一种复合阻尼材料及其在隔震支座中的应用的制作方法

本发明属于桥梁及建筑隔震支座技术领域，具体为一种复合阻尼材料及其在隔震支座中的应用。

背景技术：

目前在国内，桥梁和建筑隔震大量采用铅芯隔震橡胶支座，铅芯隔震橡胶支座通过铅金属“再结晶”的性能耗散地震能量，提供阻尼性能。但铅芯所用原材料金属铅在加工过程和制品使用阶段均会造成环境污染和引发职业健康风险。从国家对环保和职业健康的长远要求角度来看，我们应该尽快找到一种替代铅芯的无污染阻尼材料。铅芯在地震状态下，反复剪切之后，会挤入支座钢板和橡胶之间，甚至挤出支座侧面，阻尼特性随着往复剪切次数的增加有明显降低的趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合阻尼材料，采用高黏度弹性体和铁粉/或铝粉等环保材料混合所制得一种复合阻尼材料，将其灌入叠层橡胶支座，利用芯材中的铁粉/或铝粉的摩擦耗能特性，获得具有阻尼特性的橡胶隔震支座，以替代现有的铅芯橡胶隔震支座。本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种复合阻尼材料，所述阻尼材料由包括高黏度弹性体以及铝粉或铁粉的原料经混合、混炼后制备得到；其中，以100份高黏度弹性体计，所述铝粉或铁粉的量为30～300份。

作为本发明一种复合阻尼材料的一个具体实施例，所述原料还包括加工助剂，以100份高黏度弹性体计，所述加工助剂的量为1～100份。

作为本发明一种复合阻尼材料的一个具体实施例，所述铝粉或铁粉的平均粒径30～50μm。

作为本发明一种复合阻尼材料的一个具体实施例，所述高黏度弹性体为交联或不交联橡胶。

本发明还提供所述复合阻尼材料的应用，所述复合阻尼材料在隔震支座中的应用。

作为本发明一种复合阻尼材料的应用的一个具体实施例，将所述复合阻尼材料单独压制成型后，应用于隔震支座中，提供阻尼特性。

作为本发明一种复合阻尼材料的应用的一个具体实施例，所述复合阻尼材料在隔震橡胶支座中的应用。

作为本发明一种复合阻尼材料的应用的一个具体实施例，将所述复合阻尼材料预成型后，灌入成型的隔震橡胶支座芯孔内，制成具有阻尼特性的隔震橡胶支座。

作为本发明一种复合阻尼材料的应用的一个具体实施例，将所述复合阻尼材料在橡胶支座硫化的同时填入模具，与橡胶支座同时成型，制成具有阻尼特性的隔震橡胶支座。

作为本发明一种复合阻尼材料的应用的一个具体实施例，将所述复合阻尼材料同钢板、橡胶一起，同时填入橡胶支座的成型模具，加热加压，与橡胶支座一体硫化成型，制成具有阻尼特性的隔震橡胶支座。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用高黏度弹性体和铁粉/或铝粉等环保材料混合所制得一种复合阻尼材料，将其灌入叠层橡胶支座，利用芯材中的铁粉/或铝粉的摩擦耗能特性，获得具有阻尼特性的隔震橡胶支座，以替代铅芯隔震橡胶支座，更加环保。

2、本发明复合阻尼材料制成的芯材较橡胶硬度低，不会在地震反复剪切作用下挤入支座钢板和橡胶之间，阻尼特性随往复剪切次数的影响不大，阻尼特性较为稳定。

3、本发明复合阻尼材料原料易得，配方简单不复杂，将其应用于隔震支座中的制备工艺过程简单，成本低廉，能有效降低隔震支座的生产成本。

附图说明

图1为本发明复合阻尼材料芯棒结构示意图。

图2为本发明灌入复合阻尼材料芯棒的隔震橡胶支座结构示意图。

附图标记：1-封钢板，2-中间加劲钢板3-复合阻尼材料芯棒4-叠层橡胶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面从具体步骤及原理上对本发明复合阻尼材料及其应用进行详细说明：

本发明提供一种复合阻尼材料，所述阻尼材料由包括高黏度弹性体以及铝粉或铁粉的原料经混合、混炼后制备得到。其中，以100份高黏度弹性体计，所述铝粉或铁粉的量为30～300份，进一步优选为50～250份，80～200份，100～170份，120～150份，130～140份。随着铁粉或铝粉加入量的增加，材料的阻尼特性、屈服刚度显著增加，可根据阻尼特性和刚度要求，调整铁粉或铝粉在复合材料中的加入量。

进一步，所述原料还包括加工助剂，以100份高黏度弹性体计，所述加工助剂的量为1～100份，进一步优选为5～90份，10～85份，15～80份，20～70份，30～60份，40～50份。加工助剂的填入量除了对复合材料的弹性、阻尼特性有较大影响之外，对其耐久性、硬度、拉伸强度、伸长率、低温性能、高温性能、性能稳定性等有显著影响。本发明加工助剂的加入量可以保证复合阻尼材料的弹性、阻尼特性以及其它机械性能。

本发明加工助剂的加入量以及加工助剂的具体种类主要取决于材料性能和阻尼材料的加工工艺需求。进一步，所述加工助剂优选为补强剂、活性剂、交联剂、增塑剂、防老剂等，本领域技术人员可以根据阻尼材料的具体性能及加工工艺进行选择，在此不做具体限定。

进一步，所述铝粉或铁粉的平均粒径优选为30～50μm。更进一步优选为35～45μm，或38～42μm、40μm。选定这样的粒径范围是为了最大程度发挥铁粉或铝粉的表面消能，增加摩擦力耗能产生阻尼，粒径较大不利于复合材料强度的发挥，粒径较小，不利于铁粉或铝粉在弹性体中的分散(即便分散较好，也已经不利于摩擦性能的发挥)，是经过多次试验及测试所得到的优选值。该粒径的铁粉或铝粉，粒径适中，较为常用，价格不高，利于推广使用。所述高黏度弹性体为交联或不交联橡胶。橡胶作为铁粉或铝粉的载体，使铁粉或铝粉分散其中，利用现有的炼胶、成型和硫化工艺，工艺简单，制取方便，利用现有的检测手段，比较容易反映材料的性能，工艺上较为容易实现。

具体地，本发明复合阻尼材料的制备过程为：按比例称量高黏度弹性体、铁粉/或铝粉，以及加工助剂，其中各原料的比例可以是本发明限定范围内的任意比，具体比例根据复合阻尼材料的阻尼特性和力学特性需求而定。然后将各原料在开放式炼胶机上或密闭式炼胶机上按照橡胶制品加工的常用工艺，炼胶、预成型和/或硫化等工艺要求进行混合，保证混炼均匀，制成复合阻尼材料。

本发明复合阻尼材料在隔震支座上的具体应用如下：

将上述混炼好的复合阻尼材料，填入成型模具，单独压制成型后应用于隔震支座中。

本发明复合阻尼材料在隔震橡胶支座上的具体应用及带复合阻尼材料的隔震橡胶支座的具体制备方法如下：

将上述混炼好的复合阻尼材料，填入成型模具中，放在压力机上加压或加热制成复合阻尼材料芯棒，如图1所示，然后灌入硫化成型的隔震橡胶支座芯孔内，制成本发明所述带阻尼特性的隔震橡胶支座，如图2所示。其中，复合阻尼材料芯棒的制备过程可以采用抽真空或不抽真空，加热模具温度可在80～200°之间调整，复合阻尼材料制成的芯棒应根据具体隔震支座的孔芯来决定，在一定范围内进行调整。本实施方式中带阻尼特性的隔震橡胶支座的具体制备过程及工艺条件可以根据具体支座及材料性能及阻尼特性进行调整，且都是本领域内的常规技术，对本领域技术人员来说是容易实现的。

制成后的复合阻尼材料芯棒，也可以单独压制成型后，用于其他结构的隔震支座，提供阻尼特性，不限于橡胶隔震支座。具体地，将成型后的复合阻尼材料芯棒，安装到其它结构，如钢结构隔震支座上，提供阻尼特性，构成多功能隔震支座。本实施例方式中将复合阻尼材料芯棒应用到其它结构的隔震支座中，其具体实施方式应根据阻力材料特性以及隔震支座的性能对具体应用过程及工艺条件进行调整，对本领域技术人员来说是常规的。

上述混炼好的复合阻尼材料，也可以在橡胶支座硫化的同时填入模具，与橡胶支座同时成型(不预先压制)，制成具有阻尼特性的隔震橡胶支座，如图2所示。具体地，将上述复合阻尼材料芯棒，同硫化支座的钢板、橡胶一起，填入支座的成型模具，加热加压，与支座一体成型，制成隔震橡胶支座。本实施方式中带阻尼特性的隔震橡胶支座的具体制备过程及工艺条件可以根据具体支座及材料性能及阻尼特性进行调整，且都是本领域内的常规技术，对本领域技术人员来说是容易实现的。

本发明采用高黏度弹性体和铁粉/或铝粉等环保材料混合所制得一种复合阻尼材料，将其灌入叠层橡胶支座，利用芯材中的铁粉/或铝粉的摩擦耗能特性，获得具有阻尼特性的隔震橡胶支座，以替代铅芯隔震橡胶支座，更加环保。

本发明复合阻尼材料制成的芯材较橡胶硬度低，不会在地震反复剪切作用下挤入支座钢板和橡胶之间，阻尼特性随往复剪切次数的影响不大，阻尼特性较为稳定。因为本发明复合阻尼材料具有高弹性或高粘性，在地震作用下发生剪切变形后，可以很快回复，算是较为主动的回复，不像铅芯那样被叠层支座的中间胶片强行复位，不会对中间胶片产生一个反力，也就不至于渗入到中间胶片和中间钢板之间。硬度可以根据需要调整来小于叠层支座的中间胶片的硬度，(根据要求，还可以将复合材料不硫化填入，硬度更低)，同时本发明复合材料的屈服强度远低于铅芯，且回弹性好于铅芯，所以不会挤入叠层支座的中间胶片和中间钢板之间。

以下结合具体实施例对本发明复合阻尼材料及其在隔震支座中的应用进行说明。

实施例1

本实施例复合阻尼材料及隔震橡胶支座的具体制备过程如下

1)复合阻尼材料的制备：称取100份的交联橡胶、150份的铝粉，以及80份的加工助剂(加工助剂包括：生胶100份，铝粉150份，氧化锌5份，硬脂酸2份，操作油30份，防老剂5份，硫磺3份，炭黑30份，分散剂5份)，按照橡胶制品生产的常规工艺生产：在开炼机或密炼机中混炼以上材料，使之分散均匀，制得混炼胶，混炼胶即为复合阻尼材料。

2)隔震橡胶支座的制备：将上述混炼好的复合阻尼材料，填入成型模具中，放在压力机上加压制成复合阻尼材料芯棒，然后灌入硫化成型的隔震橡胶支座芯孔内，制成本实施例带阻尼特性的隔震橡胶支座。其中复合阻尼材料芯棒采用抽真空方式，利用成型机或成型模具将混炼胶预成型；在模具中经过高温高压，一定时间交联反应后硫化成型，成为复合阻尼材料芯材，复合阻尼材料也可以根据其他使用要求，制成其他形状，不限于芯棒，硫化成型时压力机施加到材料的压应力不低于8mpa。

实施例2

本实施例复合阻尼材料及隔震橡胶支座的具体制备过程如下

1)复合阻尼材料的制备：称取100份的交联橡胶、200份的铝粉，以及50份的加工助剂(加工助剂包括：生胶100份，铝粉150份，氧化锌5份，硬脂酸2份，操作油30份，防老剂5份，硫磺3份，炭黑30份，分散剂5份)，按照橡胶制品生产的常规工艺生产：在开炼机或密炼机中混炼以上材料，使之分散均匀，制得混炼胶，混炼胶即为复合阻尼材料。

2)隔震橡胶支座的制备：将上述混炼好的复合阻尼材料，填入成型模具中，放在压力机上加压制成复合阻尼材料芯棒，然后灌入硫化成型的隔震橡胶支座芯孔内，制成本实施例带阻尼特性的隔震橡胶支座。其中复合阻尼材料芯棒采用不抽真空方式，压力机的温度为160℃。

实施例3

本实施例复合阻尼材料及隔震橡胶支座的具体制备过程如下

1)复合阻尼材料的制备：称取100份的不交联橡胶、30份的铁粉，以及10份的加工助剂(加工助剂包括：生胶100份，铝粉150份，氧化锌5份，硬脂酸2份，操作油30份，防老剂5份，硫磺3份，炭黑30份，分散剂5份)，按照橡胶制品生产的常规工艺生产：在开炼机或密炼机中混炼以上材料，使之分散均匀，制得混炼胶，混炼胶即为复合阻尼材料。

2)隔震橡胶支座的制备：将上述复合阻尼材料，同硫化支座的钢板、橡胶一起，填入橡胶支座的成型模具，加热加压，与橡胶支座一体硫化成型，制成隔震橡胶支座。硫化成型时压力机施加到材料商的压应力不低于8mpa，温度为135～165℃。

实施例4

本实施例复合阻尼材料及隔震橡胶支座的具体制备过程如下

1)复合阻尼材料的制备：称取100份的不交联橡胶、300份的铁粉，以及80份的加工助剂(加工助剂包括：生胶100份，铝粉150份，氧化锌5份，硬脂酸2份，操作油30份，防老剂5份，硫磺3份，炭黑30份，分散剂5份)，按照橡胶制品生产的常规工艺生产：在开炼机或密炼机中混炼以上材料，使之分散均匀，制得混炼胶，混炼胶即为复合阻尼材料。

2)隔震橡胶支座的制备：将上述复合阻尼材料，同硫化支座的钢板、橡胶一起，填入橡胶支座的成型模具，加热加压，与橡胶支座一体硫化成型，制成隔震橡胶支座。硫化成型时压力机施加到材料商的压应力不低于8mpa，温度为135～165℃。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。