CN111138791A - 一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡胶技术领域，具体的讲涉及一种特别适用于制造LNG储罐隔震橡胶支座的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及其制备方法。该新型橡胶由以天然橡胶、热塑性弹性体及聚烯烃弹性体构成的弹性体共混物为基体，添加胶乳通用配合剂混炼而成，其中，弹性体共混物的重量比例不低于胶粉组合物的37%，在弹性体共混物中，天然橡胶不超过热塑性弹性体、聚烯烃弹性体的4倍，胶乳通用配合剂包括但不限于防老剂、活化剂、补强剂、增塑剂和硫化剂。由该新型橡胶生产的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶支座具有物理机械强度高、抗老化、耐低温性能好，使用寿命长并且具有超高阻尼比、减隔震功能的特点。

Description

一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及其制备方法

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，具体的讲涉及一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及其制备方法，特别适用于制造LNG储罐的隔震橡胶支座。

背景技术

近年来，国内的大型液化天然气（LNG）项目建设越来越多，厂址的地质条件越来越复杂，由于LNG介质属于易燃易爆危险品，抵御突发性地震等自然灾害的能力是衡量LNG储罐安全性的重要指标，需要在设计建造时采用有效的减隔震措施进行防护。

橡胶支座在桥梁建筑、水电工程、房屋抗震设施上已广泛应用，具有构造简单、安装方便；价格低廉、养护简便、易于更换等优点，有良好的隔震作用，可显著减少负载冲击、地震力对建筑物的冲击作用。但是在通常使用的橡胶支座由于阻尼比相对较低，在较大烈度地震发生时无法满足LNG储罐的减隔震需求；其次是橡胶支座在使用过程中受日照、氧、臭氧、射线、生物和机械等各种因素的影响，老化、损坏是橡胶支座不可避免的，这一过程会导致板式橡胶支座性能的劣化，最终丧失使用功能，而LNG储罐用减隔震橡胶支座位于建筑物底部，上部储罐都为整体浇筑成型，支座的更换难度较大，因此需要LNG储罐用减隔震橡胶支座具有更高的耐老化性能，以延长支座的使用寿命。

发明内容

本发明的目的就是提供一种物理机械强度高、抗老化、耐低温性能好，使用寿命长并且具有超高阻尼比、减隔震功能的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及其制备方法，特别适用于LNG储罐的隔震橡胶支座。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，由以天然橡胶、热塑性弹性体及聚烯烃弹性体构成的弹性体共混物为基体，添加胶乳通用配合剂混炼而成；其中，所述弹性体共混物的重量比例不低于胶粉组合物的37%，在所述弹性体共混物中，所述天然橡胶不超过热塑性弹性体、聚烯烃弹性体的4倍，所述胶乳通用配合剂包括但不限于防老剂、活化剂、补强剂、增塑剂和/或硫化剂。

构成上述一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶的附加技术特征还包括：

——在胶粉组合物中，还包括石墨烯，所述石墨烯为所述弹性体共混物的2%至5%；

——所述石墨烯通过聚苯乙烯磺酸钠或磺化聚苯胺改性后经过超声波分散而成；

——所述天然橡胶为接枝改性天然橡胶；所述的热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物；所述的聚烯烃弹性体熔点为60~70℃，邵氏硬度为65~70，伸长率≥1000%，拉伸强度≥9MPa；

——所述补强剂为炭黑N117或炭黑N220与云母粉的组合物，其中，云母粉粒径为100~200 nm，炭黑N117或炭黑N220与云母粉的比例为2:1~3:1；

——所述增塑剂为脂肪二元酸脂类中癸二酸二辛脂、癸二酸二丁脂、已二酸二辛脂中的一种；

——所述硫化剂为硫磺和过氧化二异丙苯的混合物且二者比例为2:1~3:1；

——在胶粉组合物中，还包括阻尼树脂和压电阻尼材料且二者的重量份不低于所述弹性体共混物的30%，所述阻尼树脂与压电阻尼材料的重量份比例为1:3~1:2；

——所述阻尼树脂为聚降冰片烯树脂中的一种；所述压电阻尼材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅中的一种。

本发明还提供了一种用于制备上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶的制备方法，按照以下配比取得胶粉组合物：

构成所述弹性体共混物的天然橡胶为60~80重量份、热塑性弹性体为10~20重量份、聚烯烃弹性体为10~20重量份；

构成所述胶乳通用配合剂的活化剂为5~8重量份、防老剂为5~10重量份、补强剂为60~80重量份、增塑剂为5~15重量份、硫化剂为1~3重量份、促进剂为1~3重量份；

所述石墨烯为 2~5重量份；

所述阻尼树脂为8~20重量份、压电阻尼材料为15~45重量份；

其制备过程包括以下步骤：

在密炼机中将60~80重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60；

投入10~20重量份热塑性弹性体和10~20重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为120~150℃；

投入8~20重量份阻尼树脂和15~45重量份压电阻尼材料，混炼30~50秒；

依次投入5~8重量份活化剂、5~10重量份防老剂、2~5重量份石墨烯，混炼至温度130℃；

投入60~80重量份补强剂和5~15重量份增塑剂，混炼60~90秒或温度升至145℃时排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置8-12h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入1~3重量份硫化剂和1~3重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，在开炼机上下片得到橡胶片体。

进一步的，一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶支座的制备方法，

其特征在于：其由上述方法制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶片体和加劲钢板复合硫化而成，主要过程包括：

将一个或多个加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干；

将加劲钢板和由权利要求10制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶片体逐层交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为130~140℃，硫化压力8~10MPa。

本发明所提供的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及制备方法同现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶由以天然橡胶、热塑性弹性体及聚烯烃弹性体构成的弹性体共混物为基体，添加胶乳通用配合剂混炼而成；其中，弹性体共混物的重量比例不低于胶粉组合物的37%，在弹性体共混物中，天然橡胶不超过热塑性弹性体、聚烯烃弹性体的4倍，可以显著改善橡胶成品的物理机械性能，使其强度更高，耐老化性能更强；其二，由于热塑性弹性体选择为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物，苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物具有较好的耐低温性能，优异的耐老化性能，优良的电性能，良好的共混性，能与多种聚合物共混；聚烯烃弹性体（POE）熔点为60~70℃，邵氏硬度为65~70，伸长率≥1000%，拉伸强度≥9MPa，使其具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，硫化交联后的POE耐热温度被提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。本发明通过将聚烯烃弹性体（POE）和热塑性弹性体（SEBS）与天然橡胶共混得到的材料既具有较高的拉伸强度和弹性，同时具有优良的耐老化性能和耐低温性能，由此制造的超高阻尼橡胶支座具有使用寿命长，适用范围广、安全稳定的特点，尤其是适用于低温地区；其三，由于在胶粉组合物中，还包括阻尼树脂和压电阻尼材料且二者的重量份不低于弹性体共混物的30%，在改善橡胶弹性强度的基础上，提高了阻尼比，使之具有良好的耐磨性能，尤其是在超高阻尼橡胶支座发生变形时，粘弹性阻尼材料将机械振动转化为大分子链或链段的运动，通过分子间的内摩擦力把力学能转化为热能，起到阻尼效果；压电阻尼材料受到震动的干扰，将震动转化为电能，橡胶中的石墨烯导电粒子将电能转化为热能散发出去，从而起到减震作用；另外，添加阻尼树脂可以增强橡胶材料的粘性，在硫化过程中提高橡胶材料和加劲钢板的粘接强度，在橡胶使用过程中发生反复变形时与钢板之间不易产生剥离，提高橡胶支座的使用寿命。由此制造的超高阻尼橡胶支座具有阻尼比高，减震效果好的优点；其四，由于在胶粉组合物中，还包括石墨烯，其为弹性体共混物的2%至5%，石墨烯具有很高的拉伸强度，良好的导热和导电性能，通过在天然橡胶中加入石墨烯既可以提高天然橡胶的力学特性，同时可以赋予天然橡胶导热和导电性能，震动过程中，超高阻尼橡胶发生剪切应变，阻尼树脂将机械能转化为热能，压电阻尼材料将机械能转变为电能，产生的热能和电能通石墨烯传递到橡胶表面而散发出去，减轻热对橡胶内部分子链的破坏，同时提高压电阻尼材料对机械能的转化效率，进一步增加了阻尼比；其五，由于使用的补强剂为炭黑N117或炭黑N220与云母粉的混合物，其中，云母粉粒径为100~200 nm，炭黑N117或炭黑N220与云母粉的比例为2:1~3:1，云母粉具有独特的鳞片状结构，而且粒径小，表面活性高，对提高橡胶的阻尼比有很好的作用，同时具有一定的补强作用，但云母粉作为无机材料，在橡胶中较难分散均匀，与炭黑混合后，炭黑粒子与云母粉在微观结构上相互穿插，可以实现对云母粉的表面改性，增强云母粉与橡胶基体的亲和力，促进云母粉在橡胶基体中的分散。

附图说明

图1为本发明实施例1至4制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶支座与现有普通橡胶支座的性能试验对比。

具体实施方式

下面结合通过具有实施例对本发明所提供的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶及制备方法作进一步的详细说明。

实施例1

在密炼机中将60重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60，然后投入20重量份热塑性弹性体和20重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为150℃，然后投入10重量份阻尼树脂和20重量份压电阻尼材料，混炼35秒，然后依次投入5重量份活化剂、6重量份防老剂、2重量份石墨烯，混炼至温度130℃，然后投入75重量份补强剂和12重量份增塑剂，混炼温度升至145℃时排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置8h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入1.5重量份硫化剂和1.5重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，下片得到橡胶片体。

在将上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶用于制造橡胶支座的方法中，

将一块或多块加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干，加劲钢板和上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶逐层交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为135℃，硫化压力8MPa。

实施例2

在密炼机中将75重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60，然后投入10重量份热塑性弹性体和15重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为135℃，然后投入10重量份阻尼树脂和30重量份压电阻尼材料，混炼35秒，然后依次投入7重量份活化剂、8重量份防老剂、4重量份石墨烯，混炼至温度130℃，然后投入75重量份补强剂和9重量份增塑剂，混炼80秒排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置8h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入2.4重量份硫化剂和1.8重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，下片得到橡胶片体。

在将上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶用于制造橡胶支座的方法中，

将一块或多块加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干，加劲钢板和上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为140℃，硫化压力10MPa。

实施例3

在密炼机中将80重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60，然后投入10重量份热塑性弹性体和10重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为140℃，然后投入20重量份阻尼树脂和40重量份压电阻尼材料，混炼45秒，然后依次投入8重量份活化剂、10重量份防老剂、5重量份石墨烯，混炼至温度130℃，然后投入75重量份补强剂和9重量份增塑剂，混炼80秒排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置8h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入2重量份硫化剂和1.5重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，下片得到橡胶片体。

在将上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶用于制造橡胶支座的方法中，

将一块或多块加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干，加劲钢板和上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为140℃，硫化压力8MPa。

实施例4

在密炼机中将70重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60，然后投入20重量份热塑性弹性体和10重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为150℃，然后投入16重量份阻尼树脂和40重量份压电阻尼材料，混炼50秒，然后依次投入8重量份活化剂、10重量份防老剂、5重量份石墨烯，混炼至温度130℃，然后投入72重量份补强剂和12重量份增塑剂，混炼至温度145℃排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置10h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入2重量份硫化剂和1.5重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，下片得到橡胶片体。

在将上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶用于制造橡胶支座的方法中，

将一块或多块加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干，加劲钢板和上述弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为140℃，硫化压力10MPa。

将上述实施例中制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶支座与现有普通橡胶支座进行性能实验，得到以下对比数据：

由上述数据可知，与现有普通的高阻尼橡胶支座相比，本发明提供的超高阻尼橡胶支座具有具有阻尼比高，减震效果好，耐老化，耐腐蚀，耐低温，使用寿命长，适用范围广，尤其是在低温地区的优点。

Claims (11)

1.一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：由以天然橡胶、热塑性弹性体及聚烯烃弹性体构成的弹性体共混物为基体，添加胶乳通用配合剂混炼而成；其中，所述弹性体共混物的重量比例不低于胶粉组合物的37%，在所述弹性体共混物中，所述天然橡胶不超过热塑性弹性体、聚烯烃弹性体的4倍重量份，所述胶乳通用配合剂包括但不限于防老剂、活化剂、补强剂、增塑剂和/或硫化剂。

2.根据权利要求1所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：在胶粉组合物中，还包括石墨烯；所述石墨烯为所述弹性体共混物的2%至5%。

3.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述石墨烯通过聚苯乙烯磺酸钠或磺化聚苯胺改性后经过超声波分散而成。

4.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述天然橡胶为接枝改性天然橡胶；所述的热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物；所述的聚烯烃弹性体熔点为60~70℃，邵氏硬度为65~70，伸长率≥1000%，拉伸强度≥9MPa。

5.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述补强剂为炭黑N117或炭黑N220与云母粉的组合物；其中，云母粉粒径为100~200 nm，炭黑N117或炭黑N220与云母粉的重量份比例为2:1~3:1。

6.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述增塑剂为脂肪二元酸脂类中癸二酸二辛脂、癸二酸二丁脂、已二酸二辛脂中的一种。

7.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述硫化剂为硫磺和过氧化二异丙苯的混合物且二者的重量份比例为2:1~3:1。

8.根据权利要求1或2所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：在胶粉组合物中，还包括阻尼树脂和压电阻尼材料且二者的重量份不低于所述弹性体共混物的30%，所述阻尼树脂与压电阻尼材料的重量份比例为1:3~1:2。

9.根据权利要求8所述的一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，其特征在于：所述阻尼树脂为聚降冰片烯树脂中的一种；所述压电阻尼材料为锆钛酸铅、钛酸钡、铌镁酸铅中的一种。

10.一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1至9中任一所述的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶，按照以下配比取得胶粉组合物：

构成弹性体共混物的天然橡胶为60~80重量份、热塑性弹性体为10~20重量份、聚烯烃弹性体为10~20重量份；

构成胶乳通用配合剂的活化剂为5~8重量份、防老剂为5~10重量份、补强剂为60~80重量份、增塑剂为5~15重量份、硫化剂为1~3重量份、促进剂为1~3重量份；

石墨烯为 2~5重量份；

阻尼树脂为8~20重量份、压电阻尼材料为15~45重量份；

其制备过程包括以下步骤：

在密炼机中将60~80重量份天然橡胶塑炼至门尼粘度55~60；

投入10~20重量份热塑性弹性体和10~20重量份聚烯烃弹性体，混炼至温度为120~150℃；

投入8~20重量份阻尼树脂和15~45重量份压电阻尼材料，混炼30~50秒；

依次投入5~8重量份活化剂、5~10重量份防老剂、2~5重量份石墨烯，混炼至温度130℃；

投入60~80重量份补强剂和5~15重量份增塑剂，混炼60~90秒或温度升至145℃时排胶，在开炼机上下片待用；

室温下静置8-12h后再次放入密炼机中，在密炼机中加入1~3重量份硫化剂和1~3重量份促进剂，混合均匀后得到混炼胶，在开炼机上下片得到橡胶片体。

11.一种弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶支座的制备方法，其特征在于：其由权利要求10制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶和加劲钢板复合硫化而成，主要过程包括：

将一个或多个加劲钢板的双面涂刷胶粘剂晾干；

将加劲钢板和由权利要求10制备的弹性体增强型超高阻尼隔震橡胶片体逐层交替放置在模具中，在平板硫化机上加压加热硫化，硫化温度为130~140℃，硫化压力8~10MPa。

Images