臭氧老化試驗(yàn)箱的工作原理

　　臭氧老化試驗(yàn)箱的工作原理是在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，模擬并加速材料(尤其是橡膠和彈性體)在實(shí)際大氣環(huán)境中遭受臭氧侵蝕而老化的過(guò)程。其核心原理可以分解為以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：
 

　　1.  臭氧生成：
 

　　箱內(nèi)通常配備臭氧發(fā)生器。
 

　　最常見(jiàn)的原理是利用電暈放電法或紫外線照射法。
 

　　電暈放電法：向高壓電極(如石英管內(nèi)的金屬絲)施加高電壓，使其周圍空氣發(fā)生電暈放電。放電過(guò)程中，空氣中的氧氣分子被高能電子轟擊分解成氧原子，這些氧原子再與氧氣分子結(jié)合生成臭氧。
 

　　紫外線照射法：利用特定波長(zhǎng)(通常是185nm)的紫外線燈照射空氣。紫外線能量足以打斷氧氣分子的化學(xué)鍵，產(chǎn)生氧原子，進(jìn)而與氧氣分子反應(yīng)生成臭氧。
 

　　2.  臭氧濃度控制：
 

　　這是試驗(yàn)箱的核心控制參數(shù)之一。
 

　　箱內(nèi)裝有臭氧濃度傳感器**(通常基于電化學(xué)或紫外吸收原理)，持續(xù)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)的臭氧濃度。
 

　　控制系統(tǒng)(如PLC或微處理器)將傳感器測(cè)得的濃度值與用戶設(shè)定的目標(biāo)濃度值進(jìn)行比較。
 

　　通過(guò)反饋調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器的輸出功率(例如調(diào)節(jié)高壓電源的電壓/電流或紫外線燈的強(qiáng)度)或調(diào)節(jié)進(jìn)入臭氧發(fā)生器的空氣流量，來(lái)精確維持箱內(nèi)臭氧濃度在設(shè)定值附近穩(wěn)定。高濃度的臭氧能加速老化過(guò)程。
 

　　3. 溫度控制：
 

　　溫度是影響臭氧老化速率和材料反應(yīng)的關(guān)鍵因素。溫度升高通常會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)，包括臭氧對(duì)材料的攻擊。
 

　　試驗(yàn)箱配備加熱元件**和**制冷系統(tǒng)**(通常是壓縮機(jī)制冷)。
 

　　溫度傳感器(如PT100鉑電阻)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)溫度。
 

　　控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定溫度與實(shí)測(cè)溫度的差異，精確控制加熱或制冷系統(tǒng)的運(yùn)行，使箱內(nèi)溫度均勻且穩(wěn)定在設(shè)定值(常見(jiàn)范圍如40°C到60°C或更高，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求)。
 

　　4.  濕度控制(可選，但常用于更嚴(yán)苛或特定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試)：
 

　　某些材料的老化過(guò)程也受濕度影響，或者為了模擬濕熱環(huán)境。
 

　　通過(guò)加濕器(如蒸汽加濕、超聲波加濕)引入水汽，通過(guò)除濕裝置(通常利用制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器表面冷凝除濕)或引入干燥空氣來(lái)降低濕度。
 

　　濕度傳感器監(jiān)測(cè)箱內(nèi)相對(duì)濕度。
 

　　控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)加濕和除濕動(dòng)作，將濕度維持在設(shè)定值。
 

　　5.  空氣循環(huán)與均勻性：
 

　　箱內(nèi)裝有循環(huán)風(fēng)扇，強(qiáng)制空氣在箱內(nèi)流動(dòng)。
 

　　目的是確保**溫度、濕度和臭氧濃度在整個(gè)測(cè)試空間內(nèi)分布均勻，保證所有試樣處于相同的環(huán)境條件下，使測(cè)試結(jié)果具有可比性和重現(xiàn)性。
 

　　6.  試樣動(dòng)態(tài)拉伸裝置(臭氧老化試驗(yàn)的關(guān)鍵特征)：
 

　　臭氧對(duì)橡膠等彈性材料的破壞(主要是臭氧龜裂)通常發(fā)生在材料處于拉伸應(yīng)變狀態(tài)**下。
 

　　靜態(tài)測(cè)試：試樣被固定在一定的拉伸率(如5%， 10%， 20%等)下。試樣架設(shè)計(jì)成能固定并保持試樣的伸長(zhǎng)狀態(tài)。
 

　　動(dòng)態(tài)測(cè)試(更常見(jiàn)且更嚴(yán)苛)： 試樣被安裝在可移動(dòng)的夾具上。通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，夾具按照設(shè)定的頻率、行程和波形(通常是正弦波)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使試樣周期性地拉伸和回復(fù)。這更真實(shí)地模擬了橡膠制品(如輪胎、密封件、減震器等)在實(shí)際使用中經(jīng)歷的動(dòng)態(tài)應(yīng)力狀態(tài)，顯著加速臭氧龜裂的產(chǎn)生和發(fā)展。
 

　　7.  測(cè)試腔室：
 

　　一個(gè)密閉的、內(nèi)壁光滑(通常為不銹鋼)的空間，用于容納試樣和創(chuàng)造可控環(huán)境。
 

　　需要具備良好的氣密性，防止臭氧泄漏(臭氧有毒且腐蝕性強(qiáng))和外部空氣進(jìn)入干擾濃度。
 

　　內(nèi)壁材料需耐臭氧腐蝕。
 

　　總結(jié)原理流程：
 

　　1.  用戶設(shè)定目標(biāo)臭氧濃度、溫度、濕度(如需要)、測(cè)試時(shí)間、動(dòng)態(tài)拉伸參數(shù)(如頻率、應(yīng)變幅度)。
 

　　2.  控制系統(tǒng)啟動(dòng)：
 

　　加熱/制冷系統(tǒng)工作，將溫度升至設(shè)定值并保持。
 

　　加濕/除濕系統(tǒng)工作(如需要)，將濕度調(diào)至設(shè)定值并保持。
 

　　臭氧發(fā)生器啟動(dòng)，開(kāi)始產(chǎn)生臭氧。
 

　　循環(huán)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)環(huán)境均勻。
 

　　動(dòng)態(tài)拉伸裝置啟動(dòng)(如果進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試)，按設(shè)定參數(shù)拉伸試樣。
 

　　3.  傳感器(臭氧、溫度、濕度)持續(xù)監(jiān)測(cè)箱內(nèi)環(huán)境。
 

　　4.  控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)比較監(jiān)測(cè)值與設(shè)定值：
 

　　調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器功率以維持臭氧濃度穩(wěn)定。
 

　　調(diào)節(jié)加熱/制冷功率以維持溫度穩(wěn)定。
 

　　調(diào)節(jié)加濕/除濕動(dòng)作以維持濕度穩(wěn)定。
 

　　5.  試樣在設(shè)定的臭氧濃度、溫度、濕度及拉伸狀態(tài)下，持續(xù)暴露規(guī)定的時(shí)間。
 

　　6.  測(cè)試結(jié)束后，取出試樣，評(píng)估其性能變化(如觀察龜裂情況、檢查物理機(jī)械性能的變化如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的下降等)。
 

　　應(yīng)用目的：
 

　　通過(guò)這種加速老化的方式，在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)(幾天到幾周)評(píng)估材料(尤其是橡膠、彈性體、部分涂料和塑料)在含臭氧大氣環(huán)境中的耐臭氧老化性能、抗龜裂能力以及使用壽命預(yù)測(cè)。這對(duì)于汽車工業(yè)(密封條、輪胎、軟管)、電線電纜、建筑密封材料等行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制至關(guān)重要。測(cè)試通常遵循國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 1431, ASTM D1149, ASTM D518, GB/T 7762等)。
 

　　核心原理的核心就是精確、可控、加速地再現(xiàn)臭氧對(duì)材料(特別是處于應(yīng)變狀態(tài)下的彈性體)的侵蝕作用。