[發(fā)明專利]隔震支座用類鉛高分子復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610262851.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105885131B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張立群;郭大通;趙秀英;楊守申;溫超;張朋朋;楊海波;李凡珠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué);衡水華瑞工程橡膠有限責(zé)任公司
• 主分類號: C08L9/02
• 分類號: C08L9/02;C08L57/02;C08L61/06;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/34;C08K3/04;C08K3/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橡膠技術(shù)領(lǐng)域，涉及隔震支座用新型高分子復(fù)合材料及其制備方法，該材料具有與鉛金屬相近的力學(xué)性能和阻尼特性，可用于建筑、橋梁隔震支座中高阻尼鉛芯的替代。

背景技術(shù)

地震是一種突發(fā)性，頻率高，難以預(yù)測的自然災(zāi)害，對人類社會的危害極大。地震及其引發(fā)的次級災(zāi)害造成建筑物、橋梁設(shè)施的大量倒塌和破壞，使人類的生命財產(chǎn)造成巨大損失。與傳統(tǒng)的剛法抗震技術(shù)相比，基于“基礎(chǔ)隔震概念”的橡膠隔震支座的減震效果更為優(yōu)異。近年來，隔震支座已經(jīng)成為當(dāng)今世界高抗震、防震要求的重要建筑物、橋梁的首選方案。隔震支座作為“基礎(chǔ)隔震”的重要元件，其主要功能一方面是支承建筑物、橋梁的重量，另一方面是改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力特性，主要是延長建筑物、橋梁的自振周期，從而有效降低其地震反應(yīng)。

目前，隔震支座中應(yīng)用最為廣泛的便是普通疊層橡膠支座和鉛芯橡膠支座。(1)普通疊層橡膠支座，一般采用天然橡膠制造，天然膠具有高柔性、高彈性、高強(qiáng)度的特點，賦予支座很好的豎向承載能力和水平剪切變形能力。但這種支座的阻尼性能差，需要和阻尼器并用提高阻尼效果。由于阻尼器造價昂貴，限制了該類型支座的應(yīng)用；(2)鉛芯橡膠支座，是在普通疊層橡膠支座中，豎直灌入一個或多個鉛棒，從而提高支座的阻尼性能。但鉛芯橡膠支座等效水平剛度高，常常超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，地震發(fā)生時，鉛芯易發(fā)生屈服斷裂，自恢復(fù)能力下降。此外在正常荷載、低周期震動作用下，支座中的鉛芯產(chǎn)生疲勞剪切破壞，阻尼性能下降。而且鉛芯也會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供與鉛金屬性能相近的新型高分子復(fù)合材料制作高阻尼芯材，以代替隔震支座用的金屬鉛芯，實現(xiàn)新型隔震支座的無鉛化。制得的疊層橡膠支座具有優(yōu)異的阻尼性能、等效水平剛度低和低地震波下易變形等特點，與鉛金屬芯材相比，可以更好的滿足支座的需求。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述方案：

1、以質(zhì)量份計，新型類鉛高分子復(fù)合材料采用丁腈橡膠作為基體，配方如下：

2、本發(fā)明提供一種新型類鉛高分子復(fù)合材料制備支座芯材代替原用鉛芯，其特征在于：采用丙烯腈質(zhì)量含量為26％的丁腈N240S、丙烯腈質(zhì)量含量為34％的丁腈N230S或丙烯腈質(zhì)量含量為41％的丁腈N220S為基體，添加具有納米片層結(jié)構(gòu)的有機(jī)黏土。有機(jī)黏土與丁腈橡膠的質(zhì)量比為(60～150):100，較好的范圍是(100～150):100。

3、本發(fā)明提供一種新型類鉛高分子復(fù)合材料制備支座芯材代替原用鉛芯，其特征在于：鈉基蒙脫土有機(jī)化：將10.00g鈉基蒙脫土倒入1000mL的圓底燒瓶中，添加400mL去離子水，磁力攪拌(300-500r/min)1h，靜置24h至完全溶脹。將5.0g插層劑十八烷基三甲基溴化銨(STAB)加入小燒杯中，加入100mL去離子水溶解。將裝有蒙脫土水溶液的圓底燒瓶放入到80℃水浴中保溫并攪拌，再將插層劑溶液滴加到圓底燒瓶中，35min內(nèi)滴完，反應(yīng)5h，冷卻靜置。去除上層清液得到白色沉淀，去離子水洗滌抽濾數(shù)次，直至濾液用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％的AgNO₃溶液檢測無淡黃色沉淀。所得白色沉淀轉(zhuǎn)入燒杯中，在80℃條件下干燥24h，得到干態(tài)有機(jī)黏土。

4、本發(fā)明提供一種減震支座用類鉛高分子復(fù)合材料芯材的制備方法，具體工藝步驟為：

(1)類鉛高分子復(fù)合材料芯材制備工藝：將丁腈橡膠在雙輥開煉機(jī)室溫塑煉，然后加入有機(jī)黏土，使之混煉均勻。之后采用熱輥開煉機(jī)混煉，混煉溫度為95±5℃，混煉時間為10±3℃，均勻后出片冷卻至室溫。然后在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，依次加入石油樹脂、酚醛樹脂、玻璃微珠、活性劑、促進(jìn)劑和硫化劑，混煉均勻后出片，得到類鉛高分子復(fù)合材料片材。

(2)將步驟(1)得到的類鉛高分子復(fù)合材料片材通過擠出機(jī)注射到圓柱形模腔中，注射溫度為60℃，壓力15Mpa，保壓30min，冷卻、開模，得到預(yù)成型芯材。之后在150℃下硫化得到類鉛高分子復(fù)合材料芯材。將芯材和支座組裝，得到類鉛高分子復(fù)合材料芯材減震支座。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明將有機(jī)黏土和丁腈橡膠通過熔融插層的方法制備了新型的高分子復(fù)合材料，該材料具有與鉛金屬相近的力學(xué)性能、阻尼性能，且在小應(yīng)變作用下應(yīng)力顯著提高。將其制成芯材代替鉛芯，所制備隔震支座的豎向剛度、等效水平剛度和阻尼比滿足實際橋梁應(yīng)用的需要，綜合減震效果良好。相比于鉛金屬制備的隔震支座芯材，類鉛高分子復(fù)合材料芯材具有高性能、無污染以及成本低等優(yōu)點。

附圖說明