建筑隔震支座用高阻尼膠料配方的研究

羅明明

（青島農業(yè)大學 建筑工程學院，山東 青島 266109）

橡膠材料因其特有的粘彈性而被制作成各種具有特定滯后性能的產品，阻尼材料是橡膠粘彈性應用的一個重要方向，被廣泛應用于建筑隔震支座中[1-3]。高阻尼隔震支座是高阻尼膠料與基材通過粘接或/和硫化等方式復合而成的疊層制品[4]。在地震發(fā)生時，高阻尼隔震支座通過形變耗散能量的方式，將地震產生的動能轉換成內能消耗掉。近年來，高阻尼隔震支座在橋梁領域中的應用日益廣泛，而在建筑減震和隔震領域的應用需要進一步拓展，這主要是因為建筑減震和隔震對高阻尼隔震支座的形變和阻尼性能有更高要求。

建筑減震和隔震用高阻尼隔震支座主要起到延長振動周期和抑制振動的作用，這就要求高阻尼膠料具有足夠的強度和形變能力以及較高的阻尼性能。本工作以天然橡膠（NR）和溴化丁基橡膠（BIIR）并用膠為主體材料制備建筑隔震支座用高阻尼膠料，考察NR/BIIR并用比、炭黑品種和用量以及增粘劑種類對膠料物理性能和阻尼性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，3#煙膠片，泰國進品產品；BIIR，牌號為2255，阿朗新科高性能彈性體（常州）有限公司產品；炭黑，牌號為N110，N220，N330，N550，N660，N774，上?？ú┨鼗び邢薰井a品。

1.2 基本配方

NR/BIIR（變并用比）100，炭黑（變品種）50，硬脂酸 2，氧化鋅 5，軟化劑 15，防老劑2，增粘劑（變種類）2，硫黃 2，促進劑CBS 1.5，促進劑TMTD 0.2。

1.3 主要設備和儀器

Φ660 mm開煉機，上海橡膠機械一廠有限公司產品；XQLB-380×350型平板硫化機，青島橡膠機械有限公司產品；MDR2000型硫化儀、MV2000E型門尼粘度儀、RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；6800型電子拉力機，美國Instron公司產品。

1.4 試樣制備

先將NR塑煉，NR塑煉膠停放8 h使用。膠料混煉在Φ660 mm開煉機上進行，設定前后輥溫分別為65和55 ℃，輥速比為1∶1.115，先調節(jié)輥距至1 mm，加入NR塑煉膠和BIIR混煉均勻，再調節(jié)輥距至2 mm，依次加入防老劑、硬脂酸、氧化鋅、炭黑、軟化劑和增粘劑混煉均勻，最后加入硫黃和促進劑，吃粉完結后打三角包3—5次，調節(jié)輥距，出片。

混煉膠采用平板硫化機硫化，硫化條件為150℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料的性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 NR/BIIR并用比

BIIR因具有優(yōu)異的阻尼性能而被廣泛應用于各種減震橡膠制品中[5-10]。NR/BIIR并用比對膠料性能的影響如表1所示。從表1可以看出，隨著NR/BIIR并用比的減小，膠料的邵爾A型硬度、拉伸強度、拉斷伸長率和剪切模量呈降低趨勢，等效阻尼比呈增大趨勢，說明增大BIIR用量可以有效提高膠料的阻尼性能，但同時會降低膠料的強度和形變能力。

表1 NR/BIIR并用比對膠料性能的影響Tab.1 Effect of NR/BIIR blending ratios on properties of compounds

2.2 炭黑品種和用量

2.2.1 炭黑品種

炭黑品種對膠料性能的影響如表2所示。從表2可以看出，從炭黑N220，N330，N550，N660到炭黑N774，隨著炭黑氮吸附比表面積的減小，膠料的拉伸性能呈下降趨勢，但炭黑N550膠料表現出拉伸強度高、拉斷伸長率低的現象，這可能是因為炭黑N550的結構度較高，膠料形成了大量的包容膠，總體上表現為結合膠含量較高[11-14]，導致膠料的強度高，同時因包容膠的限制，使得橡膠可變形部分的比例減小的緣故。

從表2還可以看出：隨著炭黑氮吸附比表面積的減小，膠料的等效阻尼比呈減小趨勢；剪切模量則與炭黑品種無明顯關系。由于添加炭黑N220的膠料等效阻尼比最大，剪切模量適宜，因此需要進一步探討炭黑N220用量對膠料性能的影響。

表2 炭黑品種對膠料性能的影響Tab.2 Effect of carbon black types on properties of compounds

2.2.2 炭黑N220用量

炭黑N220用量對膠料性能的影響如表3所示。從表3可以看出，隨炭黑N220用量的增大，膠料的硬度和剪切模量大幅提高，等效阻尼比逐漸增大，拉伸強度和拉斷伸長率則呈現先提高后降低的趨勢，即炭黑用量增加到一定程度后膠料的強度和形變能力會迅速下降。

表3 炭黑N220用量對膠料性能的影響Tab.3 Effect of carbon black N220 dosages on properties of compounds

2.3 增粘劑品種

增粘劑種類[15-21]對膠料性能的影響如表4所示。從表4可以看出，樹脂類增粘劑種類對膠料的性能影響不大，添加古馬隆樹脂的膠料硬度稍低，添加C9樹脂的膠料硬度稍高，添加苯酚乙炔樹脂的膠料等效阻尼比稍小。

表4 增粘劑種類對膠料性能的影響Tab.4 Effect of tackifier types on properties of compounds

3 結論

（1）減小NR/BIIR并用比，即增大BIIR用量可以有效增大膠料的等效阻尼比，但會降低膠料的強度和形變能力。

（2）從炭黑N220，N330，N660到炭黑N774，隨著炭黑比表面積的減小，膠料的拉伸性能呈下降趨勢，炭黑N550膠料表現出拉伸強度高、拉斷伸長率低的現象。選用高比表面積的炭黑N220及增大其用量，能夠有效增大膠料的等效阻尼比，但炭黑用量增大到一定程度后膠料的強度和形變能力會迅速下降。

（3）樹脂類增粘劑種類對膠料性能的影響不大，但苯酚乙炔樹脂會減小膠料的等效阻尼比。