El envejecimiento por ozono es un fenómeno de deterioro de las propiedades de los materiales (especialmente caucho, plástico y otros materiales poliméricos) bajo la acción del ozono. sus principales factores de influencia se pueden resumir en cuatro aspectos: condiciones ambientales, características del material, fuerzas externas y factores de tiempo, de la siguiente manera:

I. condiciones ambientales

Concentración de ozono

Efectos directos: cuanto mayor sea la concentración de ozono, más moléculas activas entrarán en contacto con el material, la tasa de reacción de oxidación se acelerará y el grado de envejecimiento se intensificará.

Escenario típico: la concentración de ozono es alta en las zonas industriales y las zonas de humo fotoquímico urbano, y el riesgo de envejecimiento de los materiales aumenta significativamente.

temperatura

Efecto de aceleración: el aumento de la temperatura aumentará la actividad de las moléculas de ozono y la capacidad de movimiento térmico de las moléculas de materiales, promoviendo el desarrollo de reacciones de oxidación.

Punto crítico: cuando la temperatura supera la temperatura de transición vítrea (tg) del material, el Movimiento de los segmentos moleculares se intensifica y el ozono es más fácil de atacar la superficie del material, causando grietas o fracturas.

humedad

Doble impacto:

Alta humedad: las moléculas de agua pueden penetrar en el interior del material, formar microcracks o acelerar la disolución del ozono, lo que agrava el Envejecimiento.

Baja humedad: el ozono es más estable en un ambiente seco, pero la concentración local en la superficie del material puede aumentar debido a la adsorción estática de ozono.

Sinergia: cuando la humedad y la temperatura actúan juntas (como en entornos de alta temperatura y alta humedad), la tasa de envejecimiento puede aumentar exponencialmente.

Luz

Coordinación de fotooxidación: cuando los rayos ultravioleta (ultravioleta) actúan con ozono, pueden inducir el envejecimiento coordinado de la luminiscencia y el ozono para acelerar la degradación de la superficie del material.

Escenario típico: el envejecimiento del ozono y el envejecimiento de la luz ocurren simultáneamente con materiales al aire libre (como neumáticos de Goma y tuberías de plástico) bajo la luz solar.

II. características de los materiales

Estructura química

Enlace insaturado: los materiales que contienen doble enlace (c = c) o tres enlaces (c ¿ c) (como el caucho natural, el caucho butadieno - benceno) son más vulnerables al ataque del ozono, con cadenas rotas o reacciones de enlace cruzado.

Estructura saturada: los materiales de hidrocarburos saturados como el polietileno y el polipropileno son menos sensibles al ozono, pero los aditivos (como los antioxidantes) pueden afectar su resistencia al ozono.

Peso molecular y distribución

Materiales de bajo peso molecular: la cadena molecular es más corta y es más fácil formar microcracks después del ataque de ozono, lo que conduce a una rápida disminución del rendimiento.

Distribución del peso molecular amplio: puede acelerar el envejecimiento local debido al movimiento desigual de los segmentos de la cadena.

Aditivos y fórmulas

Agentes antiozono: agentes de protección física como la parafina y la cera microcristalina, que pueden formar una película protectora en la superficie del material para aislar el contacto con el ozono.

Estabilizadores: como absorbentes ultravioleta, antioxidantes, etc., pueden ralentizar indirectamente la tasa de envejecimiento del ozono.

Rellenos: rellenos como el negro de carbono pueden mejorar la resistencia al ozono de los materiales, pero el uso excesivo puede reducir la elasticidad.

III. fuerzas externas

Estiramiento estático

Concentración de esfuerzo: en el Estado de tracción del material, las microclases superficiales se propagan fácilmente a grietas macroscópicas, y el ozono penetra a lo largo de las grietas para acelerar el Envejecimiento.

Escenario típico: piezas en tensión durante mucho tiempo, como tiras de sellado y tubos de goma.

Fatiga dinámica

Tensión alterna: durante la flexión repetida, la vibración o la fricción del material, la superficie produce micro - daños, y el ozono penetra profundamente en el interior a través de la parte dañada, lo que conduce al envejecimiento por fatiga.

Escenarios típicos: escenarios de uso dinámico como piezas de suspensión de automóviles y cintas transportadoras.

Desgaste mecánico

Destrucción de la superficie: las acciones mecánicas como la fricción y el raspado pueden destruir la capa protectora de la superficie del material (como la película antiozono) y aumentar el riesgo de penetración de ozono.

IV. factores temporales

Tiempo de exposición

Efecto acumulativo: el envejecimiento del ozono es un proceso gradual, y cuanto más tiempo de exposición, más significativo es el deterioro de las propiedades del material.

Efecto umbral: es posible que algunos materiales no cambien significativamente bajo exposición a corto plazo, pero se producirá un fallo repentino después de superar el tiempo crítico.

Fase de envejecimiento

Período de inducción: las moléculas de ozono absorben y penetran gradualmente en la superficie del material, sin cambios significativos en las propiedades.

Período de aceleración: las microcracks superficiales se forman y se propagan, y las propiedades disminuyen rápidamente.

Período de estabilización: el crecimiento de la grieta tiende a estabilizarse y la tasa de deterioro del rendimiento se ralentiza.

V. otros factores

Contaminantes

óxidos de nitrógeno (nox): la reacción con Ozono produce radicales libres que intensifican la reacción de oxidación.

Compuestos orgánicos volátiles (cov): pueden participar en reacciones fotoquímicas que afectan indirectamente la distribución de la concentración de ozono.

Estado de la superficie del material

Rugosidad de la superficie: la superficie áspera es más fácil de absorber ozono y aumentar la concentración local.

Limpieza: la contaminación por petróleo, polvo y otros contaminantes pueden cubrir la capa protectora y reducir la resistencia al ozono.

Recomendaciones de aplicación

Selección de materiales: selección de materiales con excelente resistencia al ozono (como caucho clorobutano, caucho epdm) de acuerdo con el entorno de uso (como la concentración de ozono, el rango de temperatura).

Optimización de la fórmula: añadir antiozono, estabilizadores, etc., para mejorar la capacidad de protección de los materiales.

Diseño estructural: evitar que el material esté en tensión o fatiga dinámica durante mucho tiempo y reducir la concentración de esfuerzo.

Control ambiental: en escenarios sensibles al ozono (como laboratorios, talleres de producción), se toman medidas de ventilación y filtración para reducir la concentración de ozono.