座板相适应；

步骤f），对按照步骤e）剪裁后的所述加劲钢板进行除锈、喷砂，除锈等级在Sa2.5级以上或者St2级以上；

步骤g），在按照步骤f）经过除锈后的所述加劲钢板表面设置所述黄铜镀层，所述黄铜镀层的厚度为0.2~0.3μm，所述黄铜镀层中铜含量为60%~80%；

步骤（三），板式橡胶桥梁支座真空硫化成型，其中，将步骤（一）中获得的压敏型导电橡胶混炼料和按照步骤（二）获得的加劲钢板置于真空硫化模具中，硫化温度为143~150℃，硫化压力为5~10MPa，硫化时间根据板式橡胶桥梁支座厚度设定标准值。

本发明提供的由上述压敏型导电橡胶制成的板式橡胶桥梁支座以其制备方法与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该板式橡胶桥梁支座主要由橡胶体支座板和设置于橡胶体支座板内部的一层或多层间隔分布的加劲钢板构成，具有结构简单，加工方便，生产制造成本低的特点；其二，由于橡胶体支座板由上述的压敏型导电橡胶制成，可以实现实时监测桥梁承重状况，受力分布是否均匀，及时发现桥梁支座存在的压偏、脱空等暗伤，加劲钢板的表面具有黄铜镀层，具有结合紧密度高，粘接牢靠，抗压能力强的特点；其三，该板式橡胶桥梁支座的生产方法的过程环节清晰简洁，加工标准易于控制，生产周期短，桥梁支座的成品率高。

附图说明

图1为本发明一种压敏型导电橡胶的制备方法的示意图；

图2为本发明一种由压敏型导电橡胶制成的板式橡胶桥梁支座的结构示意图

图3为由压敏型导电橡胶制成板式橡胶桥梁支座的方法示意图;

图4为板式橡胶支座压力和体积电阻的曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的一种压敏型导电橡胶的制备方法的过程作进一步的详细说明。

参见图1，为本发明所提供的一种压敏型导电橡胶的制备方法的过程示意图。构成该压敏型导电橡胶的制备方法的步骤包括：

步骤a），按照重量配比称取制备原料，其中包括天然橡胶100重量份、氧化锌4重量份、硬脂酸2重量份、防老剂6重量份、微晶蜡1.8重量份、导电颗粒35重量份、补强剂30重量份、无机纳米颗粒15重量份、粘合增进剂 0.2重量份、硫磺2.5重量份、促进剂1.2重量份；

步骤b），将按照步骤a）称取的上述天然橡胶投入到开炼机或密炼机中，将其塑炼至门尼粘度ML1+4,100℃为50~55；

步骤c），将按照步骤b）经过塑炼的所述天然橡胶和步骤a）称量的氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡一起投入到密炼机中，设定密炼机的转速为30转/分钟，混炼30秒后投入步骤a）称量的导电颗粒、补强剂、无机纳米颗粒、粘合增进剂，设定密炼机的转速25转/分钟，混炼至温度为135℃，然后排胶至开炼机上；

步骤d），等待步骤c）开炼机中的胶料温度降至80℃以下时，加入按照步骤a）称量的硫磺和促进剂，下片制成混炼成品胶。

在构成上述压敏型导电橡胶的制备方法的步骤中，

——上述的天然橡胶为国产一级标准胶SCR5，其为结晶性橡胶，自补强性大，具有非常好的机械强度并且具有很好的气密性，由于综合性能良好，十分适合进行混炼，以改进橡胶性能，如成型粘性，拉伸强度等，从而全面提高橡胶制品的性能；

——优选地，上述的防老剂至少包括防老剂DNP、防老剂4010NA、防老剂D中的一种，能延缓高分子化合物老化，从而延长制品的使用寿命，其中，防老剂DNP有优良的耐热老化、耐天然老化和抗铜、锰等有害金属的作用,防老剂4010NA对臭氧、屈挠龟裂的防护性能特佳，适用于天然橡胶,防老剂D对制品热氧老化、曲挠龟裂老化等方便具有良好的防护效果，对有害金属也有一定的抑制钝化作用，可以直接加入胶料中使用，亦可与DNP、4010NA等防老剂并用，具有更优的防护效果；

——上述的导电颗粒为经偶联剂改性的镀银碳纤维和镀银镍粉的混合物，二者比例为2~6重量份:10~20重量份，这样得到的导电颗粒既具备良好的导电性，又提高了其抗氧化能力，同时也降低了生产成本；

——上述的补强剂为粒径在20~40nm之间的乙炔炭黑，乙炔炭黑的电阻率不大于2.5Ω·m，乙炔炭黑的粒径小,结构高,含碳量高,挥发分和灰分极低,故为电、热的良导体,对橡胶有较好的补强作用,添加乙炔炭黑的胶料定伸应力,硬度及生热高，可以给予胶料良好的导电和导热性能；

——优选地，上述的无机纳米颗粒为氧化铝和/或二氧化硅，其具有很高的硬度和很好的稳定性，抗紫外辐射，其熔、沸点也很高，具有良好的化学惰性和热力稳定性，纳米二氧化硅小颗粒形成网络结构，抑制胶体流动，提高固化速率，提高粘结效果，同时增加了胶的密封性能；

——为了增进橡胶与金属的粘合，上述的粘合增进剂为环烷酸钴、硬脂酸钴、新癸酸钴中的一种；

如图2所示，本发明还提供一种板式橡胶桥梁支座的实施方式，主要由橡胶体支座板1和设置于橡胶体支座板1内部的一层或多层间隔分布的加劲钢板2构成，其中，橡胶体支座板1由上述压敏型导电橡胶制成，加劲钢板2的表面具有黄铜镀层3。

其工作原理为，将该板式橡胶支座置于桥梁梁体与梁墩之间，与梁体和梁墩固定的预埋钢板4连接，预埋钢板4通过导线与包括检测电源在内的监测系统连接，即橡胶体支座板1受压体电阻变化实时反馈桥梁的承重状况和受力分布，其内部的加劲钢板2起到骨架支撑的作用，提高橡胶体支座板1的结构强度。

在构成上述板式橡胶桥梁支座的结构中，

——优选地，上述黄铜镀层3的厚度为0.2~0.3μm，黄铜镀层3中铜含量为60%~80%。

由上述压敏型导电橡胶制成的板式橡胶桥梁支座，如图3所示，其生产过程包括：

步骤（一），按照上述压敏型导电橡胶的制备方法方法获得压敏型导电橡胶混炼料；

步骤（二），制备设置于上述橡胶支座板内部的加劲钢板2，包括以下步骤：

步骤e），首先按照桥梁支座的装配标准剪裁加劲钢板2，使所述加劲钢板2的尺寸与所述橡胶支座板相适应；

步骤f），对按照步骤e）剪裁后的所述加劲钢板2进行除锈、喷砂，除锈等级在Sa2.5级以上或者St2级以上；

步骤g），在按照步骤f）经过除锈后的所述加劲钢板2表面设置所述黄铜镀层3，所述黄铜镀层3的厚度为0.2~0.3μm，所述黄铜镀层3中铜含量为60%~80%；

步骤（三），板式橡胶桥梁支座真空硫化成型，其中，将步骤（一）中获得的压敏型导电橡胶混炼料和按照步骤（二）获得的加劲钢板2置于真空硫化模具中，硫化温度为143℃，硫化压力为6MPa，支座规格为GYZ 450*99，硫化时间为140分钟。

该实施例中板式橡胶支座压力和体积电阻的曲线如图4所示

作为另一种上述制备压敏型导电橡胶的实施方式，还可以按以下比例称取制备原料：天然橡胶110重量份、氧化锌5重量份、硬脂酸3重量份、防老剂6重量份、微晶蜡 2重量份、导电颗粒40重量份、补强剂30重量份、无机纳米颗粒20重量份、粘合增进剂0.2重量份、硫磺2.6重量份、促进剂1.4重量份；

然后将天然橡塑炼至门尼粘度ML1+4,100℃为50~55，将塑炼好的天然橡胶和氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡一起投入到密炼机中，转速35转/分钟，混炼20秒；

投入称量好的导电颗粒、补强剂、无机纳米颗粒、粘合增进剂，转速25转/分钟，混炼至温度为140℃，然后排胶至开炼机上；

待温度降至80℃以下时，加入硫磺和促进剂，下片待用；

其他步骤与第一实施例相同。

Claims (10)

1.一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤a），按照重量配比称取制备原料，其中包括天然橡胶90~120重量份、氧化锌4~6重量份、硬脂酸2~4重量份、防老剂4~8重量份、微晶蜡1~2重量份、导电颗粒20~50重量份、补强剂20~40重量份、无机纳米颗粒10~20重量份、粘合增进剂 0.1~0.3重量份、硫磺2~3重量份、促进剂1~2重量份；

步骤b），将按照步骤a）称取的上述天然橡胶投入到开炼机或密炼机中，将其塑炼至门尼粘度ML1+4,100℃为50~55；

步骤c），将按照步骤b）经过塑炼的所述天然橡胶和步骤a）称量的所述氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡一起投入到密炼机中，设定密炼机的转速为30~40转/分钟，混炼20~40秒后投入步骤a）称量的所述导电颗粒、补强剂、无机纳米颗粒、粘合增进剂，设定密炼机的转速20~30转/分钟，混炼至温度为135~140℃，然后排胶至开炼机上；

步骤d），等待步骤c）开炼机中的胶料温度降至80℃以下时，加入按照步骤a）称量的所述硫磺和促进剂，下片制成混炼成品胶。

2.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的天然橡胶为国产一级标准胶SCR5。

3.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的防老剂至少包括防老剂DNP、防老剂4010NA、防老剂D中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的导电颗粒为经偶联剂改性的镀银碳纤维和镀银镍粉的混合物，二者比例为2~6重量份:10~20重量份。

5.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的补强剂为粒径在20~40nm之间的乙炔炭黑，所述乙炔炭黑电阻率不大于2.5Ω·m。

6.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的无机纳米颗粒为氧化铝和/或二氧化硅。

7.根据权利要求1所述的一种压敏型导电橡胶的制备方法，其特征在于：所述的粘合增进剂为环烷酸钴、硬脂酸钴、新癸酸钴中的一种。

8.一种板式橡胶桥梁支座，其特征在于：主要由橡胶体支座板和设置于所述橡胶体支座板内部的一层或多层间隔分布的加劲钢板构成，其中，所述橡胶体支座板由权利要求1至7任一所述的压敏型导电橡胶制成，所述加劲钢板的表面具有黄铜镀层。

9.根据权利要求8所述的一种板式橡胶桥梁支座，其特征在于：所述黄铜镀层的厚度为0.2~0.3μm，所述黄铜镀层中铜含量为60%~80%。

10.一种制备权利要求9所述的板式橡胶桥梁支座的方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤（一），按照权利要求1至7任一所述压敏型导电橡胶的制备方法方法获得压敏型导电橡胶混炼料；

步骤（二），制备设置于所述橡胶支座板内部的加劲钢板，包括以下步骤：

步骤e），首先按照桥梁支座的装配标准剪裁加劲钢板，使所述加劲钢板的尺寸与所述橡胶支座板相适应；

步骤f），对按照步骤e）剪裁后的所述加劲钢板进行除锈、喷砂，除锈等级在Sa2.5级以上或者St2级以上；

步骤g），在按照步骤f）经过除锈后的所述加劲钢板表面设置所述黄铜镀层，所述黄铜镀层的厚度为0.2~0.3μm，所述黄铜镀层中铜含量为60%~80%；

步骤（三），板式橡胶桥梁支座真空硫化成型，其中，将步骤（一）中获得的压敏型导电橡胶混炼料和按照步骤（二）获得的加劲钢板置于真空硫化模具中，硫化温度为143~150℃，硫化压力为5~10MPa，硫化时间根据板式橡胶桥梁支座厚度设定标准值。