本发明涉及一种建筑用低模量高阻尼橡胶及其模压成型的制备方法，适用于制备低剪切模量的建筑用高阻尼隔震支座。
背景技术：
：地震是一种危害性极大的随机性自然灾害，地震的发生带给人类的是巨大的灾难；当前最先进的基础隔震技术是通过建筑用阻尼橡胶支座，将上部建筑结构与下部地基结构隔离。建筑用阻尼橡胶支座隔震的基本原理是通过增设橡胶隔震支座，使整个建筑的自振周期得以延长，以减轻上部结构的地震反应。一般做法是在建筑物底部设置橡胶隔震支座，利用橡胶隔震支座的水平柔性形成一道柔性隔震层，通过柔性隔震层吸收和耗散地震能量，阻止并减轻地震能量向上部结构的传递，最终达到减轻上部结构地震破坏的目的。目前在基础隔震技术上所用到的建筑用橡胶隔震支座主要有3种类型：普通天然橡胶隔震支座、添加铅芯的天然橡胶隔震支座和高阻尼橡胶隔震支座。其中含铅芯的橡胶隔震支座最为常见，铅芯橡胶隔震支座通过在普通天然橡胶支座中灌入铅芯而形成，该种支座充分利用了铅芯较低的屈服剪切力和较高的初始剪切刚度，阻尼效果明显。但是实验研究证明其使用的橡胶在低温下存在着迅速硬化的现象，大量的研究也表明在温度和交通荷载（低周疲劳）作用下支座中的铅芯将产生疲劳剪切破坏，使支座的阻尼性能大幅度的降低，5000次水平小位移低周反复加载后其阻尼大致降低25%；同时铅芯叠层橡胶隔震支座在生产和使用过程中，铅将对环境造成无法弥补的污染。在使用过程中造成橡胶开裂、铅芯外露，将也会对环境造成污染，同时其使用功能也受到很大的影响。开发性能优异的不含铅芯高阻尼橡胶隔震支座势在必行。橡胶的形态结构对其阻尼性能有决定性的影响。在通用橡胶中，丁基橡胶和丁腈橡胶的阻尼系数较大，丁苯橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶、乙丙橡胶的阻尼系数中等，天然橡胶和顺丁橡胶的阻尼系数最小。天然橡胶虽然阻尼系数较小，但其综合性能最好，耐疲劳性好，生热低、蠕变小，与金属件粘合性能好。因此，天然橡胶广泛地应用于制备隔震支座。专利《CN102675705A》中介绍了一种宽温域高阻尼橡胶组合物及其制备方法。该种橡胶组合物的基体为天然橡胶、异戊橡胶与顺丁橡胶三者并用，通在并用胶中添加镁强粉和C5与C9石油树脂来提升该橡胶材料的阻尼性能，并且采用低温长时间硫化方式。专利《CN102775659A》中介绍了一种宽温域宽频率高阻尼橡胶材料的制备方法；其中以环氧化天然橡胶为基体，以酸化的多壁碳纳米管为阻尼增强剂，以酚醛树脂为硫化剂。专利《减震支座用高强度高阻尼橡胶复合材料》，公开了一种减震支座用室温低频大应变下高阻尼橡胶复合材料。此发明首次将碳纳米管作为纳米阻尼材料与石油树脂联合加入橡胶中，大幅度提高了橡胶在地震条件即低频(1Hz)大应变(50%-100％)下的阻尼性能。丁基橡胶(IIR)由于其分子链上侧甲基十分密集，形成蠕虫状结构，因而具有较高的损耗因子；且由于IIR的大分子链在玻璃化转变温度附近存在着次级转变，导致其阻尼性能明显高于其它橡胶，表现为其内耗峰既高又宽。但IIR的硫化速度慢，与高不饱和橡胶的相容性不高，且自黏性与共黏性较差，因此氯化丁基橡胶(CIIR)与溴化丁基橡胶(BIIR)得到了较为广泛的应用。专利《102030951A》公开了一种氯化丁基橡胶阻尼材料的制备方法，在氯化丁基橡胶中添加C5/C9共聚石油树脂，并以载硫体二次硫化成型。虽然上述橡胶材料都属于阻尼材料范畴，但是都不适合作为建筑用高阻尼隔震支座的橡胶材料。建筑用高阻尼隔震支座所采用的橡胶材料的硬度应相对较低（35-40邵A，对应支座的水平剪切模量为0.32-0.4G），以使得橡胶支座具有较低的水平刚度，从而具有更好的隔震作用。橡胶材料硬度的提高虽然可以提升阻尼系数（隔震效果），但会因提高整体支座的水平刚度从而导致隔震效果的下降，目前市场上已有橡胶材料硬度在70邵A以上的高阻尼支座。同时，随着防火安全要求的提高，现在越来越多的使用场合要求所用的橡胶材料具有阻燃性，特别是建筑领域、地铁高速列车等人口聚集场所用橡胶材料。所以制备该类高阻尼橡胶的关键在于橡胶材料具有低硬度（35-40邵A）的同时具有良好的力学性能（拉伸强度和扯断伸长率等）、高阻尼性、阻燃性、与金属件良好的粘接性。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种低模量、高阻尼的建筑隔震用橡胶及其模压成型的制备方法。本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种建筑用低模量高阻尼橡胶，包括如下质量份的原料生胶基体100份，炭黑10-50份，增塑剂5-30份，阻燃剂10-50份，阻尼填料2-20份，防老剂2-5份，抗氧剂2-10份，交联剂5-15份，本发明所用的生胶基体为卤化丁基橡胶，可以是氯化丁基橡胶或溴化丁基橡胶。在通用橡胶中，由于其独特的分子结构，丁基橡胶的阻尼性能最优，但丁基橡胶的硫化活性相对较低，自黏性与互黏性也较差。于是氯化丁基橡胶与溴化丁基橡胶的出现大大拓展了丁基橡胶的应用。本发明中所述的卤化丁基橡胶的卤含量为1.2-1.3wt%，门尼值在125℃ML(1+8)下为30-60。优选Exxon公司生产的氯化丁基橡胶1066或1068与溴化丁基橡胶2222或2244。本发明所用炭黑的粒径为10-30nm，可以选用常规牌号N110、N220或N234等高结构细粒子炭黑中的一种或几种并用。填料的粒径越小，比表面积越大，则与橡胶分子的接触表面增加，物理结合点较多，在动态应变中产生滞后损耗，而且粒子之间的摩擦也会因表面积增大而增大，因此表现出损耗因子tanσ较大，阻尼性能也较好。本发明所用的阻燃剂为三氧化二锑与硼酸锌的混合物。氯化丁基橡胶或溴化丁基本身含有卤素，因此具有较好的阻燃效果，在橡胶中添加含锑化合物可以形成卤锑阻燃体系，可有效地进一步提升阻燃性能；在橡胶中添加硼酸锌等阻燃协效剂，更可以促进橡胶燃烧时的成炭形为，有利于改善阻燃性能。本发明所采用的阻尼填料为片状石墨烯、脂肪酸金属盐或两者并用。片状石墨烯由于其特殊的平面结构和橡胶基体发生相对滑移摩擦时会大量消耗外部的机械能，从而达到增大复合材料阻尼性能的效果。优选径厚比大于300的片状石墨烯。脂肪酸金属盐与CIIR橡胶基体相容性较好，但其中的有机小分子量链段能阻碍CIIR的大分子链运动，使损耗峰峰值增加，并拓宽有效阻尼温域。脂肪酸金属盐优先数量分子量为1000-3000间。同时，脂肪酸金属盐的加入会适当降低橡胶材料的硬度，从而保证隔震支座的低模量本发明所采用的防老剂为2,2'-亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）（2246）、丙酮和二苯胺高温反应物（BLE）、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体（RD）、N-异丙基-N’-苯基对苯二胺（4010NA）及微晶蜡中的一种或并用。本发明所采用的抗氧剂为多元受阻酚类抗氧剂，常见品种为AO-60或AO-80。该类受阻酚抗氧剂不仅可以延缓或抑制复合材料的氧化过程，并用可以提升复合材料的阻尼性能。多元受阻酚类抗氧剂与橡胶基体之间形成了很强的分子间作用力，使复合材料的玻璃化温度大幅度上升，复合材料体系中存在的丰富且复杂的氢键作用使得复合材料具有很好的阻尼性能。本发明所采用的交联剂为溴化烷基酚醛树脂与氧化锌。卤化丁基橡胶有多种交联方式，本发明以溴化烷基酚醛树脂为主并用少量的氧化锌作为交联剂，以获得较低的交联程度及耐老化性能。上述建筑用低模量高阻尼橡胶的制备方法是，先采用开炼机或密炼机将生胶基体在薄通5-10遍，再将炭黑、增塑剂、阻燃剂、防老剂、抗氧剂、阻尼填料与交联剂按比例依次加入混合均匀；其中在添加抗氧剂时，混炼温度控制在100-120℃，其余时间的混炼温度控制在70℃以下，总体混炼时间控制在10-20分钟；然后将适量混炼胶放入相应模具中，在平板硫化机中硫化成型；压力为100-150kgf/cm2，硫化温度为150-170℃，硫化时间300-600分钟。与现有技术相比，本发明的优点在于：卤化丁基橡胶为生胶基体，配合石墨烯、脂肪酸金属盐为阻尼填料，获得了一种高阻尼低模量的隔震橡胶，具有高阻尼的同时硬度在35至40邵A，水平刚度低，不会降低隔震效果。整个橡胶支座在具有低硬度的同时，具有良好的力学性能、高阻尼性、阻燃性、与金属件良好的粘接性。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1各组份及质量份数为：CIIR1068，100份；N220，20份；片状石墨烯，5份；脂肪酸钙盐，10份；三氧化二锑，15份；硼酸锌，5份；癸二酸二辛酯DOS，15份；抗氧剂AO-60，10份；防老剂2246/BLE/4010NA份数分别为1.5/1.5/1；脂肪酸金属盐，5份；氧化锌，5份。实施例1的制备工艺为：先将生胶基体在6寸开放式炼胶机上以最小辊距塑炼5遍，然后加大辊距到3mm左右后包辊加料，辊温控制在40-50℃，再将炭黑、增塑剂、阻燃体系、防老剂和碳纳米管，炼胶时间控制在20min左右；然后将辊温控制在90-110℃，将抗氧剂与交联剂按比例依次加入到加热型开放式炼胶机中，炼胶时间控制在5min左右。将混匀停放后的胶料静置24小时，于150℃，100kgf/cm2条件，将适量胶料置于模具中，60min后即可制得本发明所述的建筑用低模量高阻尼橡胶复合材料。实施例2：各组份及质量份数为：BIIR2244，100份；N110，25份；片状石墨烯，10份；脂肪酸钠盐，10份；三氧化二锑，10份；硼酸锌，10份；己二酸二辛酯DOA，20份；抗氧剂AO-80，10份；防老剂2246/BLE/4010NA份数分别为1.5/1.5/1；脂肪酸金属盐；溴化烷基酚醛树脂WL5份。实施例2的制备工艺为：先将生胶基体在6寸开放式炼胶机上以最小辊距塑炼5遍，然后加大辊距到3mm左右后包辊加料，辊温控制在40-50℃，再将炭黑、增塑剂、阻燃体系、防老剂和碳纳米管，炼胶时间控制在20min左右；然后将辊温控制在90-110℃，将抗氧剂与交联剂按比例依次加入到加热型开放式炼胶机中，炼胶时间控制在5min左右。将混匀停放后的胶料静置24小时，于170℃，150kgf/cm2条件，将适量胶料置于模具中，30min后即可制得本发明所述的建筑用阻燃高阻尼橡胶复合材料。实施例3：各组份及质量份数为：BIIR2244，100份；N110，20份；片状石墨烯，15份；三氧化二锑，20份；硼酸锌，10份；抗氧剂AO-80，5份；防老剂2246/BLE/4010NA份数分别为1.5/1.5/1；脂肪酸金属盐，10份；氧化锌，3份；溴化烷基酚醛树脂WL1份。实施例3的制备工艺为：先将生胶基体在6寸开放式炼胶机上以最小辊距塑炼5遍，然后加大辊距到3mm左右后包辊加料，辊温控制在40-50℃，再将炭黑、增塑剂、阻燃体系、防老剂和碳纳米管，炼胶时间控制在20min左右；然后将辊温控制在90-110℃，将抗氧剂与交联剂按比例依次加入到加热型开放式炼胶机中，炼胶时间控制在5min左右。将混匀停放后的胶料静置24小时，于170℃，150kgf/cm2条件，将适量胶料置于模具中，30min后即可制得本发明所述的建筑用阻燃高阻尼橡胶复合材料。对比例1：重复专利“一种宽温域高阻尼橡胶组合物及其制备方法”（CN102675705A）中公开的实施例1。在40℃下，将标准颗粒胶100份、顺式构型含量为92-97%的异戊橡胶50份、1,4-聚丁二烯结构在90%质量份数，间规1,2-丁二烯3-20%质量份数的顺式构型含量为92-97%的顺丁橡胶60份分别加入密炼机中，塑炼20min后，进行共混；再向该共混塑炼胶加入软化点为120℃，相对密度为1g/cm3，酸值为0.5mgKOH/g的共聚石油树脂80份、1500目镁强粉40份、炭黑110140份、硫黄8份、硫化促进剂N-环已烷-2-苯并噻唑2份、活性剂氧化镁12份、防老剂N-异丙基-N’-苯基对苯二胺2份，制备成混炼胶；将该混炼胶放置10h后，然后在100℃，压力在20MPa条件下，在平板硫化机上硫化60min，即制得本发明宽温域高阻尼橡胶组合物。对比例2：重复专利“一种氯化丁基橡胶阻尼材料的制备方法”（CN102030951A）中的实施例3。将氯化丁基橡胶75克和C5/C9共聚石油树脂25克放入密炼机中，混炼3－5分钟，然后放入白炭黑20克，混炼3-5分钟，再放入氧化锌3克、2,2-二硫代苯并噻唑0.5克，二硫化四甲基秋兰姆0.6克，混炼3-5分钟，得到胶料。将1毫米厚的模具放在156℃的平板硫化机中预热30分钟，然后将所述胶料放入模具中，在160℃、15MPa下硫化30分钟，制得氯化丁基与C5/C9共聚石油树脂的阻尼橡胶片。对比例3：重复专利“减震支座用高强度高阻尼橡胶复合材料”（CN104497366A）中下的实施例1。室温下，将100重量份天然橡胶在双棍开炼机上塑炼1分钟；依次加入5重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、不同重量份(7、9、12)碳纳米管FloTube7000(分别记为实施例1、实施例2、实施例3)、21重量份炭黑N774，混炼4分钟；依次加入2重量份防老剂4010NA、1重量份防老剂RD、10重量份古马隆树脂、10重量份石油树脂、0.75重量份抗硫化返原剂PK900，混炼3分钟；依次加入0.2重量份二硫化四甲基秋兰姆(TT)、0.3重量份二硫化二苯并噻唑(DM)、0.3重量份N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、1.5重量份硫磺，混炼2分钟；调整辊距为最小辊距，继续混炼3分钟排胶，制得未硫化的天然橡胶/碳纳米管复合材料混炼胶，放入2mm模具中，在平板硫化机中硫化，制得硫化胶，硫化温度设定为143℃，压力设定为15MPa，硫化时间分别为12分钟、11分钟、9分钟。表1是实施例及对比例的橡胶性能数据对比要求实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3硬度（邵A）35-40353840857266拉伸强度（MPa）>812.39.78.913.712.122.3伸长率（%）>600659623606458331512氧指数（%）>2525.127.426.621.425.521.1成品支座等效阻尼比（%）>1717.318.218.613.714.216.8材料性能测试方法：按照GB/T528-1998测定材料的力学性能；根据GB/T2406-93测定该材料的氧指数；根据GB/T13936-92测定材料与金属件的剥离强度；选定合适的竖向载荷力(10-15MPa)与适宜的正弦波频率(0.1-1Hz)来测定采用本发明所制成的高阻尼隔震支座的等效阻尼比。综上所述，采用本发明所述的建筑用低模量高阻尼橡胶材料所制成的高阻尼隔震支座具有良好的力学性能和阻尼等效比，隔震效果优良，可以替代传统的含铅芯高阻尼隔震支座。当前第1页1 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