[發明專利]一種高阻尼改性聚氨酯材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811137930.6
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109293867A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 蘇毅;李婷;任仕凱;張沖;韓煦智;石雅平
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: C08G18/44
• 分類號: C08G18/44;C08G18/32;C08G18/75;C08G18/12;C08G18/66;C08K9/00;C08K3/04
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本發明公開了一種高阻尼改性聚氨酯材料及其制備方法。本發明方法通過在多元醇中加入石墨烯后，在聚氨酯的分子鏈中引入端?NCO基，再加入受阻酚，得到儲存穩定性良好的受阻酚封端聚氨酯預聚物，加入脂肪類固化劑，室溫下得到高阻尼聚氨酯材料。本發明高阻尼聚氨酯材料大幅提升聚氨酯材料的阻尼性能，同時發明方法工藝簡單、成本低廉，不需要添加額外的加工設備和繁瑣步驟，在制備高阻尼性能的聚氨酯材料中具有重要前景。

技術領域

本發明涉及一種高阻尼改性聚氨酯材料及其制備方法，制備的新型聚氨酯復合材料適用于結構建筑、橋梁領域高阻尼隔震支座的制備。

背景技術

地震是危及人民生命財產的突發式自然災害，而我國是世界上的多地震國家之一。地震及其引發的次級災害造成建筑物和構筑物及其內部設施大量倒塌和破壞，使人類的生命財產造成巨大損失，因此，隔震減震技術在工程上得到了廣泛的運用。特別是在汶川大地震和玉樹大地震后，人們更加清楚地認識到地震災害的嚴重性，并同時對工程建筑的抗震性能提出了更高的要求。

傳統的抗震結構實質上是把結構本身及主要承重構件(柱、梁、節點等)作為“耗能”構件，容許結構本身及構件在地震中出現不同程度的損壞。由于地震的隨機性和結構實際抗震能力設計計算的誤差性，結構在地震中的損壞程度難以控制。采用抗震設計思想設計的結構，由于要靠自身結構構件的塑性變形來吸收地震能量，在強震作用下，結構會產生很大的變形，甚至造成使用功能的喪失。依靠結構構件發生彈塑性變形來消耗地震能量保證結構大震的安全的延性結構體系已不能滿足實際需要，因此隔震結構體系逐漸發展起來。

其基本思想是在建筑中設置柔性隔震層，地震產生的能量在向上部結構傳遞的過程中，大部分被柔性隔震層所吸收，僅有少部分傳遞到上部結構，從而降低上部結構的地震作用，提高其安全性。隔震支座作為隔震的重要元件，其主要功能一方面是支承建筑物全部重量，另一方面是改變結構系統的動力特性，延長建筑物的自振周期，從而有效降低建筑物的地震反應。隔震支座還要能夠承受基礎與上部結構間預期的相對水平位移，同時又不能喪失其承載能力。

疊層橡膠支座是最重要的隔震支座類型，由多層薄橡膠板和薄鋼板交互重疊模壓硫化而成，由于橡膠支座中橡膠層與夾層鋼板緊密粘結，當橡膠支座受上部結構自重荷載時，薄鋼板約束了橡膠的橫向伸展，保證支座具有足夠的豎向剛度和承載能力，同時鋼板又不影響橡膠板的剪切變形，保持了橡膠固有的柔韌性，使其具有比豎向剛度小很多的水平剛度，從而具備了豎向支撐與水平隔震的雙重功能。為了進一步降低地震的破壞力，支座需要有高的減震能力，因此需要其所用橡膠材料具有高阻尼性能。在地震發生時，橡膠層由于自身的勁彈滯后特性呈現高度耗能減震的優勢，能有效吸收地震波能量，降低地震的破壞能力。

隔震支座較為常用的橡膠材料是天然橡膠和氯丁橡膠。天然橡膠綜合性能優異，具有高彈性、高柔性和高強度，在橡膠支座中應用最廣泛，但天然橡膠分子鏈柔順，變形時分子間摩擦力小，所以其阻尼性能差，不能有效的衰減地震波和削弱地震能量。與之相比，氯丁橡膠的阻尼性能好，但其彈性、柔性等不能滿足需求。

橡膠的阻尼性能源于橡膠大分子的勁彈滯后性能，大分子的形態結構對其阻尼性能有決定性的影響，一般來說，分子間作用力強、分子間內摩擦大的橡膠材料阻尼性能好。但是高阻尼橡膠材料在隔震支座的應用中仍然存在一些局限性。從橡膠本身來說，其受日照，溫度，臭氧等環境因素影響易產生性能變化與老化，在長時間靜載作用下有蠕變現象。對工作環境條件適應性也較差，需要定期檢查，以便及時更換，一般情況下，橡膠隔震支座只能使用3-5年。其次，在我國目前主要是通過炭黑與橡膠分子鏈的游離基產生化學吸附與結合，形成炭黑-橡膠凝膠結構來增加橡膠的阻尼。但是炭黑-橡膠凝膠結構不是穩定的化學反應產物，而是化學吸附與結合的產物，研究證明這種結構在應力的反復作用下容易破壞，阻尼性能不穩定；同時研究也表明炭黑對橡膠的硬化效應比較顯著，使橡膠的延伸率降低。所以，高阻尼橡膠材料在隔震支座的領域的制作工藝復雜，成本較高且工作不穩定。