建筑隔震支座用丁基橡胶/天然橡胶复合材料制备与性能分析

都志强

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南 714000）

现阶段，隔霞支座所使用的橡胶材料通常为天然橡胶，其材质具有低压缩永久变形、高弹性、高强度等方面的特性，但在阻尼性方面仍存在一定的欠缺。因此，本次研究采用天然橡胶与丁基胶相混合的方式来加强隔震支座的阻尼性能，并详细分析了各种配比方案下复合材料的性能差异［1-3］。

1 丁基橡胶/ 天然复合橡胶材料的制备

1.1 主要原材料

烟片胶、天然橡胶（海南天然橡胶产业集团股份有限公司）；炭黑（中北精细化工）；丁基橡胶（历卓科技有限公司）；硬脂酸、配合剂、防老剂、促进剂环烷烃油、氧化锌（河南昌远化工产品有限公司）。

1.2 材料配比方案

基本配方1 见表1。

表 1 基本配方1 （单位：质量份）Table 1 Basic formula 1 (unit: parts by mass)

基本配方2 见表2。

表 2 基本配方2（单位：质量份）Table 2 Basic formula 2 (unit: parts by mass)

1.3 复合材料的制备

（1）所需设备与仪器

电热硫化机（江阴同心硫化机制造有限公司）；盘式硫化仪（沈阳金田机电设备制造有限公司）；双辊开炼机（大连华韩橡塑机械有限公司）

（2） 制备工艺

天然橡胶混炼胶：利用开炼机对100 质量份的天然橡胶实施3 次薄通处理，在此基础上根据基本配方1 的用料方案依次加入各种原材料，利用开炼机充分混炼，将辊距放宽并压出橡胶片即可获取天然橡胶混炼胶［4-6］。

丁基橡胶混炼胶：利用开炼机对100 质量份的丁基橡胶实施3 次薄通处理，在此基础上根据基本配方2 的用料方案依次加入各种原材料，采用与天然橡胶混炼胶相同的后续处理工艺即可获取天然橡胶混炼胶。

丁基橡胶/ 天然橡胶复合材料：利用前两个步骤所制备的天然橡胶混炼胶和丁基橡胶混炼胶分别混合出60/40、70/30、80/20、90/10 共计四份初始材料，分别对各份初始材料进行5min 的共混混炼处理，最终得到4份不同比例的丁基橡胶/天然橡胶复合材料［7-8］。

1.4 分析方法

（1）硫化特性

通过橡胶硫化仪（北京环锋机械公司）对混炼胶的硫化特性进行测试，测试温度为145℃。

（2）物理机械性能

通过ANG5215 型拉力机（上海松顿仪器制造有限公司）对丁基橡胶/ 天然橡胶复合材料的撕裂和拉伸性能进行测试，测试标准为GB/T Y528-2019；利用XY-1型邵氏硬度计（温州市海宝仪器有限公司）对丁基橡胶/天然橡胶复合材料的邵氏A 硬度性能参数进行测试，测试标准为GB/T Y531-2019。

（3）阻尼性能

通过2000 型橡胶加工分析仪（美国硅谷阿尔法公司）对硫化胶与混炼胶的参数进行检测，测试温度40℃，测试频率1Hz，应变范围0～300%。通过DMTA 动态力学性能仪（法国麦特韦伯公司）对交联过的橡胶试样进行检测，应用拉伸检测模式，测试温度-100～60 ℃，测试频率1Hz，应变条件0.1% 应变，升温速率为3℃/min。

2 实验结果

2.1 硫化特性

图1 NR、IIR 和不同配比NR/IIR 的硫化曲线Fig. 1 Vulcanization curves of NR, IIR and NR / IIR with different ratio

图1 为纯天然橡胶、纯丁基橡胶和二者混炼胶的硫化曲线。经实验研究发现，纯天然橡胶和纯丁基橡胶无法实现同步硫化，存在较大的硫化速度差异。在扭矩平均水平方面，纯丁基橡胶明显低于纯天然橡胶，共混胶则具有相对更高的扭矩平均水平。天然橡胶占比较高的供混胶也具有较高的扭矩水平。出现该现象的原因主要在于天然橡胶相比于丁基橡胶来说有着更加优越的综合性能，天然橡胶占比较高的供混胶具有较高的扭矩水平［9-13］。在焦烧时间方面，丁基橡胶则明显长于天然橡胶，共混胶则明显较短，丁基橡胶占比较高的共混胶也具有较长的焦烧时间。由此可知，丁基橡胶/ 天然橡胶复合材料可以在略微减损扭矩水平的情况下相应地延长焦烧时间，提升抗硫化性能。

2.2 物理机械性能

纯天然橡胶、丁基橡胶与不同配比方案下共混胶的力学性能见表3。根据实验结果可知，纯天然橡胶的相比于共混胶来说有着更高的拉伸强度，天然橡胶具有更加优异的力学性能，天然橡胶占比较高的共混胶也具有较强的拉伸强度。当天然橡胶/丁基橡胶配比为60/40 时，其拉伸强度仅为20.7MPa，而纯天然橡胶的拉伸强度则为39MPa，拉伸强度相差高达30% 以上，并且低于纯丁基橡胶，撕裂强度也体现出相同的变化规律。在物理机械性能方面，丁基橡胶的加入会显著影响共混胶的力学性能，应当严格限制共混胶中丁基橡胶所占的比例。

表 3 纯天然橡胶、丁基橡胶与不同配比方案下共混胶的力学性能Table 3 Mechanical Properties of pure natural rubber,butyl rubber and blends with different proportions

2.3 阻尼性能

纯天然橡胶、丁基橡胶与不同配比方案下共混胶的tanΣ-T 曲线图如图2 所示。经实验研究发现，共混胶tanΣ-T 曲线位于纯天然橡胶和纯丁基橡胶之间，纯天然橡胶tanΣ 峰值为0.83，阻尼峰值为-60.4℃，阻尼温域为［-66.4,38.5］；纯丁基橡胶tanΣ 峰值为0.86，阻尼峰值为-34.5℃，阻尼温域为［-55.6,-0.5］。共混胶阻尼温度范围明显大于纯天然橡胶，阻尼状况明显较优。尤其是天然橡胶/丁基橡胶比例为90/10 的情况下，其有效阻尼温域为［58.5,28.4］，明显优于纯天然橡胶，tanΣ-T 峰值也比纯天然橡胶高出18 个百分点，使共混胶的阻尼性能得到了明显的改善。

图2 纯天然橡胶、丁基橡胶与不同配比方案下共混胶的tanΣ-T 图Fig. 2 Tan ∑- T diagram of pure natural rubber, butyl rubber and their blends with different ratios

3 结束语

本文对丁基橡胶/ 天然橡胶复合材料的物理特性进行了分析，根据实验分析结果发现，丁基橡胶的加入会使天然橡胶的物理性能受到影响，但抗硫化性和阻尼性能会得到显著提升，在天然橡胶/ 丁基橡胶比例为90/10的情况下，复合材料的使用性能较为理想。在未来的研究工作中，还需要根据不同环境下的使用需要对天然橡胶与丁基橡胶的合理配比进行更加具体的分析。