[发明专利]隔震支座用类铅高分子复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，涉及隔震支座用新型高分子复合材料及其制备方法，该材料具有与铅金属相近的力学性能和阻尼特性，可用于建筑、桥梁隔震支座中高阻尼铅芯的替代。

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。地震及其引发的次级灾害造成建筑物、桥梁设施的大量倒塌和破坏，使人类的生命财产造成巨大损失。与传统的刚法抗震技术相比，基于“基础隔震概念”的橡胶隔震支座的减震效果更为优异。近年来，隔震支座已经成为当今世界高抗震、防震要求的重要建筑物、桥梁的首选方案。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、桥梁的重量，另一方面是改变结构系统的动力特性，主要是延长建筑物、桥梁的自振周期，从而有效降低其地震反应。

目前，隔震支座中应用最为广泛的便是普通叠层橡胶支座和铅芯橡胶支座。(1)普通叠层橡胶支座，一般采用天然橡胶制造，天然胶具有高柔性、高弹性、高强度的特点，赋予支座很好的竖向承载能力和水平剪切变形能力。但这种支座的阻尼性能差，需要和阻尼器并用提高阻尼效果。由于阻尼器造价昂贵，限制了该类型支座的应用；(2)铅芯橡胶支座，是在普通叠层橡胶支座中，竖直灌入一个或多个铅棒，从而提高支座的阻尼性能。但铅芯橡胶支座等效水平刚度高，常常超过标准范围，地震发生时，铅芯易发生屈服断裂，自恢复能力下降。此外在正常荷载、低周期震动作用下，支座中的铅芯产生疲劳剪切破坏，阻尼性能下降。而且铅芯也会对环境造成严重的污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供与铅金属性能相近的新型高分子复合材料制作高阻尼芯材，以代替隔震支座用的金属铅芯，实现新型隔震支座的无铅化。制得的叠层橡胶支座具有优异的阻尼性能、等效水平刚度低和低地震波下易变形等特点，与铅金属芯材相比，可以更好的满足支座的需求。

为了解决以上技术问题，本发明采用了下述方案：

1、以质量份计，新型类铅高分子复合材料采用丁腈橡胶作为基体，配方如下：

2、本发明提供一种新型类铅高分子复合材料制备支座芯材代替原用铅芯，其特征在于：采用丙烯腈质量含量为26％的丁腈N240S、丙烯腈质量含量为34％的丁腈N230S或丙烯腈质量含量为41％的丁腈N220S为基体，添加具有纳米片层结构的有机黏土。有机黏土与丁腈橡胶的质量比为(60～150):100，较好的范围是(100～150):100。

3、本发明提供一种新型类铅高分子复合材料制备支座芯材代替原用铅芯，其特征在于：钠基蒙脱土有机化：将10.00g钠基蒙脱土倒入1000mL的圆底烧瓶中，添加400mL去离子水，磁力搅拌(300-500r/min)1h，静置24h至完全溶胀。将5.0g插层剂十八烷基三甲基溴化铵(STAB)加入小烧杯中，加入100mL去离子水溶解。将装有蒙脱土水溶液的圆底烧瓶放入到80℃水浴中保温并搅拌，再将插层剂溶液滴加到圆底烧瓶中，35min内滴完，反应5h，冷却静置。去除上层清液得到白色沉淀，去离子水洗涤抽滤数次，直至滤液用质量百分数为1％的AgNO₃溶液检测无淡黄色沉淀。所得白色沉淀转入烧杯中，在80℃条件下干燥24h，得到干态有机黏土。

4、本发明提供一种减震支座用类铅高分子复合材料芯材的制备方法，具体工艺步骤为：

(1)类铅高分子复合材料芯材制备工艺：将丁腈橡胶在双辊开炼机室温塑炼，然后加入有机黏土，使之混炼均匀。之后采用热辊开炼机混炼，混炼温度为95±5℃，混炼时间为10±3℃，均匀后出片冷却至室温。然后在开炼机上进行混炼，依次加入石油树脂、酚醛树脂、玻璃微珠、活性剂、促进剂和硫化剂，混炼均匀后出片，得到类铅高分子复合材料片材。

(2)将步骤(1)得到的类铅高分子复合材料片材通过挤出机注射到圆柱形模腔中，注射温度为60℃，压力15Mpa，保压30min，冷却、开模，得到预成型芯材。之后在150℃下硫化得到类铅高分子复合材料芯材。将芯材和支座组装，得到类铅高分子复合材料芯材减震支座。

本发明的有益效果

本发明将有机黏土和丁腈橡胶通过熔融插层的方法制备了新型的高分子复合材料，该材料具有与铅金属相近的力学性能、阻尼性能，且在小应变作用下应力显著提高。将其制成芯材代替铅芯，所制备隔震支座的竖向刚度、等效水平刚度和阻尼比满足实际桥梁应用的需要，综合减震效果良好。相比于铅金属制备的隔震支座芯材，类铅高分子复合材料芯材具有高性能、无污染以及成本低等优点。

附图说明