高阻尼天然橡胶/滑动环复合材料的制备及性能研究
地震是一种难以预测且具有突发性，高频率等特点的自然灾害。为避免地震造成的人员伤亡和降低经济损失，安装隔震橡胶支座成为抵御地震破坏的有效方案。天然橡胶具有低压缩永久变形和高弹性，而且其独特的拉伸结晶性能使得其在大形变的过程中表现出优异的拉伸强度和抗破坏能力。这使得天然橡胶成为了隔震橡胶支座的首选材料。但是天然橡胶在常温区的阻尼性能不理想，这使得天然橡胶隔震支座在使用过程中需要铅芯等外加阻尼装置来协同作用。铅芯在安装使用过程中造成的铅泄漏会对环境造成不利的影响。 通过将高阻尼材料与天然橡胶物理共混的方法，制备出的高阻尼橡胶复合材料既能保证支座所需的力学强度又能大大地提高复合材料的阻尼性能。在应用过程中，采用高阻尼复合材料制备的隔震支座可以避免其他外加阻尼装置的使用。目前，具有高阻尼性能的滑动环材料越来越受到大家的注意。滑动环材料是一种新型的高聚物，其交联点呈“8”字型，可以沿主链滑动和旋转。当该材料受力发生变形时，“8”字型交联点可以沿着分子链段自由移动和旋转，起到类似于滑轮一样的作用。这使得分子链段呈现长度均一化，受力均一化，从而减少应力集中的发生。因为这些效应的存在，滑动环材料具有了一些特殊的性能，例如低的储能模量，小的压缩变形，小的应力松弛，宽的频率范围内的大阻尼系数等等。 本论文首次采用新型的“滑动环材料”作为阻尼相加入到天然橡胶基体中，制备了NR/SR复合材料;采用环氧天然橡胶作为界面相改善相容性并进一步提高阻尼性能，制备了NR/ENR/SR复合材料。制备的天然橡胶/滑动环复合材料的结构和性能通过原子力显微镜(AFM)，拉力机测试仪，动态力学性能分析仪(DMTA)，橡胶加工过程分析仪(RPA)和广角X射线衍射能谱(WAXD)来进行研究。原子力结果显示，NR/SR复合材料中SR相的分散尺寸为5-10μm;加入相容剂之后，SR相在基体中具有均一性分散且相尺寸小于3μm。力学性能结果显示，NR/SR复合材料的拉伸强度达到12MPa，NR/ENR/SR复合材料拉伸强度达到13MPa，两者的拉断伸长率均能达到770％的水平。动态力学性能结果显示，在0℃位置处，NR/SR复合材料在0℃的损耗因子从NR的0.1上升到了0.4; NR/ENR/SR复合材料的损耗因子可以达到0.75。橡胶加工过程分析仪用来研究在国际标准规定的频率和形变范围内阻尼系数的变化情况，结果显示NR/SR复合材料和NR/ENR/SR复合材料均能满足国际标准中对于阻尼系数的要求。复合材料的滞后性能可以用来研究其在模拟地震条件下能量耗散能力的变化。结果显示NR/SR复合材料和NR/ENR/SR复合材料在100％形变下的耗散系数分别为8％和7.6％，较纯NR有较大提高。广角X射线衍射能谱(WAXD)用来研究SR相和ENR相对于复合材料中NR拉伸结晶性能的影响。结果显示SR相的加入可以加速天然橡胶的结晶，并最终降低天然橡胶的结晶度;ENR相可以有效地隔绝SR相对于NR结晶的影响，使NR按照原有的结晶动力学进行结晶。
环氧天然橡胶;滑动环复合材料;物理共混;隔震橡胶支座;阻尼性能;耗散效率
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王文才
2015
中文
TQ332.5;U443.361
79
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）