Thử nghiệm lão hóa Ozone

1. Thử nghiệm lão hóa là gì ?

Thử nghiệm lão hóa chủ yếu đề cập đến thử nghiệm lão hóa oxy nhiệt đối với cao su, sản phẩm nhựa, vật liệu cách điện và các vật liệu khác; hoặc thử nghiệm lão hóa thông gió cho các linh kiện điện tử và các sản phẩm nhựa.

Các phương pháp thử nghiệm lão hóa:

Hiện nay, có nhiều phương pháp thử nghiệm lão hóa để nghiên cứu vật liệu polyme, chủ yếu bao gồm thử nghiệm lão hóa khí hậu, thử nghiệm lão hóa UV, thử nghiệm lão hóa Ozone, thử nghiệm lão hóa nhiệt độ cao, thử nghiệm lão hóa biến đổi nhiệt độ cao và thấp, thử nghiệm lão hóa nhiệt ẩm, thử nghiệm lão hóa môi trường, thử nghiệm lão hóa sương muối .v.v.

2. Thử nghiệm lão hóa ozone

Ozone là một loại khí cực kỳ hiếm trong khí quyển, nhưng nó có khả năng phá hủy các vật liệu polyme cực kỳ lớn, Ozone có thể có phản ứng hóa học không thuận nghịch với các liên kết không bão hòa và các gốc hoàn nguyên trong cấu trúc hóa học của vật liệu polyme, dẫn đến vật liệu polyme trải qua quá trình phân hủy oxy hóa thoái biến, từ đó mất đi giá trị sử dụng. Đặc biệt đối với chất liệu cao su có chứa liên kết đôi thì khả năng phá hủy được thể hiện cực kỳ mạnh.

Ozone có hoạt tính mạnh, nó có thể phân tách ra oxy nguyên tử có hoạt tính mạnh hơn, phản ứng hóa học với các liên kết đôi trong phân tử cao su, làm cho cao su bị lão hóa, xuất hiện các hiện tượng như nứt, trở nên giòn hơn .v.v. Thử nghiệm lão hóa Ozone của vật liệu polyme thường được thực hiện trong buồng thử nghiệm lão hóa Ozone, Ozone được cung cấp bởi máy tạo Ozone, có thể điều chỉnh nồng độ của nó bằng cách trộn với không khí bằng máy trộn, nồng độ Ozone thường được xác định tùy theo điều kiện môi trường ở nơi mà vật liệu được sử dụng thực tế.

Ngoài ra, các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, v.v trong buồng thử nghiệm lão hóa Ozone cũng có thể được điều chỉnh để đạt được mục đích thử nghiệm, thu được khả năng chống lão hóa Ozone của vật liệu cũng như trạng thái và quy luật lão hóa Ozone.

Là một trong những lĩnh vực thử nghiệm quan trọng của thử nghiệm lão hóa, thử nghiệm ozone được Việt Nam mới được quan tâm nghiên cứu phát triển từ đầu thế kỷ 21. Các trung tâm nghiên cứu hàng đầu về thử nghiệm gia tốc là Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga và Viện kỹ thuật Nhiệt đới thuộc Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam. Tại các trung tâm này có hệ thống phòng thí nghiệm với các trang thiết bị được nhập từ các nước tiên tiến. Hệ thống tài liệu sử dụng các tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên nằm trong bối cảnh chung của cả nước thì vấn đề thử nghiệm gia tốc ở Việt Nam chưa được quan tâm đầu tư phát triển xứng đáng.

3. Phương pháp thử nghiệm, kiểm tra

Phần mẫu thử được phơi nhiễm, dưới biến dạng kéo tĩnh, dưới biến dạng kéo động liên tục, hoặc dưới các giai đoạn biến dạng động và tĩnh luân phiên, trong buồng kín ở nhiệt độ không đổi, với môi trường khí quyển có nồng độ ozone  cố định. Các mẫu thử được kiểm tra định kỳ về rạn nứt.

Ba quy trình đánh giá lựa chọn được đưa ra đối với các mức nồng độ ozone  và nhiệt độ phơi nhiễm chọn trước:

a) Có hoặc không có các vết nứt được xác định sau khi phơi nhiễm trong khoảng thời gian cố định ở biến dạng tĩnh, biến dạng động hoặc kết hợp các biến dạng động và tĩnh xác định. Nếu cần, thực hiện đánh giá độ rạn nứt.

b) Thời gian cho đến khi sự xuất hiện các vết nứt đầu tiên được xác định tại biến dạng tĩnh, biến dạng động cho trước bất kỳ hoặc kết hợp các biến dạng động và tĩnh bất kỳ.

c) Biến dạng ngưỡng được xác định đối với thời gian phơi nhiễm xác định bất kỳ (chỉ có giá trị đối với các thử nghiệm ứng suất-giãn dài tĩnh).

Hình 1: Tủ thử nghiệm lão hóa ozone OREC TM Ozone

Phòng thử nghiệm của Viện Độ bền Nhiệt đới/Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga hiện đang là đơn vị duy nhất ở Việt Nam được tổ chức với một mô hình tương đối hoàn chỉnh về nghiên cứu, thử nghiệm, chế thử và sản xuất vật liệu trong lĩnh vực độ bền nhiệt đới và nhiệt đới hóa các trang thiết bị.

Với lĩnh vực đánh giá độ bền lão hóa ozone, Phòng thử nghiệm đã được trang bị thiết bị hiện đại Tủ thử nghiệm lão hóa ozone OREC TM Ozone (Hình 1) từ hãng CCSi của Mỹ nhằm đáp ứng như cầu dịch vụ thử nghiệm đa dạng của các đơn vị.

Đặc tính kỹ thuật máy:

- Kích thước khoảng thử: (61 x 46 x 51) cm;

- Máy tạo Ozone: Thạch anh UV

- Phạm vi Ozone: có thể điều khiển trong khoảng 25-250 PPHM/Vol

- Lưu lượng không khí, CFM: 0 – 6

- Độ chính xác của hệ thống: 4% với cài đặt điểm

- Nhiệt độ: Lên đến 95 ^oC

- Thử nghiệm mẫu ở cả trạng thái kéo giãn động hoặc cố định.

Tiêu chuẩn ứng dụng:

• GB / T7762-2014 Thử nghiệm khả năng chống lão hóa ozone  của cao su lưu hóa - Phương pháp thử kéo tĩnh;

• GB / T13642-2015 Thử nghiệm Độ bền ozone  của Cao su Lưu hóa - Phương pháp Thử Độ bền kéo Động;

• Phương pháp thử tiêu chuẩn ASTM1149 đối với sự suy giảm chất lượng cao su - Nứt trong môi trường được kiểm soát bằng ozone ;

• ASTM D3041-79 Phương pháp kiểm tra các loại vải được tráng-Nứt ozone  trong buồng;

• ASTM D1171-18 Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho sự suy giảm chất lượng cao su — Bề mặt nứt ozone  ngoài trời;

• ISO1431-1 và ISO1431-3 Cao su, lưu hóa hoặc nhựa nhiệt dẻo - Chống nứt ozon;

Thiết bị thử nghiệm lão hóa Ozone tại Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga