材料臭氧老化機制探析：從微觀反應到宏觀失效

更新時間：2025-08-05

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臭氧對高分子材料，尤其是不飽和橡膠的老化破壞，是一種具有高度選擇性的化學反應。深入理解這一過程，是有效利用臭氧老化試驗箱進行材料評價和壽命預測的基礎。

分子層面的反應：

臭氧分子具有強親電性，會快速、選擇性地攻擊橡膠分子鏈上的碳碳雙鍵。
根據Criegee機理，反應首先形成不穩定的初級臭氧化物，該中間體迅速分解，產生高活性的兩性離子和羰基化合物。
這些高活性中間體在材料環境中，會進一步與鄰近的聚合物鏈、水分子或其他物質發生反應，導致主鏈斷裂（裂解）或形成新的化學結構（如交聯、含氧基團）。
宏觀龜裂的形成（關鍵在靜態應變下）：

當材料處于靜態拉伸狀態（如密封件安裝后的狀態）時，分子鏈被拉伸取向。
臭氧優先攻擊這些被拉伸、暴露程度高的分子鏈上的雙鍵，直接導致分子鏈斷裂。
鏈斷裂點在垂直于拉伸應力的方向上引發微裂紋。
裂紋頂部形成新的應力集中區域，使該區域的分子鏈進一步拉伸，更易遭受臭氧攻擊，導致裂紋持續擴展。這種定向的鏈斷裂-裂紋擴展循環最終形成肉眼可見的、通常垂直于應力方向的龜裂。(注：動態應力下也可能發生臭氧老化，但機理和表現形式可能不同，靜態拉伸是最典型和標準化的測試條件)。
影響老化速率與形式的關鍵因素：

臭氧老化試驗箱正是通過精確控制臭氧濃度、溫度等核心參數，在實驗室加速重現這一從分子攻擊到宏觀性能劣化（尤其是龜裂）的復雜過程。深入研究臭氧老化機理有助于制定有效的材料防護策略。廣東德瑞檢測設備有限公司可為相關材料耐候性驗證提供設備支持。