臭氧老化測試：橡膠制品抗臭氧腐蝕性能檢測技術(shù)詳解

一、引言

臭氧（O?）是大氣中一種強(qiáng)氧化性氣體，盡管在平流層對地球具有保護(hù)作用，但在近地面環(huán)境中，尤其在工業(yè)區(qū)、城市交通密集區(qū)域，臭氧濃度可顯著升高。對于橡膠制品而言，臭氧是一種極具破壞性的環(huán)境因素。即使在極低濃度（25–100 ppb）下，臭氧也能引發(fā)不飽和橡膠（如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等）表面產(chǎn)生龜裂（臭氧龜裂），嚴(yán)重降低其力學(xué)性能與使用壽命。

因此，臭氧老化測試成為評估橡膠制品耐候性、預(yù)測服役壽命、優(yōu)化配方設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制的關(guān)鍵手段。本文系統(tǒng)介紹臭氧老化測試的原理、標(biāo)準(zhǔn)體系、試驗(yàn)方法、影響因素及結(jié)果評價(jià)，為橡膠產(chǎn)品研發(fā)與檢測提供技術(shù)參考。

二、臭氧老化的機(jī)理

2.1 化學(xué)反應(yīng)過程

臭氧分子（O?）極易與橡膠高分子鏈中的碳-碳雙鍵（C=C）發(fā)生加成反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的初級臭氧化物，隨后分解為自由基，引發(fā)鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)，最終導(dǎo)致：

• 主鏈斷裂 → 分子量下降 → 拉伸強(qiáng)度、彈性模量降低

• 表面微裂紋形成 → 在應(yīng)力作用下迅速擴(kuò)展為宏觀龜裂

2.2 臭氧龜裂特征

• 方向性：裂紋垂直于拉伸應(yīng)力方向

• 深度快、寬度窄：初期裂紋細(xì)而深，發(fā)展迅速

• 無屈撓疲勞特征：區(qū)別于動態(tài)疲勞裂紋，臭氧裂紋呈“刀切”狀

?? 注：飽和橡膠（如三元乙丙橡膠 EPDM、硅橡膠、氯丁橡膠 CR）因不含 C=C 鍵，具有優(yōu)異的抗臭氧性能。

三、臭氧老化測試標(biāo)準(zhǔn)體系

3.1 國際標(biāo)準(zhǔn)

3.2 中國國家標(biāo)準(zhǔn)

? 當(dāng)前國內(nèi)臭氧老化測試主要依據(jù) GB/T 7762.1—2014 和 GB/T 7762.2—2023。

四、臭氧老化測試方法詳解

4.1 靜態(tài)應(yīng)變試驗(yàn)（GB/T 7762.1）

適用對象：密封圈、膠管、減震墊等長期處于拉伸或壓縮狀態(tài)的制品。

試驗(yàn)步驟：

1. 試樣制備：啞鈴型或矩形試樣，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸裁切；

2. 施加應(yīng)變：使用夾具將試樣拉伸至規(guī)定應(yīng)變率（常用 5%、10%、20%、40%）；

3. 放入臭氧老化箱：設(shè)定臭氧濃度（通常 25–300 ppm）、溫度（40±2℃）、濕度（≤65% RH）；

4. 持續(xù)暴露：觀察并記錄出現(xiàn)龜裂的時(shí)間（臨界時(shí)間）及裂紋等級；

5. 結(jié)果判定：以“無龜裂時(shí)間”或“龜裂等級 vs 時(shí)間”曲線表示。

4.2 動態(tài)應(yīng)變試驗(yàn)（GB/T 7762.2）

適用對象：輪胎側(cè)壁、傳動帶、動態(tài)密封件等交變應(yīng)力工況產(chǎn)品。

特點(diǎn)：

• 試樣在臭氧環(huán)境中周期性拉伸/松弛（頻率 0.5–3 Hz）；

• 更接近實(shí)際使用狀態(tài)，加速龜裂形成；

• 可評估材料在動態(tài)載荷下的抗臭氧能力。

4.3 典型試驗(yàn)條件推薦

?? 注：濃度越高、溫度越高、應(yīng)變越大，老化越快，但需避免非真實(shí)失效模式。

五、影響臭氧老化性能的關(guān)鍵因素