臭氧和橡胶的劣化
了解臭氧与橡胶降解之间的关系。了解臭氧与橡胶降解之间的关系。.
了解臭氧对橡胶的影响对于工程师和设计师而言至关重要，尤其是在设计用于户外环境或臭氧含量高的环境的产品时更是如此。即使在低浓度下，臭氧也会导致橡胶材料随时间而发生显著劣化，影响其性能和使用寿命。.
臭氧对橡胶的主要影响是裂纹的发生，尤其是在暴露、拉伸或受压的区域。这种现象通常被称为“干腐”，其原因是由于臭氧引起的自由基破坏了橡胶分子结构。这种劣化会损害橡胶部件的完整性和功能性，从而在各种应用中带来安全性和可靠性方面的担忧。.
不同的橡胶聚合物对臭氧的降解抗性程度各不相同。一般来说，饱和度较低的橡胶聚合物更容易受到臭氧的影响，因为它们在结构中含有更多的双键和三键化学键。这些不饱和键成为臭氧引发的自由基的靶标，从而导致材料的劣化。.
EPDM橡胶因其在富氧环境中卓越的稳定性而脱颖而出，使其成为适用于需要高耐氧化的应用（例如汽车门密封件和防潮密封件）的理想选择。橡胶材料的固有抗氧性决定了其适用于特定应用，确保在苛刻的环境条件下保持持久性和性能。.
为了评估橡胶材料在暴露于臭氧下的行为，采用了诸如 ASTM D1171 的标准化测试方法。这些方法提供了一种评估耐臭氧性能的系统方法，可以判断材料是否满足通过或失败的预设标准。此外，这些测试还能追踪材料裂纹的生长速度，从而提供关于材料耐久性和随时间变化情况的洞察。.
利用诸如 Mast/Keystone 700-10LTA 这样的臭氧测试箱，可以根据模拟环境条件，对橡胶样品进行受控曝露臭氧的影响。通过将样品置于预定应力下并监测臭氧浓度水平，工程师可以准确评估材料的性能，并在现实应用环境中预测其使用寿命。.
总而言之，了解臭氧对橡胶的影响以及采用合适的测试方法，是确保各类应用中橡胶产品耐久性、可靠性和安全性的关键步骤。.
准备测试模块
准备测试模块
为了准备测试模块，在实验室条件下，将模块在室温下保持70-72小时，然后再将其转移到无臭氧室中，在40°C下保持70-72小时。这一过程能促使材料中的蜡层升上表面，从而增强橡胶的保护性能。.
在臭氧室中测试模块
标准测试以每亿份（pphm）50±5个臭氧浓度为起点，持续72小时。随后，将提取并评估测试模块，其依据是两个主要标准：A) 在2x放大倍率下裂纹程度；B) 与指定基准的符合程度。值得一提的是，这些模块也经常在24小时和48小时的间隔内进行评估。.
EPDM橡胶、 硅胶 橡胶和HNBR橡胶
业内最广泛使用的橡胶化合物包括乙烯丙烯二元环己烷（EPDM）橡胶 硅胶、氢化丁二烯橡胶（HNBR）和腈纶橡胶。EPDM 硅胶、HNBR通常具有卓越的性能，在经评估后通常获得0分（根据臭氧降解规范评定）。.
丁腈橡胶（Buna-N）
相反，腈纶（Buna-N）缺乏显著的耐氧气能力，往往会出现外模裂纹。因此，腈纶通常获得较低的评级，这说明尽管腈纶存在，并不一定能成为最佳选择。值得注意的是，腈纶在医疗器械应用中的缺点尤为突出。虽然初步测试可能获得令人满意的结果，但现场测试往往会因暴露于臭氧而出现故障，有时甚至只需将医疗器械放置在桌面上一段时间即可发现故障，而这种故障甚至可能在长时间放置后仍会持续存在。.
有时，在处理具有高耐氧化的材料（如乙烯丙烯）时，产品开发人员会选择延长曝露时间，以符合测试程序的后一部分要求。在这种情况下，在臭氧室内的曝露时间会延长至六周，并将测试样品每两周取一次，以便进行检查，以发现任何裂纹迹象。.
Underwriters Laboratories (UL) 采用 UL 157 测试方法开展了另一项延长曝露测试，该测试方法评估化合物的适用性，以评估其在大气层和人工产生的臭氧下的性能。该方法涉及将固定样品置于特定条件下：在 40 ± 2°C (104 ± 3.6°F) 的温度下，在 70 小时内曝露在 90-110 毫帕斯卡 (MPa) 的部分臭氧压力下，用于涉及大气层臭氧的应用；在相同温度下，在 70 小时内曝露在 10,000-15,000 毫帕斯卡 (mPa) 的部分臭氧压力下，用于涉及人工产生的臭氧的应用。.
一些开发人员在这一测试方法中采用了另一种方法，采用室外曝露而非受控的曝露室。在这种方法中，零件的安装方向是朝向南方的，与地面呈45°角。这种技术的优势在于能够实现实时曝晒测试，从而提供更真实的材料性能评估结果。然而，这种实时曝晒也可能带来一定的挑战。尤其是在使用抗风化和抗臭氧材料的情况下，等待这种长时间的劣化过程通常是不切实际的。.
一些开发人员在这一测试方法中采用了另一种方法，采用室外曝露而非受控的曝露室。在这种方法中，零件的安装方向是朝向南方的，与地面呈45°角。这种技术的优势在于能够实现实时曝晒测试，从而提供更真实的材料性能评估结果。然而，这种实时曝晒也可能带来一定的挑战。尤其是在使用抗风化和抗臭氧材料的情况下，等待这种长时间的劣化过程通常是不切实际的。.
当臭氧分子攻击橡胶聚合物时，制造商会使用蜡和抗臭氧剂——这些化学添加剂有助于清除臭氧分子产生的自由基，防止它们伤害橡胶分子结构——以保护橡胶。这些蜡会在表面形成一层保护层，延缓臭氧的渗透。这种现象在购买新轮胎时通常会显现，因为消费者会注意到轮胎表面上的蜡层。因此，购买新自行车或摩托车轮胎的消费者通常会被建议在最初行驶时保持较慢的速度，以去除蜡层并确保在正常使用之前保持良好的道路抓地力。.
EPDM 硅胶 氯丁橡胶、HNBR、FKM 和氟硅胶 橡胶具有优异的耐氧气性能，而腈纶、 天然橡胶 SBR 则更容易受到氧气的破坏。在设计时，务必评估橡胶部件在储存期间是否会接触到臭氧。考虑因素应包括暴露后的零件预期使用寿命以及电机或设备与橡胶部件的距离。在选择合适的橡胶材料之前，解决这些关键设计问题至关重要。.
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