臭氧腐蝕試驗箱

臭氧腐蝕試驗箱又名臭氧老化試驗箱，可用於橡膠類製品如硫化橡膠，熱塑性橡膠，電纜絕緣護套等產品，在靜態拉伸變形下，暴露於密閉無光照的含有恆定臭氧濃度的空氣和恆溫的試驗箱中，按預定時間對試樣進行檢測，從試樣表面發生的龜裂或其它性能的變化程度，以評定橡膠的耐臭氧老化性能。

基本介紹

• 中文名：臭氧腐蝕試驗箱
• 別名：臭氧老化試驗箱
• 適用範圍：非金屬材料等的老化龜裂實驗
• 實驗方法：靜態拉伸與動態拉伸

簡介

人工臭氧老化試驗的裝置通稱為“臭氧老化儀”。因裝置為箱式結構，故又稱為“臭氧老化箱”。臭氧老化儀有多種，國內外的型號也不盡相同，但一般均具有三大主要部分，即：臭氧發生器，老化試驗箱，臭氧濃度控制或檢測裝置等。臭氧發生器有兩種：紫外光燈和無聲放電管。在標準中規定，只要能達到試驗要求，就可以選擇任一種裝置發生臭氧。一般來說，採用紫外燈發生臭氧，比較適於做低濃度的臭氧試驗，因為其所需的電壓、電流較小，所以比較容易控制臭氧濃度。但因燈光的強度有限，不易製造很高的臭氧濃度，採用無聲放電管比較適於做高濃度的臭氧試驗。但因它需用高電壓，故做低濃度臭氧時較難穩定控制，誤差較大。當採用無聲放電管時，為了避免產生氮氧化合物，最好使用氧氣。調節臭氧濃度的方法可以使用自動裝置，但也不一定使用自動化的方法，’可以通過調節臭氧發生器的外加電壓、電極大小或氣體流速、稀釋空氣量等來控制。

老化試驗箱是一個密閉的、無光照的箱室，裡面裝有可做靜態應變或動態應變試驗的試樣架，是試樣進行老化的空間。箱室的內壁、導管和試樣架等裝置以不容易分解臭氧或影響臭氧濃度的材料製造，如玻璃、不鏽鋼或鋁合金等材料，箱內容積應不小於0.1m³。

臭氧濃度控制或檢測裝置因臭氧老化儀類型的不同而不同。若採用化學分析法測定臭氧濃度，需配備臭氧吸收瓶、化學滴定儀器等裝置，若採用電化學法測定臭氧濃度，則需另配電極、電位計等裝置；如果採用自動調節和記錄臭氧濃度的臭氧老化儀，就要配有電化學法或光化學法或紫外線吸收法等自控和檢測裝置。

試驗方法

橡膠臭氧老化的試驗方法，就是將橡膠試樣處於靜態拉伸或動態拉伸條件下暴露於含一定濃度的臭氧和溫、濕度的老化試驗箱中，按預定時間觀測試樣表面或性能的變化，以評價橡膠的耐臭氧老化性能。

1、試樣

試樣的形狀與規格尺寸主要是根據選用的評價指標或要求測試的性能來確定。由於目前多以試樣的表面龜裂變化來評價，故在各國的標準中多規定用長矩形試樣。如我國標準規定的評價臭氧龜裂矩形試樣規格為厚度1±0.1mm或2土0.2mm，寬度10±0.5mm或5±0.2mm，長度100±10mm（有效長度不小於40mm）。若作斷裂試驗時，為了縮短試驗時間，可採用厚度0.5mm，寬度5mm，長度約70~100mm的矩形試樣。評價拉伸性能的試樣則採用啞鈴形試樣，啞鈴形試樣的規格應符合GB/T528的有關規定，例如採用1型或2型，在GB/T13642中則規定最好採用1型啞鈴形。值得注意的是，不符合要求的試樣不能做試驗，不同形狀、規格的試樣試驗結果不能互相比較。美國ASTM規定的試樣規格，對不同的橡膠製品有不同要求，如有採用矩形的、環形的、錐形的和三角形的等等。

2、試臉條件

1）臭氧濃度試驗的臭氧濃度一般根據橡膠的使用條件和耐老化程度來選取。橡膠的臭氧老化速度，一般是隨臭氧濃度的增加而加快的。為了加速，在不改變老化規律的情況下，宜選取較高的臭氧濃度做試驗。但對不耐老化的橡膠，不能選用太高的臭氧濃度，不然會與實際條件相差太遠，且會因臭氧龜裂太快，難於分辨出試樣耐臭氧性能的優劣。各國標準中規定的臭氧濃度一般為（50±5）X10^-6%（體積百分數，即50±5pphm或50Mpa臭氧分壓）。據經驗，對通用的不飽和橡膠，如天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠和丁臘橡膠等，適合採用50pphm或以下的低臭氧濃度進行試驗；對中等耐臭氧老化的橡膠，如氯丁橡膠和丁基橡膠等，宜採用100或200pphm的中等臭氧濃度進行試驗；對耐臭氧的飽和結構的橡膠，如乙丙橡膠和氯磺化聚乙烯等，可採用500或1000pphm以上的高臭氧濃度進行試驗。

2）溫度試驗溫度一般是根據使用環境的最高氣溫和試驗設備的控溫條件來確定。此外，由於考慮到臭氧也會受熱的作用而分解等因素，因而臭氧老化試驗的溫度不能過低，，也不宜過高。根據我國各地區氣候的情況，最高氣溫通常達到37~44℃，在南方的夏季，氣溫經常在30℃以上，要做30℃以下的試驗很困難。但試驗溫度也不應超過60℃，否則，熱氧老化將逐漸起主導作用，而且會加速臭氧的分解，影響客觀的試驗結果。所以各國標準規定最宜試驗溫度為40±2℃。但也可以按情況選用其他試驗溫度如鄧℃或30℃等進行試驗。

3）濕度老化試驗箱內的濕度即含臭氧空氣的水份多是從大氣環境中帶進去的，故有些國家標準對試驗濕度沒有作具體規定。在ISO1431中，試驗的相對濕度規定為一般不超過65%，對在潮濕環境中使用的製品，則要求相對濕度在80~90%範圍內進行試驗。在老化試驗時，從大氣中帶來的水分經過熱交換器後，其濕度會降低，當試驗箱溫度在40℃時，含臭氧空氣的相對濕度通常不超過65%，所以外界環境的濕度對試驗結果影響不大。因此，我國標誰對試驗濕度未作具體規定。

4）流速或流量含臭氧空氣的流速或流量的均勻穩定，是獲得良好試驗結果的重要因素之一。臭氧是很不穩定的氣體，受熱或紫外光等作用會分解，與橡膠作用或碰撞會消耗一部分。為了供給、補充新鮮的臭氧以保持規定的試驗濃度和溫度的恆定，必須規定通入和排出老化試驗箱內含臭氧空氣的流速或流量。我國標準與ISO一樣，規定含臭氧空氣的流速平均不少於8mm/s，最宜在12~16mms/。氣體流速流量的大小應根據老化試驗箱的容積大小來調節，目的是保證箱內有足夠的新鮮臭氧的濃度和規定的試驗溫度。根據經驗，每小時的流量大約控制在容積的2~5倍。

5）拉伸變形率

橡膠的臭氧老化必需在應力應變作用下才能發生，所以做臭氧老化試驗時，試驗應在經受靜態拉伸或動態拉伸變形下進行。為了模擬橡膠製品的套用條件，試樣拉伸時的變形率（即伸長率）應根據實際使用狀態來選取。據調查，大部分橡膠製品在實際使用時受到拉伸作用的伸長率都不超過30%，一般約在5~20%，特殊用途則可達100%。試樣拉伸條件的不同，臭氧老化的結果也不同，故在各國的標準中，將橡膠臭氧老化試驗劃分為靜態應變和動態應變兩種試驗方法，.對其變形率也有不同的規定。

①靜態拉伸伸長率

關於試樣靜態拉伸試驗的伸長率.GB/T7762與ISO一樣規定了下列9種，試驗可選用其中的一種或幾種進行，其拉伸伸長率（%）為：5，10，15，20，30，40，50，60，80（±1或±2）。如果只採用一種伸長率，一般應採用20%。理由是採用20%的伸長率比較接近一般橡膠製品的實際使用狀態，並且比較容易辨別和對比試樣產生的臭氧龜裂。為了比較客觀地評價橡膠的耐臭氧性能，最好採用幾種接近於實際使用狀態下的伸長率進行試驗。

②動態拉伸伸長率

對於試樣進行動態拉伸試驗，GB/T13642與ISO相同，都分為連續動態拉伸和間歇動態拉伸兩種方式，每種方式又分別列有a法和b法。動態拉伸的最大伸長率規定了下列6種，試驗可選用其中的一種或幾種，其最大拉伸伸長率（%）為：5，10，15，20，25，30（±1或±2）。若僅用一種時，建議採用10%。但不宜小於5%或小於試樣的永久變形值，不然，試樣會因難以產生臭氧龜裂而得不到試驗結果。另外，如果選用的伸長率過大，或超過實際便用條件時，則有可能發生機械疲勞的龜裂取代臭氧龜裂，導致不客觀的試驗結果。

6）動態拉伸頻率

試樣作動態拉伸試驗時，一般選用的循環往復頻率是以接近橡膠製品的實際使用狀態、且要求既能加速老化而又不導致試樣產生機械疲勞龜裂為準則。如果採用的頻率過小，則因起不到應力活化作用而得不到加速老化的效果；如果採用的頻率過大，則會引起試樣產生的機械疲勞龜裂取代臭氧龜裂，從而導致錯誤的試驗結果。因此，大多數國家的標準都規定選用一種適宜的動態拉伸頻率進行試驗，即規定頻率為0.5±0.025Hz（每分鐘拉伸30次）。

試驗程式

1、靜態拉伸試驗的主要程式

①仔細檢查試樣是否符合規定，用標線將試樣固定拉伸至要求的伸長率，然後置於無臭氧的暗室中靜置24~48h；

②開動臭氧老化儀，調節好試驗箱至規定的溫度，將試樣置入箱內恆溫15min後，再通人規定濃度的臭氧與試樣接觸，並開始計算時間。

③至預定的試驗周期後，對試樣的臭氧龜裂或性能變化按標準規定進行檢測並作出評價。

2、動態拉伸試驗的主要程式

分為連續動態拉伸和間歇動態拉伸兩種方法。

①連續動態拉伸試驗是使試樣從零至規定的最大伸長率之間循環拉伸，連續暴露於規定濃度臭氧下直至預定試驗周期後進行檢測和評價，分為A一a法和A一b法。

②間歇動態拉伸試驗，是使試樣從零至規定的最大伸長率之間，按規定時間進行動態拉伸與靜態拉伸，間歇交替地暴露於一定濃度臭氧下直至預定的試驗周期，然後進行檢測和評價，分為B一a法和B一b法。

影響試驗的主要因素

（1）試樣的形狀規格和表面狀況

橡膠臭氧老化後的特徵，首先發生在試樣的表面，當試樣受到應力作用或拉伸時，試樣就會受臭氧作用而在表面產生臭氧龜裂，其裂紋的方向基本上是與應力方向相垂直的。若採用長矩形試樣，則可使試樣受拉伸時應力分布比較均勻，產生的龜裂不會引起相鄰部分的應力鬆弛，試驗結果比較客觀。如採用啞鈴形試樣，產生的龜裂容易集中在兩端拐彎處。因此，評價臭氧龜裂試驗時宜採用長矩形試樣。試樣的厚度和寬度對臭氧龜裂出現時間影響不大，但會影響龜裂的大小和數量。如較薄、較窄的試樣，龜裂的發展和斷裂的速度較快，較易獲得斷裂的試驗結果。試樣表面狀況對臭氧老化的客觀性和重現性有很大影響，如果試樣表面有氣泡、油污、雜質或配合劑分散不均以及表面的花紋、粗糙不平等，都會使試樣在拉伸時造成應力分布不均或局部應力集中，與臭氧作用時，就會在這些缺陷處首先發生龜裂，引起試驗誤差。因此，標準要求試樣表面應平整、光滑、乾淨、無明顯的雜質及配合劑等析出物。

（2）試樣伸長率

橡膠的臭氧老化與拉伸應力有密切關係，只要橡膠受應力作用後伸長率達2~5%就會引發臭氧龜裂，且隨拉伸增大，龜裂也會加快。這是由於應力起了活化作用，且生成的臭氧化膜不斷被應力扯破而臭氧不斷深人所致。對於某些橡膠還會出現所謂“臨界變形”的現象，如ISO在靜態試驗中規定以多種拉伸試樣來求取無龜裂出現的變形值即為臨界變形值。所以試樣不同的伸長率其試驗結果是不同的。一般來說，拉伸越大，臭氧龜裂速度就越快，龜裂也越嚴重，這可能與試樣受應力活化、拉伸取向和機械疲勞多種因素有關。因此，試驗採用的伸長率最好選取符合或接近橡膠製品在實際使用時的最大伸長率，以便得到比較客觀的試驗結果。

（3）突氧濃度的變化和分布

臭氧濃度的變化範圍和分布狀況會影響橡膠老化的試驗結果，因為橡膠的臭氧龜裂一般是隨臭氧濃度的增大而加快和變得嚴重的，尤其是不耐臭氧的橡膠更為敏感。因此，進行試驗時，臭氧濃度的變化範圍一定要嚴格控制好，應按標準要求控制在±10%之內。濃度變化越小則試驗結果越可靠，重現性就越好。由於臭氧箱室結構的關係，老化室內各處的臭氧量流通狀況不一，會造成濃度分布不均，也給試驗帶來誤差，例如方形箱室的四角、進氣口和排出孔處，臭氧濃度分布就很難保證相同。為避免濃度分布的影響，除了改進臭氧老化室結構外，可以採取試樣在箱室內作圓周轉動的辦法，使試樣在各位置上與臭氧接觸的機會均一，從而消除誤差。

（4）溫度

試驗溫度對臭氧老化影響比較複雜，對不同種類和配方的橡膠試樣的影響也各不相同。例如某些橡膠會隨溫度的升高而龜裂時間減慢；但某些橡膠卻隨溫度的升高而龜裂時間加快。所以試驗的溫度必須一致。前面說過，溫度不宜高於60℃，否則會加速臭氧的熱分解，並使橡膠的熱氧老化干擾臭氧老化，得出不客觀的試驗結論。因此，試驗溫濾紙用至少50ml、25℃的水潤濕。

（5）其他因素

影響橡膠臭氧老化試驗的還有好些因素，例如濕度，一般試驗的相對濕度要求不大於65%，此時對試驗結果影響不大。但在高濕度時，由於試樣附上一層水膜而會影響橡膠與臭氧發生作用，水分會起到兩種相反的作用，或者起阻滯作用，或者起加速作用，因而使試驗會得到不一致的結果。由此可見試驗的濕度不宜太高，以免影響結果。另外，試樣中易揮發和遷移的防老劑會互相污染而影響試驗結果，因而對這些試樣最好分開進行試驗。還有進行動態拉伸試驗的動態頻率不同，臭氧老化的結果也不同。連續動態法與間歇動態法得到的試驗結果是不一樣的。因此，對於不同的動態頻率，不同的拉伸方法，其試驗結果是不能互相比較的。以上這幾方面在試驗時應引以注意。

產品用途

臭氧腐蝕試驗箱也可稱之為“臭氧老化試驗箱”該系列產品適用於非金屬材料和香蕉製品的老化龜裂實驗，分為靜態拉伸與動態拉伸兩種實驗方法。

規格型號

列表一

容積（單位：L）	工作室尺寸（D*W*H）mm	外型尺寸（D*W*H）mm
LRHS-101-NO3	450×450×500	1200×1000×1800
LRHS-225-NO3	500×600×750	1300×1150×2050
LRHS-504-NO3	700×800×900	1450×1400×2250
LRHS-800-NO3	800×1000×1000	1550×1600×2400
LRHS-1000-NO3	1000×1000×1000	1850×1600×2400

列表二

型號規格	工作室尺寸（D*W*H）mm	外形尺寸（D*W*H）mm
YSL-QL-100	450×450×500	1200×1000×1800
YSL-QL-250	500×600×750	1300×1150×2050
YSL-QL-500	800×700×900	1450×1400×2250
YSL-QL-010	1000×1000×1000	1850×1600×2400