Ozon is een belangrijke factor in de veroudering van rubberproducten in de atmosfeer. Ozon is actiever dan zuurstof, dus de aantasting van rubber, vooral onverzadigde rubber, is veel ernstiger dan zuurstof.
De ozon (o3) in de atmosfeer wordt afgebroken door de absorptie van kortgolvig ultraviolet licht in zonlicht door zuurstofmoleculen.
Het zuurstofatoom wordt gerecombineerd met zuurstofmoleculen. Er is een laag ozon met een concentratie van ongeveer 5 × 10 in de ondiepte van 20 ~ 30 km van het aardoppervlak. Met de verticale luchtstroom wordt ozon naar de oppervlakte van de aarde gebracht en neemt de concentratie van ozon geleidelijk af van hoog naar hoog. Daarnaast wordt ozon gegenereerd op plaatsen waar ultraviolet licht geconcentreerd is, op plaatsen waar ontladingen plaatsvinden en in elektrische motoren, vooral waar elektrische vonken worden gegenereerd. Gewoonlijk is de concentratie van ozon in de atmosfeer 0 ~ 5X10-8. De concentratie van ozon varieert van regio tot regio; de ozonconcentratie varieert van seizoen tot seizoen. Hoewel de concentratie van ozon nabij de grond erg laag is, kan de schade aan rubber niet worden genegeerd.
Onverzadigde rubber is gevoelig voor ozonisatie en het uiterlijk ervan na ozonisatie. In tegenstelling tot thermo-oxidatieve veroudering, wordt de ozonisatie van rubberproducten alleen uitgevoerd op de oppervlaktelaag die in contact komt met ozon. Het hele ozonisatieproces wordt uitgevoerd door het oppervlak. De tweede is dat het rubber reageert met ozon en een zilverwitte harde film vormt (ongeveer een dikke laag dik). Onder statische omstandigheden kan de film diep contact tussen ozon en rubber voorkomen, maar onder dynamische vervormingscondities of onder statische spanning, wanneer rubber Wanneer de rek- of trekspanning de kritische rek of kritische spanning overschrijdt, zal de film barsten, waardoor de ozonlaag kan neem contact op met het nieuwe rubberen oppervlak, blijf ozoniseren en zorg ervoor dat de scheur groeit, en nadat de scheur verschijnt. Aangezien de basis spanningsconcentratie heeft, is het gemakkelijker om de scheur te verdiepen en een scheur te vormen. De richting van de spleet staat loodrecht op de richting van de spanning. In het algemeen verschijnen slechts een kleine hoeveelheid scheuren onder kleine belasting (zoals 5%) en de scheurrichting is duidelijk waarneembaar. Wanneer het rubber aan meerdere richtingen wordt onderworpen, is het moeilijk om de scheurrichting te onderscheiden.
Ten eerste, het mechanisme van rubberozonatiereactie
Het reactiemechanisme van ozon en onverzadigde rubber kan worden verklaard aan de hand van de volgende formule.
Wanneer ozon in contact komt met het rubberproduct, reageert ozon eerst met de actieve dubbele binding om moleculair ozonide 1 te vormen. Het moleculaire ozonide is onstabiel en ontleedt snel om carbonyl 2 en zwitterion 3 te vormen. In de meeste gevallen zullen de zwitterion en carbonylverbinding recombineren tot een ruikende oxide ©, en het zwitterion kan ook worden gepolymeriseerd om een diperoxide © of een hoog peroxide © te vormen. Wanneer een actief oplosmiddel zoals methanol aanwezig is, zal het zwitterion bovendien reageren met het om methoxywaterstofperoxide 7 te vormen.
De activeringsenergie van ozon en onverzadigde rubber is erg laag en de reactie is zeer eenvoudig uit te voeren. De reactie is voltooid totdat de dubbele binding van het rubber is verbruikt. Op dit moment wordt een zilver-witte, verlieselastische film gevormd op het oppervlak van het rubber, zolang er geen externe kracht is om de filmschildpad te maken. Crack, rubber zal niet langer doorgaan met ozoneren. Als het geozoniseerde rubber wordt uitgerekt of dynamisch vervormd, zal de resulterende geozoniseerde film barsten, waardoor een nieuw rubberoppervlak wordt onthuld en reageert met ozon, waardoor de scheur blijft groeien.
Verzadigde rubber bevat geen dubbele bindingen, hoewel het kan reageren met ozon, maar de reactie verloopt heel langzaam en is niet vatbaar voor barsten.
Veel mensen hebben de productie en groei van onverzadigde rubberen ozonatiescheuren bestudeerd. Op basis van hun experimentele gegevens, stelden deze onderzoekers het mechanisme van scheurgroei en -groei voor. Er wordt bijvoorbeeld aangenomen dat het optreden van scheuren het gevolg is van de neiging van de gebroken moleculaire ketens die worden gegenereerd door de ontleding van het ozonide onder spanning om van elkaar te scheiden, hetgeen groter is dan de recombinatie-tendens. De groei van scheuren is gerelateerd aan de concentratie van ozon en de mobiliteit van rubberen moleculaire ketens. Wanneer de concentratie van ozon constant is, hoe groter de mobiliteit van moleculaire ketens, hoe sneller de scheurgroei. Er wordt ook aangenomen dat de vorming en groei van ozon kraken en de fysische eigenschappen van de dunne laag van ozonide gevormd door de ozonisatie van rubber en de oppervlaktelaag van de originele rubber
De fysieke eigenschappen zijn anders. Murray is bijvoorbeeld van mening dat het ozonisatieproces van rubber een proces is waarbij fysieke processen en chemische processen samen voorkomen. Wanneer het rubber in contact komt met ozon, reageren de dubbele bindingen aan het oppervlak snel met ozon, en de meeste vormen een ozonoxide, dat de oorspronkelijk zachte rubberketen snel omzet in een stijve ketting met veel ruikende oxide ringen. Wanneer stress op het rubber wordt uitgeoefend, strekt de spanning de rubberketting uit, waardoor meer dubbele bindingen in contact komen met de ozon, waardoor de rubberen ketting geurende oxidatieringen bevat en brozer wordt. Het brosse oppervlak is onderhevig aan scheuren onder stress of dynamische stress.
Haining Qianlang Rubber Products Factory
VOEG toe: NO.10-2, Lianbao Road, Qianjiang Industrial Park, Dingqiao Town, Haining, Zhejiang 314413, China
TEL: + 86-573-87767299
FAX: + 86-573-87763488
E-mail: sales@qlrubber.com