建筑隔震支座用高阻尼胶料配方的研究

罗明明

（青岛农业大学 建筑工程学院，山东 青岛 266109）

橡胶材料因其特有的粘弹性而被制作成各种具有特定滞后性能的产品，阻尼材料是橡胶粘弹性应用的一个重要方向，被广泛应用于建筑隔震支座中[1-3]。高阻尼隔震支座是高阻尼胶料与基材通过粘接或/和硫化等方式复合而成的叠层制品[4]。在地震发生时，高阻尼隔震支座通过形变耗散能量的方式，将地震产生的动能转换成内能消耗掉。近年来，高阻尼隔震支座在桥梁领域中的应用日益广泛，而在建筑减震和隔震领域的应用需要进一步拓展，这主要是因为建筑减震和隔震对高阻尼隔震支座的形变和阻尼性能有更高要求。

建筑减震和隔震用高阻尼隔震支座主要起到延长振动周期和抑制振动的作用，这就要求高阻尼胶料具有足够的强度和形变能力以及较高的阻尼性能。本工作以天然橡胶（NR）和溴化丁基橡胶（BIIR）并用胶为主体材料制备建筑隔震支座用高阻尼胶料，考察NR/BIIR并用比、炭黑品种和用量以及增粘剂种类对胶料物理性能和阻尼性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，3#烟胶片，泰国进品产品；BIIR，牌号为2255，阿朗新科高性能弹性体（常州）有限公司产品；炭黑，牌号为N110，N220，N330，N550，N660，N774，上海卡博特化工有限公司产品。

1.2 基本配方

NR/BIIR（变并用比）100，炭黑（变品种）50，硬脂酸 2，氧化锌 5，软化剂 15，防老剂2，增粘剂（变种类）2，硫黄 2，促进剂CBS 1.5，促进剂TMTD 0.2。

1.3 主要设备和仪器

Φ660 mm开炼机，上海橡胶机械一厂有限公司产品；XQLB-380×350型平板硫化机，青岛橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪、MV2000E型门尼粘度仪、RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；6800型电子拉力机，美国Instron公司产品。

1.4 试样制备

先将NR塑炼，NR塑炼胶停放8 h使用。胶料混炼在Φ660 mm开炼机上进行，设定前后辊温分别为65和55 ℃，辊速比为1∶1.115，先调节辊距至1 mm，加入NR塑炼胶和BIIR混炼均匀，再调节辊距至2 mm，依次加入防老剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑、软化剂和增粘剂混炼均匀，最后加入硫黄和促进剂，吃粉完结后打三角包3—5次，调节辊距，出片。

混炼胶采用平板硫化机硫化，硫化条件为150℃×30 min。

1.5 性能测试

胶料的性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 NR/BIIR并用比

BIIR因具有优异的阻尼性能而被广泛应用于各种减震橡胶制品中[5-10]。NR/BIIR并用比对胶料性能的影响如表1所示。从表1可以看出，随着NR/BIIR并用比的减小，胶料的邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率和剪切模量呈降低趋势，等效阻尼比呈增大趋势，说明增大BIIR用量可以有效提高胶料的阻尼性能，但同时会降低胶料的强度和形变能力。

表1 NR/BIIR并用比对胶料性能的影响Tab.1 Effect of NR/BIIR blending ratios on properties of compounds

2.2 炭黑品种和用量

2.2.1 炭黑品种

炭黑品种对胶料性能的影响如表2所示。从表2可以看出，从炭黑N220，N330，N550，N660到炭黑N774，随着炭黑氮吸附比表面积的减小，胶料的拉伸性能呈下降趋势，但炭黑N550胶料表现出拉伸强度高、拉断伸长率低的现象，这可能是因为炭黑N550的结构度较高，胶料形成了大量的包容胶，总体上表现为结合胶含量较高[11-14]，导致胶料的强度高，同时因包容胶的限制，使得橡胶可变形部分的比例减小的缘故。

从表2还可以看出：随着炭黑氮吸附比表面积的减小，胶料的等效阻尼比呈减小趋势；剪切模量则与炭黑品种无明显关系。由于添加炭黑N220的胶料等效阻尼比最大，剪切模量适宜，因此需要进一步探讨炭黑N220用量对胶料性能的影响。

表2 炭黑品种对胶料性能的影响Tab.2 Effect of carbon black types on properties of compounds

2.2.2 炭黑N220用量

炭黑N220用量对胶料性能的影响如表3所示。从表3可以看出，随炭黑N220用量的增大，胶料的硬度和剪切模量大幅提高，等效阻尼比逐渐增大，拉伸强度和拉断伸长率则呈现先提高后降低的趋势，即炭黑用量增加到一定程度后胶料的强度和形变能力会迅速下降。

表3 炭黑N220用量对胶料性能的影响Tab.3 Effect of carbon black N220 dosages on properties of compounds

2.3 增粘剂品种

增粘剂种类[15-21]对胶料性能的影响如表4所示。从表4可以看出，树脂类增粘剂种类对胶料的性能影响不大，添加古马隆树脂的胶料硬度稍低，添加C9树脂的胶料硬度稍高，添加苯酚乙炔树脂的胶料等效阻尼比稍小。

表4 增粘剂种类对胶料性能的影响Tab.4 Effect of tackifier types on properties of compounds

3 结论

（1）减小NR/BIIR并用比，即增大BIIR用量可以有效增大胶料的等效阻尼比，但会降低胶料的强度和形变能力。

（2）从炭黑N220，N330，N660到炭黑N774，随着炭黑比表面积的减小，胶料的拉伸性能呈下降趋势，炭黑N550胶料表现出拉伸强度高、拉断伸长率低的现象。选用高比表面积的炭黑N220及增大其用量，能够有效增大胶料的等效阻尼比，但炭黑用量增大到一定程度后胶料的强度和形变能力会迅速下降。

（3）树脂类增粘剂种类对胶料性能的影响不大，但苯酚乙炔树脂会减小胶料的等效阻尼比。