一种新型复合纤维增强减震摩阻材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种抗震减震摩擦阻尼器的关键部件及其制造方法，尤其是一种新型 复合纤维增强减震摩阻材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 地震是一种危及人民生命财产安全、破坏性、危害性极大的突发性自然灾害，地震 中建筑物、构筑物的破坏和倒塌是造成灾害和损失的根本原因。地震不仅能够引起建筑物 倒塌、交通和通讯中断，还可能产生火灾、海啸、泥石流、滑坡等重大次生危害，造成大量的 人员伤亡和巨大的经济损失。如2004年12月26日在印尼苏门答腊岛附近的海域发生里 氏7. 9级强烈地震，并引发了海啸，造成20多万人失踪和死亡。我国青海省玉树县等地的 地震，也造成大量人员和财产的损失。
[0003] 随着各国经济的发展和科技、生活水平的不断提高，人们对于地震的防御意识也 在不断的增强。传统的结构抗震设计方法已不能满足结构抵抗地震的要求。近年来，各国学 者对结构减震、隔震技术及相关的理论和方法进行了大量的研宄，取得了一些显著的成绩。 结构减震控制技术作为能抵御地震作用的一种有效方法，得到了较快的发展和应用，已成 为比较成熟的技术。特别是以增大结构阻尼为主的被动消能减震理论与技术已日趋成熟， 并已能成功地应用于工程结构的抗震抗风控制中。
[0004] 传统的结构抗震方法是通过增强工程结构本身的抗震性能（通过加大构件截面 来提高结构的刚度、强度和稳定性）来抵御地震作用，这种方法虽然在一定程度上能起到 抵抗地震的效果，但增加结构刚度意味着也增大了结构在地震动作用下的响应，同时也增 加了工程结构本身的重量和建筑物的造价，并且由于人们还不能预先准确估计未来将发生 的地震的强度和特性，故其设计参数很有可能不能满足工程结构设计安全性的要求，而使 结构产生严重破坏和倒塌，造成重大的经济损失。合理有效的抗震方法就是在工程结构上 安装耗能减震装置（阻尼器），由减震装置和主体结构本身共同承受地震作用，共同耗散地 震输入到工程结构中的能量，以缓解和减轻结构的地震反应。
[0005] 摩擦阻尼器由于具有结构简单、耗能能力强、不受荷载频率影响等特点，近几年在 建筑工程中得到了广泛的应用。摩擦阻尼器一般采用的是两个接触体相互形成接触表面， 并在接触面上相对滑动，将机械能转化为热能。符合经典库仑特性摩擦理论的摩擦型阻尼 器具有刚塑性的力学性能，极高的初始刚度，能保证结构在小震作用和风荷载作用下结构 的变形限值。摩擦耗能结构在正常的使用荷载作用下，摩擦耗能支撑仅为结构提供足够的 附加刚度，而摩擦耗能器并不产生滑移；在强震作用下摩擦耗能器就将产生滑移为结构提 供附加阻尼，并利用摩擦做功来耗散能量。摩擦阻尼器可以为结构提供较大的附加阻尼和 附加刚度，具有较好的库仑特性即良好的耗能能力，而且荷载大小、加载频率及加载循环次 数对其耗能性能的影响较小。摩擦阻尼器还具有阻尼力大、性能稳定、构造简单、价格低廉 及便于安装和维护等优点，在实际工程中得到了大量的推广使用。
[0006] 这些不同类型的摩擦阻尼器都有一个共同的特点，就是在工程结构中都必须使用 摩阻材料，这类摩阻材料是用高分子材料制成，具有很大的变形能力摩擦和阻尼力，在风力 和地震力的作用下，楼房振动产生位移，摩擦阻尼器随之变形，同时产生反向的阻力将建筑 "拉回来"，又减小了振动；这种方法既保证了工程结构的安全，又使人感到舒适。以前这类 高档摩阻材料基本依赖进口，价格昂贵，而国内的产品无法满足摩擦阻尼器的性能要求。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是克服上述【背景技术】的不足，提供一种用于减震摩擦阻尼器的新型 复合纤维增强减震摩阻材料，该摩阻材料应当具有阻尼力大的特点，并能满足耐高温、耐磨 损、耐腐蚀以及环保、低噪音的要求。
[0008] 本发明的另一个目的是提供一种新型复合纤维增强减震摩阻材料的制备方法，该 方法应具有工艺简单、制作方便以及成本较低的特点。
[0009] 本发明提供的技术方案是：新型复合纤维增强减震摩阻材料，该摩阻材料中包含 的原料及重量份为：
[0010] 聚砜改性酚醛树脂10?18份，经表面处理的POB纤维10?19份，经表面处理的 碳纤维5?10份，经表面处理的碳化娃纤维10?16份，芳纟仑耐磨颗粒5?12份，沉淀硫酸 钡10?22份，沥青粉1?6份，二硫化钼3?8份，氧化铝0. 5?3份，硫化铜3?9份， 粉末丁腈橡胶2?8份，硬脂酸锌0. 5?1份，石油焦炭2?6份，人造石墨8?15份，多 孔硅酸钙颗粒5?8,硫化锰4?12份，高温润滑稳定剂（全芳香聚酰亚胺）3?10份。
[0011] 新型复合纤维增强减震摩阻材料中包含的原料及重量份为：聚砜改性酚醛树脂 10?13份，经表面处理的POB纤维12?14份，经表面处理的碳纤维5?6份，经表面处理 的碳化娃纤维10?12份，芳纟仑耐磨颗粒5?6份，沉淀硫酸钡10?12份，沥青粉3?4. 5 份，二硫化钼3?5份，氧化铝0. 1?1份，硫化铜3?4. 5份，粉末丁腈橡胶2?3份，硬 脂酸锌0. 5?1份，石油焦炭3?3. 5份，人造石墨8?8. 5份，多孔硅酸钙颗粒5?6. 5 份，硫化猛5?6. 5份，高温润滑稳定剂（全芳香聚酰亚胺）3. 5?4. 5份。
[0012] 所述经表面处理的PBO纤维，是将PBO纤维投入高锰酸钾溶液中，浸渍110?120 分钟后取出洗净，在70°C真空烘箱内干燥60分钟即可；纤维的直径15?20um，长度3? 6_ ;所述高锰酸钾溶液含有质量百分比分别为50%的硫酸和1 %的氧化剂，其余为高锰酸 钾；所述氧化剂为二氧化锰。
[0013] 所述经表面处理的碳纤维，是先将碳纤维投入磷酸氢二铵溶液中，浸渍20?30分 钟后，在将碳纤维加热到220°C?260°C，保温4?6分钟，再经40?60°C的清水洗涤后，在 150°C?160°C的温度下烘干即可；纤维长度6?8mm，纤维直径25?35um;所述磷酸氢二 铵溶液含3 %质量比例的磷酸氢二铵，其余是水。
[0014] 所述经表面处理的碳化硅纤维，是将碳化硅纤维投入Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶 联剂溶液中，浸渍45?50分钟后取出，在50°C真空烘箱内干燥60?70分钟即可；纤维长 度4?5mm,纤维的直径25?35um;
[0015] 所述Y-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂溶液中，含30%质量比的Y-氨丙基三乙氧 基硅烷偶联剂，其余是水。
[0016] 所述聚砜改性酚醛树脂、沉淀硫酸钡、二硫化钼、氧化铝、硫化铜、粉末丁腈橡胶、 硬脂酸锌、硫化锰、丁腈橡胶粉、高温润滑稳定剂（全芳香聚酰亚胺）的粒度均多350目。
[0017] 所述芳纟仑耐磨颗粒、沥青粉、多孔娃酸妈颗粒、石油焦炭、人造石墨的粒度均为 40?60目。
[0018] 上述新型复合纤维增强减震摩阻材料的制备方法，按照以下步骤进行：
[0019] 1)按配方称取各种原料备用；
[0020] 2)先将除经表面处理的POB纤维、经表面处理的碳纤维、经表面处理的碳化硅纤 维外的其它原料投入高速混料机内，混拌6?7分钟；接着投入经表面处理的POB纤维、经 表面处理的碳纤维、经表面处理的碳化硅纤维，混拌3?5分钟后，再加入作为高温润滑稳 定剂的全芳香聚酰亚胺，混拌1?2分钟后取出混合物；
[0021] 3)模压成型：将混合物投入到模具型腔中一次性热压模塑成型，其热压温度为 185°C±10°C，热压压力为50Mpa±0. 5Mpa;热压固化时间为20-22分钟，热压固化初始阶段 3分钟内，每20秒钟开模放气一次，共放气3次，之后在保压固化到规定时间；
[0022] 4)热固化：先在138-145 °C时保温2. 5±0.1小时；接着在0.5小时内升温至 150-160°C保温2±0. 2小时；又在0. 5小时内升温至170-180°C保温4±0. 2小时；又在1 小时内升温至195-2KTC保温6±0.2小时，然后自然冷却到室温，再直接升温到170-180°C 保温2±0. 2小时；
[0023] 所述步骤3)模压成型时，需预先在预热过的模具型腔内涂脱模剂。
[0024] 本发明的有益效果是：该摩阻材料具有耐高温、耐磨损、低噪音以及摩擦制动力矩 稳定、阻尼力大、环保等特点；经测试：在350°C时摩擦系数仍高于同类产品20%，而磨损率 (KTcmVN?!!!)则为同类产品19. 25%;而且，所有原材料均可外购获得，不但符合环保要求， 而且制造简便，成本较低，具有广阔的市场前景。
【具体实施方式】
[0025] 本发明中的芳纶耐磨颗粒表面包裹了一层由液体丁苯橡胶和氢化丁腈乳胶复合 物，芳纶耐磨颗粒内部中空结构，具有一定的压缩回弹性，压缩率多35%，可明显提高摩阻 材料的耐磨、耐高温和噪音性能。该芳纶耐磨颗粒可直接外购获得或按以下方法自制：
[0026] 芳纶耐磨颗粒包含的原料及重量份为：芳纶浆柏纤维40?60份，芳纶短切纤维 15?30份，液体丁腈橡胶8?20份，液体丁苯橡胶10?16份，溶剂型腰果壳油液体树脂 6?15份；
[0027] 所述的芳纶浆柏纤维是在偶联剂溶液中浸渍30?35分钟，纤维直径15um，长度 5?8mm;所述的芳纶短切纤维是在偶联剂溶液中浸渍30?35分钟，长度5?8mm，直径根 据需要选择。
[0028] 所述偶联剂溶液中，铝钛复合偶联剂含量为20?30%，其余为水；
[0029] 芳纶耐磨颗粒的制备方法，按照以下步骤进行：
[0030] (1)纤维偶联剂处理：先将芳纶浆柏纤维和芳纶短切纤维放入偶联剂溶液中浸渍 30?35分钟后取出晾干；
[0031] (2)预处理：将处理过的芳纶浆柏纤维和芳纶短切纤维，投入高速混料机内，混合 4?5分钟，然后从高速混料机内取出得到预处理料备用；
[0032] (3)先将步骤⑴处理过的芳纶浆柏纤维和芳纶短切纤维投入到液体丁腈橡胶中 打浆，打浆浓度为3?5%，打浆度为35?45°SR;接着加入浓度为0. 05?0. 08的聚环 氧乙烯溶液12份，用疏解机疏解均匀形成物料分散均匀的浆料；
[0033] (4)将步骤（3)制得的浆料在90?100°C烘箱内烘干，将烘干后的浆料投入到溶 剂型腰果壳油液体树脂中浸渍20?35分钟，胶含量控制在6-15份。
[0034] (5)将步骤⑷制得的浆料投入捏炼机中，并同时加入10?16份液体丁苯橡胶， 捏炼温度控制在30?40°C，捏炼时间在6?7分钟。
[0035] (6)将步骤（5)制得的混合料投入脱气轮造粒机中进行造粒，所述的颗粒为球状 或圆柱状粒度在40?60目之间，内部中空结构