宽温域高阻尼橡胶支座及其制备工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高阻尼橡胶支座技术领域，尤其涉及一种玻璃化转变温域宽、最大阻 尼比温度和阻尼比高的宽温域高阻尼橡胶支座及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 高阻尼橡胶支座被广泛应用于桥梁、建筑物减隔震领域，在地震中耗散或吸收地 震波产生的能量，将机械能转化成热能，减缓地震对建筑物的破坏，保护生命财产安全。
[0003] 高阻尼橡胶支座使用的胶种以天然橡胶为主。众所周知，高分子材料在玻璃化转 变温度（Tg)附近具有较大的阻尼。在玻璃化转变温度附近链段能充分运动但又跟不上所 以滞后现象严重，阻尼效果好，在玻璃化转变区内将出现一个内耗的极大值。此时聚合物具 有足够高的损耗因子能够大量吸收振动能量，当振动或噪音由基体传递到高分子材料时， 机械振动被转化为大分子链或链段的运动，通过分子间的内摩擦把力学能转化为热能，起 到阻尼效果。一般，玻璃化转变温域愈大、温域值与环境愈符合，其阻尼效果愈好。并且，玻 璃化转变的宽度决定了聚合物的有效阻尼范围。而橡胶类阻尼材料的玻璃化转变区大部分 是室温以下的低温区，往往很窄，一般在玻璃化转变温度范围20-30°C，橡胶的阻尼效果常 常因此受到限制。
[0004] 工程应用中，高阻尼橡胶支座中虽然会配以丁苯、顺丁、氯丁等二烯烃类橡胶以及 不参与交联反应的石油树脂达到提高阻尼比的效果，但是其最大阻尼比温度仍然处于零度 以下，使其无法在室温下处于最佳的使用状态，因此需要拓宽高阻尼橡胶支座的玻璃化温 度区，拓宽阻尼温度，使其在宽温宽频范围内具有较高的阻尼功能，充分发挥橡胶的高阻尼 性能，扩大在工程领域中的应用范围。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的第一个技术问题就是提供一种橡胶基体玻璃化转变温域宽、最大 阻尼比温度和阻尼比高的宽温域高阻尼橡胶支座。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：宽温域高阻尼橡胶支座，包括加 劲钢板、胶粘剂和橡胶基体，橡胶基体包括下列重量份的组分： 天然橡胶 70- 90重量份 丁苯橡I父 1〇一 30重量份 高苯乙烯树脂 10 - 60重量份 活性剂 4一10重量份 超耐磨炭黑 50- 80重量份 硅土 5 - 20重量份 超细伊蒙粘土粉体 10-30重量份 沉降碳酸1丐 15 - 30重量份 机油 10-30重量份 硫化剂 I. 5 - 2. 5重量份 促进剂 1.4一3. 5重量份。
[0007] 其附加技术特征为： 所述的高苯乙烯树脂的苯乙烯含量为75-85%，玻璃化温度Tg在80- 100°C，高苯乙烯 树脂与丁苯橡胶的用量比为1:1 一 2:1 ; 所述的超耐磨炭黑的CTAB法表面积115-125m2/g，DBP吸收值1. 10-1. 25cm3/g ; 所述的硅土为一种粒状石英和片状高岭土的天然结合矿物，石英与高岭土的重量比值 2. 5:1-2. 8:1，表观密度 0· 25 - 0· 35 g/cm3,比表面积 5-15m2/g，吸油值 30-50g/100g ; 所述的超细伊蒙粘土粉体是由钛酸酯偶联剂或硅氧烷偶联剂改性的，其粒径为〇. 5- 5um ； 所述的沉降碳酸钙的PH值为8. 0 -10. 0,沉降体积彡2. 6ml/g，45um筛余物％彡0. 40， 125 um筛余物％彡0· 010 ; 所述的硫化剂为硫磺，硫磺用量为〇. 5 - 1. 5重量份； 所述的促进剂为二硫化苯并噻唑和N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的混合物，二硫化 苯并噻唑的用量为0. 6-一1. 5重量份，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺的用量为0. 8-一 2. 0重量份； 所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，氧化锌用量为3- 7重量份，硬脂酸用量为 1一 3重量份。
[0008] 本发明要解决的第二个技术问题就是提供一种宽温域高阻尼橡胶支座的制备工 -H- 〇
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，宽温域高阻尼橡胶支座的制备 工艺包括下述步骤： 第一步混炼 将70- 90重量份天然橡胶在密炼机中混炼30- 60s，依次投入3- 7重量份氧化锌、 1一 3重量份硬脂酸、50- 80重量份炭黑和10 - 30重量份机油，待温度升至80- 100°C，投 入10-30重量份丁苯橡胶、10-60重量份尚苯乙稀树脂、10-30重量份伊蒙混层粘土、5- 20重量份硅土和15 - 30重量份沉降碳酸钙，待温度升至140- 160°C排胶； 室温下静置8 -16h后，在密炼机中加入1. 5 -2. 5重量份硫化剂和1. 4一3. 5重量份 促进剂，混合均匀后得到混炼胶； 第二步硫化 加劲钢板上预先涂满胶粘剂，加劲钢板和橡胶基体叠层放置，在平板硫化机上加压热 硫化。硫化温度为140- 150°C，硫化压力8 - lOMPa，硫化时间为4一 12小时。
[0010] 本发明所提供的宽温域高阻尼橡胶支座具有以下性能特点： (1)高苯乙烯树脂代替传统高阻尼支座中使用的石油树脂，提高玻璃化温度区域，拓宽 阻尼温度。
[0011] 天然橡胶在常温下处于弹性态，高苯乙烯树脂则处于玻璃态，利用橡胶与树脂的 玻璃化温度相差大的特点，高苯乙烯树脂与天然橡胶适量混合，可显著度提高玻璃化温度 区域，拓宽阻尼温度。并且高苯乙烯树脂大分子链中含有双键，与天然橡胶和丁苯橡胶在硫 化过程中实现共同硫化，交联网络结构的形成可进一步能够提高橡胶材料的玻璃化温度区 域。
[0012] (2)高苯乙烯树脂和丁苯橡胶配合使用，提高高阻尼支座的阻尼比，平衡支座的剪 切模量和弹性模量 天然橡胶的阻尼比低，只有2%左右。高苯乙烯树脂和丁苯橡胶的大分子上含有苯环， 苯环阻碍分子链运动，可显著提高橡胶基体的阻尼性能。
[0013] 剪切模量代表高阻尼支座的水平变形能力，剪切模量大代表水平变形能力弱，剪 切模量小则代表水平变形能力强；弹性模量代表高阻尼支座的竖向承载能力，弹性模量大 代表竖向承载能力强，弹性模量小代表竖向承载能力弱。高阻尼支座中常用的石油树脂具 有增加阻尼比、降低支座剪切模量的作用。但高苯乙烯树脂的使用会显著提高支座的弹性 模量和剪切模量，而试验发现添加丁苯橡胶的高阻尼支座的剪切模量和弹性模量都比较 低，通过高苯乙烯树脂和丁苯橡胶的配合使用，可提高阻尼比，平衡高阻尼支座的剪切模量 和弹性模量。
[0014] (3)合理配合无机填料类型和用量，进一步提高高阻尼支座的阻尼比，调整其剪切 模量和弹性模量 通过合理配合无机填料类型和用量，可以进一步提高高阻尼橡胶支座阻尼比，平衡支 座剪切模量和弹性模量。
[0015] 其中⑴硅土为一种粒状石英和片状高岭土的天然结合矿物，两种不同形状的矿物 天然结合形成了一种松散的粒片叠层镶嵌结构，松散的粒片混合结构不会被一般的物理和 机械方式分离，赋予橡胶优良的补强性能和抗压缩变形性。与其他无机填料相比，其粒片混 合结构赋予橡胶低弹性模量、高剪切模量、高阻尼比的性能特点。等量代替高阻尼橡胶中常 用的超高耐磨碳黑制备的高阻尼橡胶的弹性模量、剪切模量和等效阻尼比是原配方制备的 橡胶性能的〇. 75倍、0. 84倍和1. 4倍。⑵超细伊蒙粘土粉体具有复杂的混层结构和多变的 矿物成分比例，它特殊的结构赋予橡胶低弹性模量、低剪切模量、高阻尼比的性能特点。等 量代替高阻尼橡胶中常用的超高耐磨碳黑制备的高阻尼橡胶的弹性模量、剪切模量和等效 阻尼比是原配方制备的橡胶性能的0. 79倍、0. 55倍和1. 4倍。⑶沉降碳酸钙一般只用来降 低生产成本，但是通过大量的试验数据表明沉降碳酸钙具有比较好的阻尼比，等量代替高 阻尼橡胶中常用的超高耐磨碳黑制备的高阻尼橡胶的弹性模量、剪切模量和等效阻尼比是 原配方制备的橡胶性能的0. 7倍、0. 8倍和1. 2倍。
[0016] 调整橡胶基体中各组分用量，配以适宜的混炼工艺，可以赋予宽温域高阻尼橡胶 支座优良的阻尼性能、水平变形能力和竖向承载能力，使其剪切模量和弹性模量满足工程 使用要求。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明宽温域高阻尼橡胶支座的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面通过具体实施例对本发明高阻尼橡胶支座及其制备工艺作进一步详细说明。
[0019] 如图1所示，本发明高阻尼橡胶支座包括支座本体1，支座本体1由橡胶基体2和 加劲钢板3构成，加劲钢板3和橡胶基体2叠层放置。
[0020] 实施例1 本发明宽温域高阻尼橡胶支座的制备工艺包括下述步骤： 第一步混炼 将70重量份天然橡胶在密炼机中混炼30s，依次投入4重量份活性剂、50重量份炭黑 和10重量份机油，待温度升至80°C，投入30重量份丁苯橡胶、60重量份高苯乙烯树脂、30 重量份伊蒙混层粘土、5重量份硅土和15重量份沉降碳酸钙，待温度升至160°C排胶； 室温下静置8h后，在密炼机中加入2. 5重量份硫化剂和1. 4重量份促进剂，混合均匀 后得到混炼胶； 第二步硫化 加劲钢板3上预先涂满胶粘剂，加劲钢板3和橡胶基体2叠层放置，在平板硫化机上加 压热硫化而成。硫化温度为140°C，硫化压力lOMPa，硫化时间为12小时。
[0021] 实施例2 本发明宽温域高阻尼