Ozone aging test là gì?

Ozone aging test là gì?

Ozone aging test (thử nghiệm lão hóa ozone) là phương pháp kiểm tra khả năng chống chịu của vật liệu polymer, đặc biệt là cao su, khi tiếp xúc với ozone trong không khí. Ozone (O₃) là một dạng oxy hoạt tính mạnh, dễ tấn công vào các liên kết đôi trong cấu trúc polymer, gây ra hiện tượng ozone cracking – tức là nứt bề mặt cao su dù không chịu lực lớn.

Nguyên lý của Ozone aging test

Ozone aging test dựa trên nguyên lý cho mẫu vật liệu tiếp xúc trực tiếp với ozone trong môi trường được kiểm soát để mô phỏng quá trình lão hóa ngoài thực tế. Ozone (O₃) là chất oxy hóa mạnh, dễ tấn công vào các liên kết đôi trong polymer, đặc biệt là cao su, gây ra hiện tượng nứt bề mặt (ozone cracking).

• Đưa mẫu vào buồng thử ozone: mẫu được đặt trong buồng kín có bộ tạo ozone
• Kiểm soát nồng độ ozone: nồng độ ozone được duy trì ở mức xác định (theo tiêu chuẩn ASTM, ISO…).
• Kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm: các yếu tố môi trường được giữ ổn định để đảm bảo tính chính xác.
• Kéo giãn mẫu (strain): mẫu cao su thường được kéo giãn một tỷ lệ phần trăm nhất định, vì vết nứt do ozone chỉ xuất hiện rõ khi vật liệu chịu ứng suất.
• Quan sát sự thay đổi: sau thời gian tiếp xúc, người ta kiểm tra sự xuất hiện của vết nứt, mật độ và độ sâu để đánh giá khả năng chống lão hóa.

Thiết bị thử lão hóa ozone (Ozone test chamber)

Cấu tạo cơ bản của ozone test chamber

• Bộ tạo ozone (ozone generator): tạo ra khí ozone với nồng độ ổn định theo yêu cầu thử nghiệm.
• Buồng kín: không gian chứa mẫu thử, đảm bảo ozone không thoát ra ngoài và môi trường được kiểm soát.
• Hệ thống kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm: duy trì điều kiện môi trường ổn định để kết quả chính xác.
• Cảm biến đo nồng độ ozone: giám sát liên tục để đảm bảo nồng độ ozone phù hợp với tiêu chuẩn thử nghiệm.
• Giá treo mẫu có lực kéo (strain fixture): giữ mẫu cao su trong trạng thái kéo giãn để ozone dễ dàng tấn công và tạo vết nứt.

Vai trò của thiết bị

• Giúp mô phỏng chính xác quá trình lão hóa do ozone trong thời gian ngắn.
• Cho phép kiểm tra nhiều mẫu cùng lúc với điều kiện đồng nhất.
• Đảm bảo kết quả thử nghiệm có thể so sánh và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM D1149, ISO 1431, JIS K6259.

Điều kiện thử nghiệm thường dùng

• Nồng độ ozone thường biểu thị bằng pphm (parts per hundred million) hoặc ppm (parts per million), phổ biến trong khoảng 25 đến 200 pphm tùy theo tiêu chuẩn ASTM, ISO hoặc JIS
• Nhiệt độ duy trì trong khoảng 20–40°C để mô phỏng điều kiện môi trường tự nhiên
• Độ ẩm giữ ổn định ở mức 50–65% RH nhằm tránh ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa
• Độ giãn mẫu (% strain) thường từ 10% đến 30% để ozone dễ dàng tấn công vào liên kết polymer, tạo vết nứt rõ rệt
• Thời gian thử có thể từ vài giờ đến vài trăm giờ tùy thuộc vào yêu cầu đánh giá và loại vật liệu

Tiêu chuẩn thử nghiệm ozone phổ biến

• ASTM D1149 tiêu chuẩn của Mỹ áp dụng cho cao su, mô tả phương pháp thử ozone trong điều kiện tĩnh hoặc động để đánh giá khả năng chống nứt bề mặt
• ISO 1431 tiêu chuẩn quốc tế quy định cách thử ozone cho vật liệu cao su, bao gồm cả phương pháp kéo giãn mẫu và quan sát vết nứt
• JIS K6259 tiêu chuẩn Nhật Bản dành cho cao su, tương tự ASTM và ISO, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô và điện tử

Cách đánh giá kết quả

• Sự xuất hiện vết nứt kiểm tra bằng mắt thường hoặc kính hiển vi để xác định có hay không hiện tượng ozone cracking
• Mật độ vết nứt số lượng vết nứt trên một diện tích nhất định, phản ánh mức độ hư hỏng của vật liệu
• Độ sâu và chiều dài vết nứt cho thấy mức độ phá hủy cấu trúc polymer, từ nứt nhẹ đến nứt xuyên sâu
• Thời gian xuất hiện vết nứt càng nhanh thì khả năng chống ozone của vật liệu càng kém
• Phân loại kết quả thường được chia thành đạt (pass) khi vật liệu không xuất hiện vết nứt trong thời gian quy định và không đạt (fail) khi có vết nứt rõ rệt

Ứng dụng của Ozone aging test

• Ngành ô tô kiểm tra độ bền của lốp xe, gioăng cửa, ống dẫn và các chi tiết cao su thường xuyên tiếp xúc với không khí ngoài trời
• Ngành điện – điện tử đánh giá khả năng chống nứt của dây cáp, vật liệu cách điện và các chi tiết polymer gần thiết bị điện cao áp
• Ngành xây dựng kiểm tra gioăng, vật liệu chống thấm và các sản phẩm cao su dùng ngoài trời để đảm bảo tuổi thọ công trình
• Ngành y tế thử nghiệm độ bền của dụng cụ polymer và cao su trong môi trường khử trùng hoặc tiếp xúc với ozone
• Ngành sản xuất khác như nhựa kỹ thuật, ống mềm, sản phẩm tiêu dùng ngoài trời nhằm đảm bảo chất lượng và độ tin cậy

Ưu điểm và hạn chế của ozone aging test

Lỗi thường gặp khi thử nghiệm

• Nồng độ ozone không ổn định dẫn đến tốc độ phản ứng khác nhau, làm kết quả thiếu tính lặp lại
• Mẫu không được kéo giãn khiến vết nứt khó xuất hiện, làm giảm độ tin cậy của phép thử
• Ảnh hưởng của ánh sáng UV nếu buồng thử không được che chắn tốt, tia UV có thể gây lão hóa bổ sung và làm sai lệch kết quả
• Nhiệt độ và độ ẩm dao động lớn khiến quá trình oxy hóa diễn ra không đồng đều
• Thời gian thử không phù hợp quá ngắn thì chưa kịp xuất hiện vết nứt, quá dài thì gây hư hỏng vượt mức cần thiết

Ozone aging test là một phương pháp thử nghiệm quan trọng giúp đánh giá khả năng chống chịu của cao su và vật liệu polymer trước tác động của ozone trong môi trường tự nhiên hoặc công nghiệp. Thử nghiệm này mô phỏng quá trình lão hóa nhanh chóng, cho phép phát hiện sớm hiện tượng nứt bề mặt, dự đoán tuổi thọ sản phẩm và đảm bảo chất lượng theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM, ISO hay JIS. Mặc dù có những hạn chế nhất định, ozone aging test vẫn là công cụ không thể thiếu trong kiểm soát chất lượng, đặc biệt đối với các sản phẩm sử dụng ngoài trời hoặc gần nguồn phát ozone. Việc áp dụng đúng quy trình và tiêu chuẩn sẽ giúp doanh nghiệp nâng cao độ tin cậy của sản phẩm, đáp ứng yêu cầu khắt khe của thị trường và duy trì lợi thế cạnh tranh lâu dài.