材料臭氧老化机制探析：从微观反应到宏观失效

更新时间：2025-08-05

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臭氧对高分子材料，尤其是不饱和橡胶的老化破坏，是一种具有高度选择性的化学反应。深入理解这一过程，是有效利用臭氧老化试验箱进行材料评价和寿命预测的基础。

分子层面的反应：

臭氧分子具有强亲电性，会快速、选择性地攻击橡胶分子链上的碳碳双键。
根据Criegee机理，反应首先形成不稳定的初级臭氧化物，该中间体迅速分解，产生高活性的两性离子和羰基化合物。
这些高活性中间体在材料环境中，会进一步与邻近的聚合物链、水分子或其他物质发生反应，导致主链断裂（裂解）或形成新的化学结构（如交联、含氧基团）。
宏观龟裂的形成（关键在静态应变下）：

当材料处于静态拉伸状态（如密封件安装后的状态）时，分子链被拉伸取向。
臭氧优先攻击这些被拉伸、暴露程度高的分子链上的双键，直接导致分子链断裂。
链断裂点在垂直于拉伸应力的方向上引发微裂纹。
裂纹顶部形成新的应力集中区域，使该区域的分子链进一步拉伸，更易遭受臭氧攻击，导致裂纹持续扩展。这种定向的链断裂-裂纹扩展循环最终形成肉眼可见的、通常垂直于应力方向的龟裂。(注：动态应力下也可能发生臭氧老化，但机理和表现形式可能不同，静态拉伸是最典型和标准化的测试条件)。
影响老化速率与形式的关键因素：

臭氧老化试验箱正是通过精确控制臭氧浓度、温度等核心参数，在实验室加速重现这一从分子攻击到宏观性能劣化（尤其是龟裂）的复杂过程。深入研究臭氧老化机理有助于制定有效的材料防护策略。广东德瑞检测设备有限公司可为相关材料耐候性验证提供设备支持。