丁基橡膠-天然橡膠復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、基于先進(jìn)的“基礎(chǔ)隔震”理念，疊層橡膠隔震支座是提高建筑物抗震能力、降低地震帶來的生命財產(chǎn)損失的重要制件。目前隔震支座用橡膠材料主要選用具有拉伸誘導(dǎo)結(jié)晶性能的天然橡膠，具有隔震支座所需的高強度、高彈性、低壓縮永久變形性能，但其阻尼性能差，不能滿足高阻尼隔震支座用橡膠材料的需求。因此，設(shè)計和制備兼具高阻尼、高強度、高彈性等性能的隔震支座用新型橡膠復(fù)合材料具有重要的意義。
　　本論文采用特殊的共混工藝將阻尼性能優(yōu)異的丁基橡膠(IIR)與

2、天然橡膠(NR)按照不同配比共混并用，得到了一系列NR/IIR復(fù)合材料。通過掃描電鏡(SEM)、高分辨率透射電鏡(TEM)和原子力顯微鏡(AFM)等觀察復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、微觀分散等情況;使用微機控制型萬能實驗機、動態(tài)力學(xué)分析儀(DMTA)、橡膠加工分析儀（RPA）等研究復(fù)合材料的動態(tài)力學(xué)性能和靜態(tài)物理機械性能;應(yīng)用高低溫拉伸試驗機和上海光源同步輻射WAXD，探索復(fù)合材料的拉伸結(jié)晶及雙拉伸結(jié)晶現(xiàn)象。研究了丁基橡膠的預(yù)硫化工藝（溫度、時間

3、）對復(fù)合材料的共硫化特性、力學(xué)性能等的影響;將一種高異戊二烯含量的異丁烯和異戊二烯嵌段共聚物作為NR和IIR并用相容劑，研究了相容劑的用量對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、動態(tài)力學(xué)性能及物理機械性能的影響及機理。論文的主要工作成果如下:
　　(1)隨著IIR用量的增加，NR/IIR復(fù)合材料的阻尼溫域拓寬，損耗因子提高，表現(xiàn)出了很好的阻尼特性。NR/IIR并用比為90/10時，tanδ峰值能達(dá)到1.0，比純NR提高了18％，有效阻尼溫域從-59.

4、6℃到-29.5℃，比純NR向高溫區(qū)域移動了10℃左右。由于天然橡膠和丁基橡膠具有拉伸誘導(dǎo)結(jié)晶的特性，因此NR/IIR復(fù)合材料也表現(xiàn)出一定的拉伸結(jié)晶特性。在NR中加入IIR時，隨著IIR組分的增加其力學(xué)性能有明顯的下降，當(dāng)配比達(dá)到NR/IIR(60/40)時，其拉伸強度由NR的27.9MPa下降到共混膠的9.6MPa，降低了66％，這主要是因為NR和IIR二者的相容性較差且很難進(jìn)行共硫化造成力學(xué)性能較差。
　　(2)添加一種新型相

5、容劑（高異戊二烯含量的異丁烯和異戊二烯嵌段共聚物）制備NR/IIR(80/20)橡膠復(fù)合材料。加入相容劑后，材料的界面相互作用區(qū)域變得更寬更明顯，表明相容效果得到明顯改善。與未添加相容劑的樣品比較，該復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的阻尼性能，200％應(yīng)變下的損耗因子tanδ值提高了120％之多;當(dāng)加入4.0份相容劑時，復(fù)合材料的拉伸強度從19.1MPa增加到21.6MPa，增加了13.1％。因此，加入相容劑的NR/IIR復(fù)合材料獲得了更好的阻尼性能

6、，在橡膠支座領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。
　　(3)將在140℃下預(yù)硫化20分鐘的丁基橡膠用于NR/IIR橡膠復(fù)合材料的制備，與傳統(tǒng)工藝NR/IIR橡膠復(fù)合材料相比，材料的整體力學(xué)強度均有大幅度的提高。NR/IIR共混比為70/30時，NR/IIR橡膠復(fù)合材料的拉伸強度又13.0MPa提高到20.9MPa，提高了61％，撕裂強度由30.9KN/m提高到41.2KN/m，提高了33％。丁基橡膠經(jīng)過預(yù)硫化后，NR/IIR橡膠復(fù)合材料試樣的