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橡膠制品的臭氧老化以及養護

作者: 71 次瀏覽 時(shí)間:2020-10-14 17:43:10

當臭氧接觸橡膠制品時(shí),臭氧首先與活潑雙鍵發(fā)生加成反應,生成分子臭氧化物,1 分子臭氧化物很不穩定,很快分解生成羰基化物 2 和兩性離子。3 在多數情況下兩性離子與羰基化物會(huì )重新結合成異臭氧化物?,兩性離子也能聚合生成二過(guò)氧化物?或高過(guò)氧化物?,另外當有甲醇等活性溶劑存在時(shí),兩性離子還會(huì )與之反應生成甲氧基過(guò)氧化氫物4臭氧與不飽和橡膠的反應活化能很低,反應極易進(jìn)行,反應直到橡膠的雙鍵消耗完畢為止,此時(shí)在橡膠的表面生成一層銀白色的失去彈性的薄膜,只要沒(méi)有外力使薄膜龜裂,橡膠將不再繼續臭氧化。如若對已經(jīng)臭氧化的橡膠拉伸或使其產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形,生成的臭氧化薄膜將出現龜裂,露出新的橡膠表面又會(huì )與臭氧發(fā)生反應,這使得裂紋繼續增長(cháng)。飽和橡膠因不含雙鍵,雖然也能與臭氧發(fā)生反應但反應進(jìn)行得很慢,不易產(chǎn)生龜裂。


大氣中的臭氧(o3)是由氧分子吸收太陽(yáng)光中的短波紫外光后,分解出的氧原子重新與氧分子結合而成的。在距地球表面20?30km的髙空中存在一層濃度約為5X10—的臭氧層'隨著(zhù)空氣的垂直流動(dòng),臭氧被帶到地球表面,臭氧的濃度由高空到地面逐漸降低。另外,在紫外光集中的場(chǎng)所、放電場(chǎng)所以及電動(dòng)機附近,尤其是產(chǎn)生電火花的地方都會(huì )產(chǎn)生臭氧。通常大氣中的臭氧濃度是0?5X10-8。地區不同'臭氧的濃度不同;季節不同,臭氧的濃度也不同。雖然地面附近的臭氧濃度很低,但對橡膠造成的危害卻是不容忽視的。


不飽和橡膠極易發(fā)生臭氧化及其臭氧化后的外觀(guān)特征,與熱氧老化不同,一是橡膠制品的臭氧化只在臭氧所接觸的表面層進(jìn)行,整個(gè)臭氧化過(guò)程是由表及里的過(guò)程;二是橡膠與臭氧反應生成一層銀白色硬膜(約lOnm厚),在靜態(tài)條件下此膜能阻止臭氧與橡膠深層接觸,但在動(dòng)態(tài)應變條件下或在靜態(tài)拉伸狀態(tài)下當橡膠的伸長(cháng)或拉伸應力超過(guò)它的臨界伸長(cháng)或臨界應力時(shí),這層膜會(huì )產(chǎn)生龜裂,使臭氧得以與新的橡膠表面接觸,繼續發(fā)生臭氧化反應并使裂紋增長(cháng),另外裂紋出現后由于基部有應力集中,所以更容易加深裂紋進(jìn)而形成裂口。裂紋的方向垂直于應力方向,一般在小應變下(如5%)只有少量裂紋出現,裂紋方向清晰可辨,當橡膠多方向受力時(shí)則很難辨出裂紋方向。


臭氧與不飽和橡膠的反應活化能很低,反應極易進(jìn)行,反應直到橡膠的雙鍵消耗完畢為止,此時(shí)在橡膠的表面生成一層銀白色的失去彈性的薄膜,只要沒(méi)有外力使薄膜龜裂,橡膠將不再繼續臭氧化。如若對已經(jīng)臭氧化的橡膠拉伸或使其產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變形,生成的臭氧化薄膜將出現龜裂,露出新的橡膠表面又會(huì )與臭氧發(fā)生反應,這使得裂紋繼續增長(cháng)。


飽和橡膠因不含雙鍵,雖然也能與臭氧發(fā)生反應但反應進(jìn)行得很慢,不易產(chǎn)生龜裂。曾有多人對不飽和橡膠臭氧化龜裂的產(chǎn)生和增長(cháng)做過(guò)研究。這些研究者根據自己的實(shí)驗數據,分別提出了龜裂產(chǎn)生及增長(cháng)的機理。例如有人認為龜裂的產(chǎn)生,是由于在應力作用下因臭氧化物分解產(chǎn)生的斷裂分子鏈,相互分離的傾向大于重新結合傾向的結果。而龜裂的增長(cháng)則與臭氧的濃度和橡膠分子鏈的運動(dòng)性有關(guān),當臭氧濃度一定時(shí),分子鏈運動(dòng)性越大,裂紋增長(cháng)就越快。也有人認為臭氧龜裂的產(chǎn)生和增長(cháng)與橡膠臭氧化形成的臭氧化物薄層的物性以及與原橡膠表面層的物性不同有關(guān)。例如,專(zhuān)家認為橡膠的臭氧化過(guò)程是物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程共同發(fā)生的過(guò)程。當橡膠與臭氧接觸時(shí),表面的雙鍵迅速與臭氧反應,大部分生成臭氧化物,使原本柔順的橡膠鏈迅速轉變?yōu)楹性S多臭氧化物環(huán)的僵硬鏈。當有應力施加于橡膠上時(shí),應力將橡膠鏈拉伸展開(kāi),使更多的雙鍵與臭氧接觸,使橡膠鏈含有更多的臭氧化物環(huán),變得更脆。脆化的表面在應力或動(dòng)態(tài)應力作用下就很容易發(fā)生龜裂。


曾有多人對不飽和橡膠臭氧化龜裂的產(chǎn)生和增長(cháng)做過(guò)研究。這些研究者根據自己的實(shí)驗數據,分別提出了龜裂產(chǎn)生及增長(cháng)的機理。例如有人認為龜裂的產(chǎn)生,是由于在應力作用下因臭氧化物分解產(chǎn)生的斷裂分子鏈,相互分離的傾向大于重新結合傾向的結果。而龜裂的增長(cháng)則與臭氧的濃度和橡膠分子鏈的運動(dòng)性有關(guān),當臭氧濃度一定時(shí),分子鏈運動(dòng)性越大,裂紋增長(cháng)就越快。也有人認為臭氧龜裂的產(chǎn)生和增長(cháng)與橡膠臭氧化形成的臭氧化物薄層的物性以及與原橡膠表面層的物性不同有關(guān)。


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