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橡膠制品的臭氧老化以及養護

2021-07-08 03:17:48

臭氧氧是導致橡膠制品在大氣中老化的重要因素。 臭氧比氧氣更活潑,因此它對橡膠,特別是不飽和橡膠的侵蝕比氧氣嚴重得多。

當臭氧與橡膠制品接觸時,臭氧首先與活性雙鍵發生加成反應,形成分子臭氧化物。 一分子臭氧化物非常不穩定,會迅速分解形成羰基化合物 2 和兩性離子。  3 在大多數情況下,兩性離子和羰基化合物會重新結合形成異臭氧?,兩性離子也可以聚合形成過氧化物?或超過氧化物?。 此外,當甲醇等活性溶劑存在時,兩性離子也會與其反應生成甲氧基氫過氧化物。  4 臭氧與不飽和橡膠反應的活化能很低,反應很容易進行。 反應一直到橡膠的雙鍵耗盡,在橡膠表面形成一層銀。 只要沒有外力使白膜破裂,橡膠就不再繼續臭氧化。 如果臭氧化橡膠受到拉伸或動態變形,產生的臭氧化膜就會開裂,新的橡膠表面會與臭氧發生反應,使裂紋不斷擴大。 飽和橡膠不含雙鍵,雖然也能與臭氧反應,但反應進行得很慢,不易開裂。

大氣中的臭氧(o3)是由氧分子吸收太陽光中的短波紫外線,然后分解氧原子與氧分子重新結合而形成的。 在距地球表面20-30公里的天空中,有一個濃度約為5X10的臭氧層。 隨著空氣的垂直流動,臭氧被帶到地球表面,臭氧濃度從高處向地面逐漸降低。 另外,紫外線集中的地方、放電的地方、電機附近,尤其是產生電火花的地方,都會產生臭氧。 通常大氣中臭氧濃度為0~5X10-8。 不同地區臭氧濃度不同; 不同的季節有不同的臭氧濃度。 雖然地面附近的臭氧濃度很低,但它對橡膠造成的危害也不容忽視。

不飽和橡膠容易發生臭氧化和臭氧化后的外觀特性。 與熱氧老化不同,橡膠制品的臭氧化僅在與臭氧接觸的表層進行,整個臭氧化過程由表面決定;二是橡膠與臭氧反應形成銀白色硬膜( 約 10 nm 厚)。 在靜態條件下,這層薄膜可以防止臭氧與橡膠的深度接觸,但在動態應變條件下或在靜態拉伸狀態下,當橡膠的伸長率或拉伸應力超過其臨界伸長率或臨界應力時,這層薄膜就會開裂, 讓臭氧接觸新的橡膠表面,繼續臭氧化反應并導致裂紋擴大。 裂紋出現后,由于基部應力集中,更容易使裂紋加深,形成裂紋。 裂紋方向與應力方向垂直。 一般在小應變(如5%)下僅出現少量裂紋,裂紋方向清晰可辨。 當橡膠在多個方向受力時,很難區分裂紋方向。

臭氧與不飽和橡膠反應的活化能很低,反應容易進行。 反應一直持續到橡膠的雙鍵被消耗為止。 這時,只要沒有外力作用,橡膠表面就會形成一層失去彈性的銀白色薄膜。 破裂薄膜,橡膠將不再繼續臭氧化。 如果臭氧化橡膠受到拉伸或動態變形,產生的臭氧化膜就會開裂,新的橡膠表面會與臭氧發生反應,使裂紋不斷擴大。


 

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