[发明专利]一种高阻尼性能橡胶材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高阻尼橡胶技术领域，尤其涉及一种高阻尼滑动环弹性体/天然橡胶复合材料及其制备工艺；及其在隔震橡胶支座的橡胶叠层上的应用。 

背景技术

地震是一种突发性，频率高，难以预测的自然灾害，对人类社会的危害极大。全球平均每年可测到的地震次数超过500万次，其中6级以上的地震100～200次，7级以上的地震平均有17次，8级以上的地震平均11次。地震及其引发的次级灾害造成建筑物和构筑物及其内部设施大量倒塌和破坏，使人类的生命财产造成巨大损失。目前，地震预报仍处于探索阶段，即使准确预报了，也仍不能避免地震对工程、设施等的破坏以及完全避免人员的伤亡和经济财产的损失。因此，提高建筑物的抗震能力是抵御地震破坏的十分重要的途径。 

隔震支座作为“基础隔震”的重要元件，其主要功能一方面是支承建筑物全部重量，另一方面是改变结构系统的动力特性，主要是延长建筑物的自振周期，从而有效降低建筑物的地震反应。隔震支座还要能够承受基础与上部结构间预期的相对水平位移，同时又不能丧失其承载能力。由于橡胶隔震支座减振效果比传统的刚法减振效果明显优异，因此已经成为当今世界高抗震、防震要求的重要建筑物的首选方案。 

普通隔震叠层橡胶支座的橡胶层选用天然橡胶，由于天然橡胶大分子链柔顺，变形时分子间内摩擦小，损耗因子小，严重影响了其阻尼效果。因此，天然橡胶材料的支座能够增加结构的柔性，减小桥梁建筑的地震反应，但不能很好的衰减地震波，控制结构位移。铅芯隔震橡胶支座借助铅芯的剪切变形来实现吸收耗散振动能量的功能，但该体系的自恢复能力大大降低，而且隔震频带较窄，不能实现对多种频率的地震波都具有有效的隔震效果。制备出高阻尼橡胶材料代替现有的天然橡胶，不但能有效提高橡胶支座的综合防震能力，并且可以不用铅芯技术。 

作为一种新概念高分子材料，滑动环材料的出现成为了交联高分子材料的研究热点。它的出现源自超分子化学领域对聚轮烷的研究。所谓的滑动环材料是指：选择合适的交联剂，将不同聚轮烷上环状的分子α-CD进行交联，得到的这种胶体材料呈现出“8”字交 联的拓扑结构。这种材料最突出的特点是交联点可以沿着轴分子自由的滑动，由此产生了滑轮效应(Pulley effect)。因此，当滑动环材料受到外力作用时，交联点可以沿轴链分子发生滑动直到到达最佳位置，能够平衡高分子链受到的张力，此时所有的聚合物链都参与承担外力，材料内应力得到松弛，表现出很强的膨胀和拉伸能力，相当于起到了滑轮的作用。因此，这类材料尽管不产生拉伸结晶，但由于分子链容易发生应变取向，且应力易于分散，拉伸强度并不低，可以达到8个MPa以上。非常重要地，与普通弹性体材料相比，该材料具有低硬度、低压缩永久变形(≦1％)特性，且在宽温域和宽频率范围下表现出高阻尼性能。作为功能改性剂添加到橡胶基体中时，可以大幅度的提高材料的断裂伸长率。这些特性对提高隔震支座用橡胶材料的性能可能非常有帮助。 

发明内容

本发明针对以上问题，提出一种高阻尼橡胶复合材料的制备方法，选用具有拉伸结晶自补强性能的天然橡胶作为橡胶基体相，来支撑隔震支座橡胶的高强度；采用滑动环材料作为高阻尼相，来提高橡胶材料的高阻尼性能；在配方体系中加入一定份数的环氧天然橡胶，作为界面相容剂提高天然橡胶基体与滑动环材料之间的相容性。通过以上方法可以制备出具有高阻尼性能且物理机械性能优良的高阻尼隔震支座橡胶材料。其特征在于：以质量分数记具体组成为： 

以上配方中，滑动环材料选用阻尼效果较好的S1000、M1000型号，优选S1000型号。滑动环材料的交联反应条件为温度：150-180℃，反应时间：3-5小时。因为该滑动环材料与天然橡胶的交联条件无法达到匹配，所以预先将该滑动环材料在天然橡胶基体外进行交联，然后再共混加入橡胶中。通过机械共混的方式，完全可以将滑动环材料以2-3微米级别的相尺寸大小均匀分散到橡胶基体中。 

以上配方中，环氧天然橡胶起界面相容剂的作用，改善天然橡胶基体与滑动环材料之间的界面相容性。本发明中选用环氧天然橡胶的重量份为5～30份，优选质量份为20份；环氧天然橡胶的环氧度为25％～50％，优选环氧度为35％-40％。