橡膠制品因其優異的彈性、密封性和減震性能，被廣泛應用于汽車、航空航天、建筑、電力和醫療等領域。然而，橡膠材料在大氣環境中極易受到臭氧（O?）的侵蝕，尤其是在受到拉伸應力的情況下，會迅速產生表面裂紋，導致性能下降甚至失效。為了評估橡膠材料的抗臭氧能力，臭氧老化測試成為一項關鍵的質量控制和研發手段。在眾多測試標準中，對裂紋的產生與擴展進行科學、客觀的評估是判斷測試結果的核心環節。本文將聚焦于橡膠臭氧老化測試的標準方法，并深入解析裂紋評估的關鍵要點。

一、 橡膠臭氧老化的機理

臭氧是一種強氧化劑，其活性遠高于氧氣。當橡膠（尤其是含有不飽和雙鍵的橡膠，如天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠等）暴露在含臭氧的空氣中時，臭氧分子會優先攻擊分子鏈上的雙鍵，發生[3+2]環加成反應，生成不穩定的臭氧化物。該臭氧化物極易分解，導致橡膠分子鏈斷裂。在無應力狀態下，這種氧化作用相對均勻，表現為表面粉化。而當橡膠處于拉伸狀態時，分子鏈被拉直，雙鍵暴露更充分，臭氧攻擊導致的鏈斷裂會集中發生，形成應力集中點，從而引發并加速表面裂紋的產生和垂直于應力方向的定向擴展。這一過程使得橡膠制品的力學性能（如拉伸強度、伸長率）急劇下降。

二、 核心測試標準

國際上廣泛采用的橡膠臭氧老化測試標準主要有：

• ISO 1431 系列： 《硫化或熱塑性橡膠——耐臭氧龜裂》是國際通用的核心標準，分為多個部分：

• ISO 1431-1： 靜態應變試驗（Static Strain Test）。

• ISO 1431-2： 動態應變試驗（Dynamic Strain Test）。

• ISO 1431-3： 使用裂紋生長計的動態應變試驗。

• ASTM D1149： 《標準試驗方法：橡膠劣化的標準試驗方法——表面臭氧龜裂（靜態拉伸法）》。

• ASTM D1171： 《標準試驗方法：橡膠劣化——表面臭氧龜裂的產生（動態拉伸法）》。

• GB/T 7762： 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 耐臭氧龜裂 靜態拉伸試驗》（中國國家標準，等效采用ISO 1431-1）。

這些標準規定了測試條件，包括臭氧濃度（通常為25±5 pphm、50±5 pphm或100±10 pphm）、溫度（通常為40±2°C）、相對濕度（對于某些材料或標準有要求）、試樣類型（啞鈴型、環形）和應變水平（通常為10%、20%或更高）。

三、 裂紋評估：測試結果判定的核心

臭氧老化測試的最終目的不是簡單地觀察“是否開裂”，而是對裂紋的產生時間、等級和擴展行為進行系統評估。評估通常在規定的測試時間后進行（如24h, 48h, 72h, 96h或更長），主要依據視覺評級法。

1. 裂紋等級評估（按ISO 1431-1 / ASTM D1149）

這是最常用的評估方法，將裂紋的嚴重程度分為若干等級：

• 等級 0： 無裂紋。在放大5-10倍下觀察，表面完全光滑，無任何裂紋跡象。

• 等級 1： 輕微裂紋。裂紋長度小于0.5mm，且裂紋數量稀少。

• 等級 2： 輕度裂紋。裂紋長度在0.5mm至1mm之間，數量較多，但未形成網絡。

• 等級 3： 中度裂紋。裂紋長度在1mm至5mm之間，開始出現交叉，形成初步網絡。

• 等級 4： 嚴重裂紋。裂紋長度大于5mm，密集交叉，形成明顯的龜裂網絡。

• 等級 5： 極嚴重裂紋。裂紋深度大，可能導致試樣斷裂或完全失去使用功能。

評估時，通常取試樣表面裂紋最嚴重區域的等級作為最終結果。報告格式如：“在50 pphm臭氧，40°C，20%應變下暴露96小時后，裂紋等級為2級”。

2. 裂紋產生時間（Time to Cracking）

在某些研究或高要求的應用中，需要記錄首次觀察到裂紋的時間（Time to Cracking）。這比固定時間后的等級評估更能反映材料的初始抗臭氧性能。測試人員需定期（如每24小時）檢查試樣，記錄下首次出現可識別裂紋（通常定義為長度>0.1mm）的時間。

3. 裂紋擴展評估（按ISO 1431-3 / ASTM D1171）

對于動態應變試驗或需要精確測量裂紋增長的研究，可使用裂紋生長計（Crack Growth Gauge）或光學測量設備（如顯微鏡、圖像分析系統）直接測量特定裂紋的長度隨時間的變化。這能獲得裂紋擴展速率（mm/h）等定量數據，用于更深入的材料性能分析和壽命預測。

四、 影響評估準確性的關鍵因素

• 應變控制： 應變水平是影響裂紋產生和擴展速度的最關鍵因素。必須確保試樣在測試夾具中被精確、均勻地拉伸到規定應變。

• 臭氧濃度穩定性： 測試箱內的臭氧濃度必須穩定且均勻，濃度波動會嚴重影響結果的可重復性。

• 溫度與濕度控制： 溫度影響化學反應速率，濕度可能影響某些橡膠的性能。

• 評估人員的主觀性： 視覺評級存在主觀差異。應由經過培訓的人員進行評估，必要時采用多人評估取平均值或使用標準化的評級圖卡。

• 試樣制備： 試樣的表面光潔度、厚度均勻性等都會影響測試結果。