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    深入理解臭氧老化機制:試驗箱如何模擬加速材料老化?

    來源:廣東德瑞檢測設備有限公司   2025年08月05日 10:42  

    一、背景
    地面大氣中的臭氧會與含不飽和鍵的高分子材料反應,使橡膠、涂層或塑料出現(xiàn)表面裂紋、硬化或失光。為了在短時間內(nèi)驗證材料耐臭氧性能,實驗室通常使用臭氧老化試驗箱,通過提高臭氧濃度、控制溫濕度并施加機械應變,把自然老化過程壓縮到幾天或幾周。

    二、臭氧老化的化學路徑

    1. 臭氧接觸:臭氧分子首先吸附在材料表面。

    2. 親電加成:臭氧與碳-碳雙鍵形成不穩(wěn)定的初級臭氧化物。

    3. 裂解與自由基鏈反應:臭氧化物分解產(chǎn)生醛、酮及自由基,自由基繼續(xù)攻擊聚合物主鏈,造成斷鏈或交聯(lián)。

    4. 宏觀表現(xiàn):微觀裂紋擴展為可見龜裂,力學性能下降或表面光澤喪失。

    臭氧老化(壓縮)

    三、試驗箱如何“加速”

    1. 提高臭氧分壓
      試驗箱將臭氧濃度提升到遠高于自然環(huán)境水平,使單位時間內(nèi)撞擊材料表面的臭氧分子數(shù)目顯著增加。

    2. 控制溫度
      適當升溫可加快臭氧擴散和反應速率,但溫度上限一般設在材料實際使用溫度附近,以減少熱氧老化的干擾。

    3. 調(diào)控濕度
      水分會改變臭氧在材料表層的溶解與擴散行為;試驗箱通過加濕單元模擬濕熱或干燥工況。

    4. 施加機械應變
      裂紋通常在拉伸應力集中處萌生。靜態(tài)拉伸或動態(tài)往復模式使材料保持一定形變,便于觀察和記錄裂紋萌生過程。

    四、試驗箱內(nèi)部流程

    1. 氣體準備:過濾后的干燥空氣或氧氣經(jīng)流量閥穩(wěn)壓后進入臭氧發(fā)生器。

    2. 臭氧發(fā)生:無聲放電或紫外照射使部分氧分子轉(zhuǎn)化為臭氧。

    3. 均勻混合:循環(huán)風機將含臭氧的空氣均勻送入工作室,避免死角。

    4. 環(huán)境維持:溫濕度傳感器實時反饋,控制器通過加熱、制冷和加濕單元進行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

    5. 實時監(jiān)測:紫外光度計或電化學探頭持續(xù)檢測臭氧濃度,超標即降低放電功率,不足則提高。

    6. 安全排放:試驗結束后,殘余臭氧通過催化分解器或活性炭吸附,降至安全水平后再開箱。

    五、結果與工程對應
    試驗記錄裂紋出現(xiàn)時間、裂紋密度或力學性能保持情況。將這些結果與戶外暴露或服役數(shù)據(jù)進行比對,可建立經(jīng)驗加速因子,為材料壽命評估或配方改進提供參考。

    如需進一步討論臭氧老化試驗箱的選型、程序設置或結果解讀,歡迎與廣東德瑞檢測設備有限公司聯(lián)系。

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