Ozonalterung ist das Phänomen der Verschlechterung der Leistung von Materialien (insbesondere Polymerenmaterialien wie Gummi und Kunststoffe) unter der Wirkung des Ozons, dessen Haupteinwirkungsfaktoren können aus den Umweltbedingungen, Materialeigenschaften, äußeren Wirkungen und Zeitfaktoren zusammengefasst werden, wie folgt:

I. Umweltbedingungen

Ozonkonzentration

Direkte Auswirkungen: Je höher die Ozonkonzentration ist, desto mehr aktive Moleküle kommen in Kontakt mit dem Material, die Oxidationsreaktionsrate beschleunigt sich und der Alterungsgrad verschärft.

Typische Szenarien: Industriegebiete, städtische photochemische Rauchgebiete mit hohen Ozonkonzentrationen, das Alterungsrisiko des Materials erheblich erhöht.

Temperatur

Beschleunigung: Die erhöhte Temperatur verbessert die Aktivität der Ozonmoleküle und die thermische Bewegungsfähigkeit der Materialmoleküle und fördert die Durchführung der Oxidationsreaktion.

Kritischer Punkt: Wenn die Temperatur die Materialverglasungsübergangstemperatur (Tg) übersteigt, verstärkt sich die Bewegung der molekularen Kettensegmente und Ozon greift die Oberfläche des Materials eher an, was zu Schildkröten oder Bruchen führt.

Luftfeuchtigkeit

Doppelte Auswirkungen:

Hohe Feuchtigkeit: Wassermoleküle können das Innere des Materials durchdringen, Mikrorisse bilden oder die Ozonlösung beschleunigen und das Altern verschärfen.

Niedrige Feuchtigkeit: Ozon ist in trockener Umgebung stabiler, aber die Oberfläche des Materials kann durch die elektrostatische Adsorption von Ozon lokal erhöht werden.

Synergie: Wenn Feuchtigkeit und Temperatur zusammenwirken (z. B. bei hohen Temperaturen und feuchten Umgebungen), kann die Alterungsrate exponentiell zunehmen.

Licht

Photooxidative Synergie: Wenn UV-Strahlen mit Ozon zusammenwirken, können sie eine Synergie zwischen Licht und Ozon auslösen, die den Oberflächenabbau des Materials beschleunigt.

Typisches Szenario: Außenmaterialien (z. B. Gummireifen, Kunststoffleitungen) treten unter Sonneneinstrahlung gleichzeitig auf Ozonalterung und Lichtalterung.

II. Materialeigenschaften

Chemische Struktur

Ungesättigte Bindungen: Materialien mit Doppelbindungen (C = C) oder Drei-Bindungen (C UngUngUngesättigteBindungen) (z. B. Naturkautschuk, Butylenkatschuk) sind anfälliger für Ozonangriffe und Kettenbruch- oder Vernetzungsreaktionen.

Gesättigte Struktur: Gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Polyethylen und Polypropylen sind weniger empfindlich gegen Ozon, aber Zusatzstoffe wie Antioxidantien können ihre Ozonbeständigkeit beeinflussen.

Molekulargewicht und Verteilung

Materialien mit niedrigem Molekulargewicht: Die Molekulkette ist kürzer und es ist leichter, Mikrorisse nach Ozonangriffen zu bilden, was zu einem schnellen Leistungsabfall führt.

Breite Molekulargewichtsverteilung: Die lokale Alterung kann durch ungleichmäßige Kettenbewegungen beschleunigt werden.

Zusatzstoffe und Rezepte

Anti-Ozonmittel: wie Paraffin, Mikrokristallwachs und andere physikalische Schutzmittel können auf der Oberfläche des Materials eine Schutzfolie bilden und den Ozonkontakt isolieren.

Stabilisatoren: wie UV-Absorber, Antioxidantien usw. können indirekt die Alterungsrate des Ozons verlangsamen.

Füllstoffe: Füllstoffe wie Kohlenstoffschwarz können die Ozonbeständigkeit des Materials verbessern, aber übermäßige Verwendung kann die Elastizität verringern.

3. Externe Kräfte

Statische Dehnung

Spannungskonzentration: Unter Dehnungszustand des Materials können Mikrorisse auf der Oberfläche leicht zu Makrorrissen erweitert werden, und die Penetration des Ozons entlang des Risses beschleunigt die Alterung.

Typische Szenarien: Komponenten wie Dichtstänge, Schläuche und andere, die sich langfristig in einem Zugzustand befinden.

Dynamische Müdigkeit

Wechselspannung: Bei wiederholten Biegungen, Vibrationen oder Reibungen des Materials entstehen kleine Schäden an der Oberfläche und Ozon dringt durch die Schädigungsstellen tief in das Innere ein, was zu einer Müdigkeitsalterung führt.

Typische Szenarien: Dynamische Einsatzszenen wie Fahrzeugaufhängungsteile, Förderbänder und andere.

Mechanischer Verschleiß

Oberflächenschäden: Mechanische Wirkungen wie Reibung, Kratzer und andere können die Schutzschichten der Oberfläche des Materials (z. B. Ozonschutzmittel) zerstören und das Risiko der Ozonindringung erhöhen.

4. Zeitfaktor

Expositionszeit

Kumulative Wirkung: Ozonalterung ist ein schrittweisender Prozess, je länger die Expositionszeit ist, desto schlimmer sind die Materialeigenschaften.

Schwelleneffekt: Einige Materialien können sich bei kurzfristiger Exposition nicht deutlich ändern, aber nach Überschreitung der kritischen Zeit können plötzliche Ausfälle auftreten.

Alterungsphase

Induktionsphase: Ozonmoleküle absorbieren allmählich und dringen in die Oberfläche des Materials ein, ohne merkbare Eigenschaftsänderungen.

Beschleunigungsphase: Mikrorisse auf der Oberfläche bilden sich und erweitern sich, die Leistung nimmt schnell ab.

Stabile Periode: Die Ausdehnung der Risse neigt zu stabilisieren und die Geschwindigkeit der Leistungsschwächerung verlangsamt sich.

V. Andere Faktoren

Schadstoffe

Stickoxide (NOx): Die Reaktion mit Ozon erzeugt freie Radikale, die die Oxidationsreaktion verschärfen.

Flüchtige organische Stoffe (VOCs): können an photochemischen Reaktionen beteiligt sein und die Verteilung der Ozonkonzentrationen indirekt beeinflussen.

Oberflächenstand des Materials

Oberflächenrauheit: Die raue Oberfläche absorbiert Ozon leichter und erhöht die lokale Konzentration.

Sauberkeit: Verschmutzungen wie Öl und Staub können die Schutzschicht bedecken und die Ozonbeständigkeit verringern.

Anwendungsberatung

Materialauswahl: Je nach Umgebung (z. B. Ozonkonzentration, Temperaturbereich) ausgewählte Materialien mit ausgezeichneter Ozonbeständigkeit (z. B. Neopren, Triethylpropyl).

Rezepturoptimierung: Hinzufügen von Ozonschutzmitteln, Stabilisatoren usw., um den Schutz des Materials zu verbessern.

Strukturelle Konstruktion: Vermeiden Sie den langfristigen Zug oder die dynamische Müdigkeit des Materials und reduzieren Sie die Spannungskonzentration.

Umgebungskontrolle: In Ozonempfindlichen Szenarien (z. B. Labore, Produktionswerkstätten), Lüftung, Filterung und andere Maßnahmen zur Senkung der Ozonkonzentration.