橡塑制品的臭氧老化是什么原因?如何进行保养?


发布时间:

2022-11-02

  橡塑制品的臭氧老化是什么原因?如何进行保养?

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  当臭氧接触橡塑制品时,臭氧首先与活性双键反应,形成分子臭氧化物。一分子臭氧化物不稳定,很快分解形成羰基化合物2和离子。在大多数情况下,离子和羰基会重新结合成有气味的氧化物,离子也可以聚合形成过氧化物或过氧化物。此外,当甲醇等活性溶剂存在时,离子会与之反应生成过氧化物。臭氧与不饱和橡塑制品反应的活化能很低,反应很容易进行,直到橡塑制品的双键被消耗掉。此时,在橡塑制品表面形成一层银色的无弹性的薄膜。只要没有外力使膜破裂,橡塑制品就不会继续臭氧化。如果臭氧化橡塑制品被拉伸或动态变形,产生的臭氧化膜就会开裂,暴露的新橡塑制品表面会与臭氧发生反应,使裂纹继续增长。饱和橡塑制品不含双键,虽然能和臭氧反应,但反应慢,不易开裂。

  大气中的臭氧是氧分子吸收阳光中的短波紫外光,然后分解的氧原子与氧分子重新结合而形成的。在远离地球表面的高空2030km中,有一层浓度约为510-4的臭氧层。随着空气的垂直流动,臭氧被带到地球表面,从高空到地面臭氧浓度逐渐降低。另外,紫外线集中的地方、放电的地方、电机附近都会产生臭氧,特别是产生电火花的地方。通常,大气中的臭氧浓度为0.5x10-8。不同地区的臭氧浓度不同;不同季节臭氧浓度不同。虽然近地面臭氧浓度很低,但对橡塑制品的危害不容忽视。

  不饱和橡塑制品容易臭氧化,臭氧化后的外观特征不同于热氧化老化。第一,橡塑制品的臭氧化只发生在臭氧接触的表层,整个臭氧化过程是一个由外向内的过程;第二,橡塑制品与臭氧发生反应,形成一层银白色的硬质薄膜(约10纳米厚)。在静态条件下,这种薄膜可以防止臭氧与橡塑制品深度接触。但在动态应变条件或静态拉伸条件下,当橡塑制品的伸长率或拉伸应力超过其临界伸长率或应力时,这层膜就会开裂,使臭氧与新的橡塑制品表面接触,继续臭氧化反应,使裂纹增长。另外,裂缝出现后,更容易加深裂缝,进而形成裂缝。裂纹方向垂直于应力方向。一般在小应变(如5%)下,只出现少量裂纹,裂纹方向清晰可辨。当橡塑制品受到多向应力时,很难辨别裂纹方向。与臭氧不饱和橡塑制品反应的活化能很低,反应容易进行。反应持续到橡塑制品的双键被消耗完。此时,橡塑制品表面形成一层银白色的无弹性薄膜。只要没有外力使膜破裂,橡塑制品就不会继续臭氧化。如果臭氧化橡塑制品被拉伸或动态变形,产生的臭氧化膜就会开裂,暴露的新橡塑制品表面会与臭氧发生反应,使裂纹继续增长。

  饱和橡塑制品不含双键,虽然能和臭氧反应,但反应慢,不易开裂。许多人研究了不饱和橡塑制品臭氧化裂纹的产生和发展。这些研究者根据自己的实验数据,提出了裂纹产生和扩展的机理。比如有人认为开裂是臭氧化物受力分解产生的分子链断裂造成的,相互分离的倾向大于重新结合的倾向。裂纹扩展与臭氧浓度和橡塑制品分子链的流动性有关。当臭氧浓度一定时,分子链的流动性越大,裂纹增长越快。也有人认为臭氧龟裂的产生和增长与臭氧化橡塑制品薄层的物理性能与原橡塑制品表层物理性能的差异有关。例如,专家认为橡塑制品的臭氧化过程是物理过程和化学过程共同发生的过程。橡塑制品与臭氧接触时,表面的双键迅速与臭氧发生反应,大部分生成臭氧化物,使原本柔韧的橡塑制品链迅速转变为含有许多臭氧化物的刚性链。当对橡塑制品施加应力时,应力会拉伸橡塑制品链,导致更多的双键与臭氧接触,从而使橡塑制品链包含更多的臭氧环,变得更脆。脆性表面在应力或动态应力下容易开裂。