CN117801392B - 一种隧道衬砌用橡胶减震垫及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种隧道衬砌用橡胶减震垫及其制备方法和应用，属于减隔震技术领域。本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构，即变形空间。在本发明中，所述的橡胶主体为具有高弹性的橡胶材料，所述的变形空间的截面为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”，发生震动时，隧道围岩会产生对隧道衬砌的冲击，橡胶减震垫位于隧道围岩和衬砌中间位置，在施工过程中，橡胶减震垫周围被混凝土包裹，外部没有变形空间，本发明所提供的隧道衬砌用橡胶减震垫在结构上设置有变形空间，在受到压力时，隧道衬砌用橡胶减震垫可发生均匀变形，起到良好的减隔震作用。
Description
技术领域
本发明涉及减隔震技术领域，特别涉及一种隧道衬砌用橡胶减震垫及其制备方法和应用。
背景技术
我国交通运输管线不断发展，隧道及地下工程建设规模也不断扩大，随着我国隧道建设工程迅猛发展，在西部地区的部分隧道处于高烈度地震地区，地震对于隧道的危害不容忽视。目前隧道结构主要以“抗震”设计为主。隧道结构由围岩和衬砌共同组成，现有规范仅将隧道衬砌结构的安全作为隧道抗震的唯一衡量标准，但在发生地震时，围岩和衬砌之间会发生“硬碰硬”的现象，导致隧道衬砌产生破坏。将“隔震”理念引入到隧道抗震设计中，在围岩和衬砌之间设置柔性隔震层。当地震时，通过柔性隔震层的剪切及压缩变形改变震动周期，延缓地震对衬砌的破坏。但是单纯铺设一道橡胶隔震层，在施工时浇筑混凝土过程中将橡胶垫完全包裹在混凝土中，隔震层无法实现变形，失去了应有的隔震效果，而且隔震层设置在隧道衬砌和围岩之间，在隧道服役期间无法更换，因此橡胶垫需要具有良好的耐老化性能，以实现与隧道的同寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种隧道衬砌用橡胶减震垫及其制备方法和应用。本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫自身具有变形能力，并且具有动倍率低、耐疲劳、耐老化的优点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种隧道衬砌用橡胶减震垫，所述橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构；
所述橡胶主体层包括以下质量份的制备原料：
反式异戊橡胶 60~80份；
顺丁橡胶 20~40份；
氧化锌 4~8份；
硬脂酸 2~4份；
防老剂 3~7份；
炭黑 30~50份；
功能性补强剂 20~40份；
促进剂 1.5~3份；
硫化剂 4~8份。
优选的，所述自由变形中空结构的截面形状为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”；
相邻自由变形中空结构的间隔距离为15~25mm。
优选的，所述的反式异戊橡胶为反式-1,4-聚异戊二烯，门尼粘度为80~85，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400%；
所述顺丁橡胶为高顺式丁二烯橡胶。
优选的，所述防老剂为亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的混合物，所述亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的质量比为1~2:1；
所述炭黑为非污染高定伸半补强炉黑N774。
优选的，所述功能性补强剂为萨博菲；所述萨博菲为具有纳米片层状结构的粘土填料，片层的平均直径为300~500nm，片层平均厚度为50~70nm，比表面积为30~40m2/g；pH值为8~10。
优选的，所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化二苯并噻唑的混合物，所述N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化二苯并噻唑的质量比为1~2:1。
优选的，所述硫化剂为1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的混合物，所述1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的质量比为1~3:1。
本发明提供了上述隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，包括以下步骤：
将反式异戊橡胶投入到密炼机内，进行塑炼，得到塑炼反式异戊橡胶；
向所述塑炼反式异戊橡胶中加入顺丁橡胶，进行第一混炼，得到第一混炼产物；
向所述第一混炼产物中加入氧化锌、硬脂酸和防老剂，进行第二混炼，得到第二混炼产物；
向所述第二混炼产物中加入炭黑和功能性补强剂，进行第三混炼，得到混炼胶；
对所述混炼胶进行第一挤出、压延成型和冷却，得到胶片，所述胶片的温度为80~90℃；
将所述胶片与促进剂和硫化剂混合，进行第二挤出，得到密实胶片；
采用销钉式挤出机对所述密实胶片进行挤出成型，经硫化后得到隧道衬砌用橡胶减震垫；
所述销钉式挤出机的挤出模具有多个并排的、截面形状与自由变形中空结构截面形状对应的模芯。
优选的，所述塑炼的转速为40~48转/分钟；所述塑炼的温度≤130℃，时间为2~5分钟；
所述第一混炼的转速为40~48转/分钟，时间为2~4分钟；
所述第二混炼的转速为40~48转/分钟，时间为1~3分钟；
所述第三混炼的温度为145~160℃，时间为3~6分钟；
所述第一挤出采用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机挤出的转速为15~30转/分钟；所述压延成型为双辊压延机成型，所述双辊压延机的出片速度为10~15转/分钟，辊筒间距为4~8mm；
所述第二挤出采用热喂料排气式挤出机。
本发明提供了上述隧道衬砌用橡胶减震垫在隧道衬砌减震中的应用。
本发明提供了一种隧道衬砌用橡胶减震垫，所述橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构；所述橡胶主体层包括以下质量份的制备原料：反式异戊橡胶 60~80份；顺丁橡胶 20~40份；氧化锌 4~8份；硬脂酸 2~4份；防老剂3~7份；炭黑 30~50份；功能性补强剂 20~40份；促进剂 1.5~3份；硫化剂 4~8份。本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构，即变形空间。在本发明中，所述的橡胶主体为具有高弹性的橡胶材料，发生震动时，隧道围岩会产生对隧道衬砌的冲击，橡胶减震垫位于隧道围岩和衬砌中间位置，在施工过程中，橡胶减震垫周围被混凝土包裹，外部没有变形空间，本发明所提供的隧道衬砌用橡胶减震垫在结构上设置有变形空间，在受到压力时，隧道衬砌用橡胶减震垫可发生均匀变形，起到良好的减隔震作用。
本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫具有高回弹性、耐疲劳性的优点，在工程建筑领域具有很好的应用前景，尤其是适用于烈度地区地区隧道接缝处产生的较大变形的止水带。
进一步的，本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫以具有优异弹性和耐久性的反式异戊橡胶作为主体材料，配合高顺式丁二烯橡胶，进一步提高了橡胶的回弹性，降低动倍率；通过添加炭黑N774，既可对主体材料进行补强，又可使硫化后的橡胶材料具有良好的弹性和较低的动倍率；功能性补强剂萨博菲粒子具有超细纳米级粒径，粒子越细对橡胶增强效果越好，且其在橡胶中具有良好的分散效果，可有效降低橡胶动态运动下的滞后性，提高橡胶的回弹性，降低动倍率；本发明硫化剂采用多功能交联剂WY988（1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫-己烷）和DTDM（4，4’-二硫代二吗啉）的混合物，在橡胶硫化交联过程中生产的交联键主要为碳-碳键和单硫键，具有较高的键能，可有效提高橡胶材料的耐老化性能；而且多功能交联剂WY988形成的交联键中含有具有柔顺性的碳硫杂链交联键，亦可大大提高硫化橡胶的耐疲劳性能。
本发明中采用的防老剂为反应型防老剂亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺，在不饱和橡胶的混炼和硫化过程中，防老剂在热的作用下与橡胶化学结合，成为橡胶网络结构的一部分，因而不会被水或有机溶剂抽出，可在隧道内潮湿环境下起到长久防护效果。
本发明提供了上述隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，本发明采用混炼的方式将原料混炼成混炼胶，通过对所述混炼胶进行第一挤出、压延成型得到胶片，通过第二挤出排出胶片中的气体，得到密实胶片；通过销钉式挤出机对密实胶片进行挤出硫化成型，一方面，能够使橡胶主体层具有高密实度，提高橡胶减震垫的耐疲劳性能；另一方面，挤出模具中并列设置的模芯能够在橡胶主体层中引入多个自由变形中空结构，形成变形空间，在受到压力时，隧道衬砌用橡胶减震垫可发生均匀变形，起到良好的减隔震作用。同时，本发明提供的制备方法操作简单，成本低廉，易于实现工业化批量生产。
附图说明
图1为含有“糖葫芦形”自由变形中空结构的橡胶减震垫的结构示意图；
图2为含有反向“糖葫芦形”自由变形中空结构的橡胶减震垫的结构示意图；
图3为销钉式挤出机挤出模具的结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种隧道衬砌用橡胶减震垫，所述橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构；
所述橡胶主体层包括以下质量份的制备原料：
反式异戊橡胶 60~80份；
顺丁橡胶 20~40份；
氧化锌 4~8份；
硬脂酸 2~4份；
防老剂 3~7份；
炭黑 30~50份；
功能性补强剂 20~40份；
促进剂 1.5~3份；
硫化剂 4~8份。
如无特殊说明，本发明所用原料的来源均为市售。
在本发明中，所述橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构。在本发明中，所述自由变形中空结构的截面形状优选为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”。在本发明中，所述“糖葫芦形”指的是由多个扁圆形堆砌而成的形状，所述反向“糖葫芦形”类似于竹节形或脊柱形，指的是由多个的两侧向内弧形凹陷的长方体堆砌而成的形状。
在本发明中，所述隧道衬砌用橡胶减震垫的整体宽度优选为300~600 mm，更优选为400~500mm；厚度优选为15~45mm，更优选为20~40mm，进一步优选为30mm。
在本发明中，单个自由变形中空结构的截面积优选为50~80 mm2；全部自由变形中空结构的截面积占橡胶减震垫截面积的20~30%。
在本发明中，相邻自由变形中空结构的间隔距离优选为15~25mm。
在本发明中，含有“糖葫芦形”自由变形中空结构的橡胶减震垫的结构示意图如图1所示，图1中，1为橡胶主体层，2为自由变形中空结构。
含有反向“糖葫芦形”自由变形中空结构的橡胶减震垫的结构示意图如图2所示，图2中，1为橡胶主体层，2为自由变形中空结构。
以质量份数计，本发明橡胶主体层的制备原料包括60~80份的反式异戊橡胶，优选为65~75份，更优选为70份。在本发明中，所述反式异戊橡胶优选为反式-1,4-聚异戊二烯，所述反式-1,4-聚异戊二烯的门尼粘度优选为80~85，拉伸强度优选≥25MPa，断裂伸长率优选≥400%。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括20~40份的顺丁橡胶，优选为25~35份，更优选为30份。在本发明中，所述顺丁橡胶优选为高顺式丁二烯橡胶。本发明以具有优异弹性和耐久性的的反式异戊橡胶作为主体材料，配合高顺式丁二烯橡胶，进一步提高了橡胶的回弹性，降低动倍率低。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括4~8份的氧化锌，优选为5~7份。在本发明中，所述氧化锌的作用是作为无机活性剂，能加速硫化速率，还能提高交联程度。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括2~4份的硬脂酸，优选为3份。在本发明中，所述硬脂酸的作用是与氧化锌反应生成硬脂酸锌起活性剂作用。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括3~7份的防老剂，优选为4~6份。在本发明中，所述防老剂优选为亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的混合物，所述亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的质量比优选为1~2:1，更优选为1.5:1。本发明以亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺作为复合防老剂，在不饱和橡胶的混炼和硫化过程中，防老剂在热的作用下与橡胶化学结合，成为橡胶网络结构的一部分，因而不会被水或有机溶剂抽出，可在隧道内潮湿环境下起到长久防护效果。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括30~50份的炭黑，优选为35~45份，更优选为40份。在本发明中，所述炭黑优选为非污染高定伸半补强炉黑N774。本发明通过添加炭黑N774，既可对主体材料进行补强，又可使硫化后的橡胶材料具有良好的弹性和较低的动倍率。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括20~40份的功能性补强剂，优选为25~35份，更优选为30份。在本发明中，所述功能性补强剂优选为萨博菲；所述萨博菲为具有纳米片层状结构的粘土填料，片层的平均直径优选为300~500nm，更优选为400nm；片层平均厚度优选为50~70nm，更优选为60nm；比表面积优选为30~40m2/g，更优选为35m2/g；pH值优选为8~10，更优选为9。在本发明中，功能性补强剂萨博菲粒子具有超细纳米级粒径，粒子越细对橡胶增强效果越好，且其在橡胶中具有良好的分散效果，可有效降低橡胶动态运动下的滞后性，提高橡胶的回弹性，降低动倍率。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括1.5~3份的促进剂，优选为2~2.5份。在本发明中，所述促进剂优选为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺（促进剂NS）和二硫化二苯并噻唑（DM）的混合物，所述N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化二苯并噻唑的质量比优选为1~2:1，更优选为1.5:1。在本发明中，所述促进剂的作用是降低硫化温度、缩短硫化时间。
以所述反式异戊橡胶的质量份数为基准，本发明橡胶主体层的制备原料包括4~8份的硫化剂，优选为5~7份。在本发明中，所述硫化剂优选为1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的混合物，所述1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的质量比优选为1~3:1，更优选为2:1。本发明硫化剂采用多功能交联剂WY988（1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫-己烷）和DTDM（4，4’-二硫代二吗啉）的混合物，在橡胶硫化交联过程中生产的交联键主要为碳-碳键和单硫键，具有较高的键能，可有效提高橡胶材料的耐老化性能；而且多功能交联剂WY988形成的交联键中含有具有柔顺性的碳硫杂链交联键，亦可大大提高硫化橡胶的耐疲劳性能。
本发明提供了上述隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，包括以下步骤：
将反式异戊橡胶投入到密炼机内，进行塑炼，得到塑炼反式异戊橡胶；
向所述塑炼反式异戊橡胶中加入顺丁橡胶，进行第一混炼，得到第一混炼产物；
向所述第一混炼产物中加入氧化锌、硬脂酸和防老剂，进行第二混炼，得到第二混炼产物；
向所述第二混炼产物中加入炭黑和功能性补强剂，进行第三混炼，得到混炼胶；
对所述混炼胶进行第一挤出、压延成型和冷却，得到胶片，所述胶片的温度为80~90℃；
将所述胶片与促进剂和硫化剂混合，进行第二挤出，得到密实胶片；
采用销钉式挤出机对所述密实胶片进行挤出成型，经硫化后得到隧道衬砌用橡胶减震垫；
所述销钉式挤出机的挤出模具具有多个并排的、截面形状与自由变形中空结构截面形状对应的模芯。
本发明将反式异戊橡胶投入到密炼机内，进行塑炼，得到塑炼反式异戊橡胶。在本发明中，所述塑炼的转速优选为40~48转/分钟，更优选为42~46转/分钟；所述塑炼的温度优选≤130℃，更优选为120~130℃，时间优选为2~5分钟，更优选为3~4分钟。
得到所述塑炼反式异戊橡胶后，本发明向所述塑炼反式异戊橡胶中加入顺丁橡胶，进行第一混炼，得到第一混炼产物。在本发明中，所述第一混炼优选在密炼机中进行。在本发明中，所述第一混炼的转速优选为40~48转/分钟，更优选为42~46转/分钟，时间优选为2~4分钟，更优选为3份。在本发明中，所述第一混炼的温度优选为120~130℃。
得到所述第一混炼产物后，本发明向所述第一混炼产物中加入氧化锌、硬脂酸和防老剂，进行第二混炼，得到第二混炼产物。本发明中，所述第二混炼优选在密炼机中进行。在本发明中，所述第二混炼的转速优选为40~48转/分钟，更优选为42~46转/分钟，时间优选为1~3分钟，更优选为2分钟。
得到所述第二混炼产物后，本发明向所述第二混炼产物中加入炭黑和功能性补强剂，进行第三混炼，得到混炼胶。本发明中，所述第三混炼优选在密炼机中进行。在本发明中，所述第三混炼的温度优选为145~160℃，更优选为150~155℃；时间优选为3~6分钟，更优选为4~5分钟。在本发明中，所述第三混炼的转速优选为35~45转/分钟。
本发明通过控制原料的加入顺序和混炼过程，能够实现各种原材料混炼均匀，提高橡胶的力学性能。
得到所述混炼胶后，本发明对所述混炼胶进行第一挤出、压延成型和冷却，得到胶片。在本发明中，所述第一挤出优选采用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机挤出的转速优选为15~30转/分钟，更优选为20~25转/分钟；所述压延成型优选为双辊压延机成型，所述双辊压延机的出片速度为优选为10~15转/分钟，更优选为12~14转/分钟；辊筒间距优选为4~8mm，更优选为5~6mm。
本发明优选在冷却箱内进行冷却，所述冷却后胶片的温度为80~90℃，更优选为85℃。
本发明将所述胶片与促进剂和硫化剂混合，进行第二挤出，得到密实胶片。在本发明中，所述混合优选为：在开炼机上加入促进剂和硫化剂，与胶片进行混炼。
在本发明中，所述第二挤出优选为冷喂料排气式挤出机挤出，所述第二挤出的真空度为≤-0.1MPa，螺杆转速优选为10~30转/分钟，更优选为15~25转/分钟。在本发明中，所述密实胶片的宽度优选为300~500mm，更优选为400mm；厚度优选为6~15mm，更优选为8~10mm。
得到所述密实胶片后，本发明采用销钉式挤出机对所述密实胶片进行挤出成型，经硫化后得到隧道衬砌用橡胶减震垫。在本发明中，所述销钉式挤出机的挤出模具具有多个并排的、截面形状与自由变形中空结构截面形状对应的模芯。在本发明中，所述模芯的截面形状优选为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”。作为本发明的一个具体实施例，所述销钉式挤出机挤出模具的结构图如图3所示。
在本发明中，所述硫化优选在硫化箱中进行，所述硫化箱与销钉式挤出机相连，从而实现连续生产。
在本发明中，所述挤出成型与硫化的牵引速度优选为1~2m/min，更优选为1.5m/min。在本发明中，所述硫化的温度优选为170~220℃，更优选为180~200℃。
本发明采用挤出硫化工艺进行生产，在橡胶混炼过程中利用排气式挤出机进行出片，排除胶片内包裹的气体，再次销钉式挤出机进行挤出定形，经硫化后所得的隧道衬砌用橡胶减震垫具有极高的密实度，可进一步提高隧道衬砌用橡胶减震垫的耐疲劳性能。
本发明提供了上述隧道衬砌用橡胶减震垫在隧道衬砌减震中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的隧道衬砌用橡胶减震垫及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例中，反式异戊橡胶购自青岛第派新材有限公司；
顺丁橡胶购自燕山石化公司；
炭黑N774购自龙兴化工股份有限公司；
功能性补强剂萨博菲购自济南环兴商贸有限公司。
实施例1
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将60份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为40转/分钟，塑炼5分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将40份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为42转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入4分氧化锌、2分硬脂酸、3.5份防老剂亚硝基二苯胺和2.5份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入35份炭黑N774和35份功能性补强剂萨博菲，混炼4分钟，混炼温度为148℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定排气式挤出机螺杆转速为20转/分钟，双辊压延机出片速度转速为12 r/min，辊筒间距5mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至85℃，然后在开炼机上加入0.8份促进剂NS和0.8份促进剂DM、4.5份多功能交联剂WY988和2.5份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为500mm，厚度为6mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为170℃，牵引速度为1m/min，隧道隔震垫的整体宽度为300mm，厚度为15mm，橡胶主体1上下面的厚度为5mm，变形空间2的断面形状为“糖葫芦”形，变形空间2的间隔距离为15mm。
实施例2
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将70份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为45转/分钟，塑炼3分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将30份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为44转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入5分氧化锌、3分硬脂酸、3份防老剂亚硝基二苯胺和3份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2.5分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入30份炭黑N774和40份功能性补强剂萨博菲，混炼5分钟，混炼温度为152℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定双螺杆挤出机螺杆转速为18转/分钟，双辊压延机出片速度转速为11转/分钟，辊筒间6mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至80℃，然后在开炼机上加入1.5份促进剂NS和0.9份促进剂DM、4.5份多功能交联剂WY988和2.5份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料挤出机内，通过螺杆挤出宽度为450mm，厚度为6.5mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为反向“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为200℃，牵引速度为1.6m/min，隧道隔震垫的整体宽度为450mm，厚度为20mm，橡胶主体1上下面的厚度为6mm，变形空间2的断面形状为反向“糖葫芦形”，变形空间2的间隔距离为20mm。
实施例3
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将75份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为43转/分钟，塑炼4分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将25份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为44转/分钟，混炼4分钟；
（3）加入6份氧化锌、4份硬脂酸、4份防老剂亚硝基二苯胺和3份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼3分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入50份炭黑N774和20份功能性补强剂萨博菲，混炼6分钟，混炼温度为158℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定双螺杆挤出机螺杆转速为20转/分钟，双辊压延机出片速度转速为13转/分钟，辊筒间6.5mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至80℃，然后在开炼机上加入1.6份促进剂NS和0.8份促进剂DM、5份多功能交联剂WY988和3份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为420mm，厚度为7mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为190℃，牵引速度为1.4m/min，隧道隔震垫的整体宽度为450mm，厚度为30mm，橡胶主体1上下面的厚度为10mm，变形空间2的断面形状为“糖葫芦”形，变形空间2的间隔距离为20mm。
实施例4
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将80份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为48转/分钟，塑炼5分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将20份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为46转/分钟，混炼3.5分钟；
（3）加入8份氧化锌、3.5份硬脂酸、4份防老剂亚硝基二苯胺和3.5份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼3分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入48份炭黑N774和23份功能性补强剂萨博菲，混炼6分钟，混炼温度为158℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定双螺杆挤出机螺杆转速为25转/分钟，双辊压延机出片速度转速为14转/分钟，辊筒间6mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至82℃，然后在开炼机上加入1.8份促进剂NS和0.9份促进剂DM、6份多功能交联剂WY988和2份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为420mm，厚度为7mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第五步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为220℃，牵引速度为2m/min，隧道隔震垫的整体宽度为600mm，厚度为45mm，橡胶主体1上下面的厚度为15mm，变形空间2的断面形状为“糖葫芦”形，变形空间2的间隔距离为25mm。
对比例1
（1）将100份天然橡胶投入到密炼机内，转速为40转/分钟，塑炼5分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）加入4分氧化锌、2分硬脂酸、3.5份防老剂亚硝基二苯胺和2.5份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入35份炭黑N774和35份功能性补强剂萨博菲，混炼4分钟，混炼温度为148℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定双螺杆挤出机螺杆转速为20转/分钟，双辊压延机出片速度转速为12转/分钟，辊筒间距5mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至85℃，然后在开炼机上加入0.8份促进剂NS和0.8份促进剂DM、4.5份多功能交联剂WY988和2.5份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为500mm，厚度为6mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为170℃，牵引速度为1m/min，隧道隔震垫的整体宽度为300mm，厚度为15mm，橡胶主体1上下面的厚度为5mm，变形空间2的断面形状为“糖葫芦”形，变形空间2的间隔距离为15mm。
对比例2
（1）将70份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为45转/分钟，塑炼3分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将30份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为44转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入5分氧化锌、3分硬脂酸、3份防老剂亚硝基二苯胺和3份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2.5分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入30份炭黑N774和40份功能性补强剂萨博菲，混炼5分钟，混炼温度为152℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定排气式挤出机螺杆转速为18转/分钟，双辊压延机出片速度转速为11转/分钟，辊筒间6mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至80℃，然后在开炼机上加入1.5份促进剂NS和0.9份促进剂DM、2.0份硫磺，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为450mm，厚度为6.5mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为反向“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化成型的温度为200℃，牵引速度为1.6m/min，隧道隔震垫的整体宽度为450mm，厚度为20mm，橡胶主体1上下面的厚度为6mm，变形空间2的断面形状为反向“糖葫芦形”，变形空间2的间隔距离为20mm。
对比例3
（1）将70份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为45转/分钟，塑炼3分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将30份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为44转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入5分氧化锌、3分硬脂酸、3份防老剂亚硝基二苯胺和3份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2.5分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入30份炭黑N774和40份陶土，混炼5分钟，混炼温度为152℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆排气式挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定排气式挤出机螺杆转速为18转/分钟，双辊压延机出片速度转速为11转/分钟，辊筒间6mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至80℃，然后在开炼机上加入1.5份促进剂NS和0.9份促进剂DM、2.0份硫磺，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为450mm，厚度为6.5mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为反向“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化成型的温度为200℃，牵引速度为1.6m/min，隧道隔震垫的整体宽度为450mm，厚度为20mm，橡胶主体1上下面的厚度为6mm，变形空间2的断面形状为反向“糖葫芦形”，变形空间2的间隔距离为20mm。
对比例4
（1）将70份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为45转/分钟，塑炼3分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将30份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为44转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入5分氧化锌、3分硬脂酸、3份防老剂亚硝基二苯胺和3份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2.5分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入30份炭黑N330和40份陶土，混炼5分钟，混炼温度为152℃；
（5）将混炼胶排入双螺杆挤出机，通过双辊压延成型机出片，设定双螺杆挤出机螺杆转速为18转/分钟，双辊压延机出片速度转速为11转/分钟，辊筒间6mm；
（6）将挤出的胶片在冷却箱内冷却至80℃，然后在开炼机上加入1.5份促进剂NS和0.9份促进剂DM、2.0份硫磺，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为450mm，厚度为6.5mm的密实胶片，停放待用。
（7）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（6）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机的挤出模具含有截面形状为反向“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化的温度为200℃，牵引速度为1.6m/min，隧道隔震垫的整体宽度为450mm，厚度为20mm，橡胶主体1上下面的厚度为6mm，变形空间2的断面形状为反向“糖葫芦形”，变形空间2的间隔距离为20mm。
对比例5
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将60份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为40转/分钟，塑炼5分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将40份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为42转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入4分氧化锌、2分硬脂酸、3.5份防老剂亚硝基二苯胺和2.5份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入35份炭黑N774和35份功能性补强剂萨博菲，混炼4分钟，混炼温度为148℃；
（5）将混炼胶在开炼机上薄通降温至80℃，然后在开炼机上加入0.8份促进剂NS和0.8份促进剂DM、4.5份多功能交联剂WY988和2.5份DTDM，混炼均匀后下片待用。
（6）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（5）步得到的胶片投入到冷喂料排气式挤出机内，排气式挤出机的挤出模具含有截面形状为“糖葫芦形”的模芯，利用排气式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化成型的温度为170℃，牵引速度为1m/min，隧道隔震垫的整体宽度为300mm，厚度为15mm，橡胶主体1上下面的厚度为5mm，变形空间2的断面形状为“糖葫芦”形，变形空间2的间隔距离为15mm。
对比例6
隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，采用如下步骤：
（1）将60份反式异戊橡胶投入到密炼机内，转速为40转/分钟，塑炼5分钟，塑炼温度控制在130℃以下；
（2）将40份顺丁橡胶投入到密炼机中，转速为42转/分钟，混炼3分钟；
（3）加入4分氧化锌、2分硬脂酸、3.5份防老剂亚硝基二苯胺和2.5份防老剂N,N-二乙基对亚硝基苯胺，混炼2分钟，转速为45转/分钟；
（4）加入35份炭黑N774和35份功能性补强剂萨博菲，混炼4分钟，混炼温度为148℃；
（5）将混炼胶在开炼机上薄通降温至80℃，然后在开炼机上加入0.8份促进剂NS和0.8份促进剂DM、4.5份多功能交联剂WY988和2.5份DTDM，混炼均匀后喂入到冷喂料排气式挤出机内，通过螺杆挤出宽度为380mm，厚度为6mm的密实胶片，停放待用。
（6）隧道衬砌用橡胶减震垫的硫化成型工艺采用为挤出硫化成型，将第（5）步得到的胶片投入到销钉式挤出机内，销钉式挤出机不具有截面形状为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”的模芯；利用销钉式挤出机挤出成型并在硫化箱中硫化，所述硫化成型的温度为180℃，牵引速度为0.9m/min，产品截面尺寸为宽度300mm，厚度15mm的橡胶板。
性能测试
对上述实施例和对比例所得隧道衬砌用橡胶减震垫的动倍率、耐疲劳性、热空气老化后静态模量变化率进行测试，所得结果列于表1中。
其中，（1）动倍率：按照GB/T 39705-2020《轨道交通用道床隔振垫》的附录B进行测试；
（2）耐疲劳性：按照GB/T 39705-2020《轨道交通用道床隔振垫》的附录C进行测试；
（3）热空气老化后（70℃×168小时）静态模量变化率：按照GB/T 39705-2020《轨道交通用道床隔振垫》的附录A进行测试，然后将试样在70℃环境下停放168小时，再次按照GB/T 39705-2020《轨道交通用道床隔振垫》的附录A进行测试。
表1 隧道衬砌用橡胶减震垫的性能测试结果
从表1中可以看出，本发明制得的隧道衬砌用橡胶减震垫的动倍率低于1.2，经过3000万次动态疲劳后厚度变化小于2%，静态模量变化率小于5%，外观无损伤，经过热空气老化后（70℃×168小时），静态模量变化率小于7%。说明本发明制得的隧道衬砌用橡胶减震垫具有较低的动倍率，良好的耐疲劳性和耐老化性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种隧道衬砌用橡胶减震垫，其特征在于，所述橡胶减震垫包括橡胶主体层和设置在所述橡胶主体层内部的多个自由变形中空结构；所述自由变形中空结构的截面形状为“糖葫芦形”或反向“糖葫芦形”；
所述橡胶主体层包括以下质量份的制备原料：
反式异戊橡胶 60~80份；
顺丁橡胶 20~40份；
氧化锌 4~8份；
硬脂酸 2~4份；
防老剂 3~7份；
炭黑 30~50份；
功能性补强剂 20~40份；
促进剂 1.5~3份；
硫化剂 4~8份；
所述顺丁橡胶为高顺式丁二烯橡胶；
所述防老剂为亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的混合物，所述亚硝基二苯胺和N,N-二乙基对亚硝基苯胺的质量比为1~2:1；
所述炭黑为非污染高定伸半补强炉黑N774；
所述功能性补强剂为萨博菲；所述萨博菲为具有纳米片层状结构的粘土填料，片层的平均直径为300~500nm，片层平均厚度为50~70nm，比表面积为30~40m2/g；pH值为8~10；
所述硫化剂为1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的混合物；所述1,6-双(N,N’-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷和4,4’-二硫代二吗啉的质量比为1~3:1。
2.根据权利要求1所述的隧道衬砌用橡胶减震垫，其特征在于，相邻自由变形中空结构的间隔距离为15~25mm。
3.根据权利要求1所述的隧道衬砌用橡胶减震垫，其特征在于，所述的反式异戊橡胶为反式-1,4-聚异戊二烯，门尼粘度为80~85，拉伸强度≥25MPa，断裂伸长率≥400%。
4.根据权利要求1所述的隧道衬砌用橡胶减震垫，其特征在于，所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化二苯并噻唑的混合物，所述N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化二苯并噻唑的质量比为1~2:1。
5.权利要求1~4任意一项所述隧道衬砌用橡胶减震垫的制备方法，包括以下步骤：
将反式异戊橡胶投入到密炼机内，进行塑炼，得到塑炼反式异戊橡胶；
向所述塑炼反式异戊橡胶中加入顺丁橡胶，进行第一混炼，得到第一混炼产物；
向所述第一混炼产物中加入氧化锌、硬脂酸和防老剂，进行第二混炼，得到第二混炼产物；
向所述第二混炼产物中加入炭黑和功能性补强剂，进行第三混炼，得到混炼胶；
对所述混炼胶进行第一挤出、压延成型和冷却，得到胶片，所述胶片的温度为80~90℃；
将所述胶片与促进剂和硫化剂混合，进行第二挤出，得到密实胶片；
采用销钉式挤出机对所述密实胶片进行挤出成型，经硫化后得到隧道衬砌用橡胶减震垫；
所述销钉式挤出机的挤出模具有多个并排的、截面形状与自由变形中空结构截面形状对应的模芯。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述塑炼的转速为40~48转/分钟；所述塑炼的温度≤130℃，时间为2~5分钟；
所述第一混炼的转速为40~48转/分钟，时间为2~4分钟；
所述第二混炼的转速为40~48转/分钟，时间为1~3分钟；
所述第三混炼的温度为145~160℃，时间为3~6分钟；
所述第一挤出采用双螺杆挤出机挤出，所述双螺杆挤出机挤出的转速为15~30转/分钟；所述压延成型为双辊压延机成型，所述双辊压延机的出片速度为10~15转/分钟，辊筒间距为4~8mm；
所述第二挤出采用冷喂料排气式挤出机。
7.权利要求1~4任意一项所述隧道衬砌用橡胶减震垫或权利要求5或6所述制备方法制备得到的隧道衬砌用橡胶减震垫在隧道衬砌减震中的应用。
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