Geer 型老化炉（强制空气循环热老化炉）用于评估塑料和橡胶等聚合物的热老化性能，方法是加热试样以加速老化。热暴露是聚合物劣化的主要原因。然而，许多电子应用（如电视和电脑）以及机械产品（如车辆）在运行过程中都会产生热量。由这种热量引起的劣化会危及产品责任。因此，有必要评估每种材料的热老化性能。
概述
将试样悬挂在设定为指定温度的腔室中，然后暴露在热中一段时间以加速老化过程。然后对试样进行目视评估并测量其物理性能（例如通过拉伸试验）以评估其热老化性能。
机制
Geer 型老化炉概念图
该炉配备“强制空气循环式”加热室，每小时按规定次数更换测试室内的空气。烤箱由测试室、通风机、进/出风口挡板、温度控制器和试样吊架组成。
- 测试室测试室配备不干扰空气循环的试样吊架（或架子），并配有隔热材料，以保持测试室温度并阻挡外部空气。
- 试样吊架单轴旋转吊架，每分钟旋转 5 至 10 次。
单轴旋转框架示例
规格
各标准要求如下：
| 标准 | JIS B 7757 | JIS K 6257 | JIS K 7212 | ISO 188 | ISO 4577 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 型号 | 类型Ⅰ | 类型Ⅱ | 类型Ⅲ | 侧风型 | 范围风型 | A型 | B型 | 侧风型 （方法A） |
范围风型 （方法B） |
– |
| 空气交换率（次/小时） | 3至10 | 5至20 | 100至200 | 3至10 | 3至10 | 每分钟1次以上 | 3至10 | 3至10 | 3至10 | 6 |
| 平均风速（m/s） | 0.5±0.1 | – | – | 0.5±0.1 | 0.5至1.5 | 1±0.2 | 0.5±0.1 | 0.5±0.25 | 0.5 至 1.5 | 0.75 至 1 |
| 时间常数 | – | 660 或更少 | 660 或更少 | – | – | – | – | – | – | – |
| 比热(J/g-K) | 1.003 | 1.003 | 1.003 | 1.006 | 1.006 | 1.003 | 1.003 | – | – | |
| 温度设定范围 | 环境温度 +20℃ 至 300℃ | – | – | – | 环境温度 +20℃ 至300℃ | – | – | 最高200℃ | ||
| 控温精度 | 设定温度±1℃ | – | – | 最高100℃：±1℃ 125至300℃：±2℃ |
设定温度±1℃ | 最高100℃：±1℃ 125至300℃：±2℃ |
– | |||
温度分布
温度分布表示为标准中规定的九个位置特殊点的最高温度与最低温度之间的差值。
可接受的温度分布定义如下：
| 试验温度T（℃） | 温度分布（℃） |
|---|---|
| T ≦ 100 | 2以下 |
| 100 < T ≦ 200 | 4以下 |
| 200 < T ≦ 300 | 6 或更少 |
测量方法
温度分布测量点
在距离测试室每壁 70 毫米的平面形成的立方体的八个顶点处测量温度分布，并在测试室中心的一个附加点处测量温度分布，共计九个位置。温度足够稳定后，在九个点处测量温度 24 小时，并获取最高温度与最低温度之间的差值。 24 小时内环境温度波动必须在设定温度的 ±10℃ 或以下，且在设定温度的 ±5% 以内。
*市场上许多“烤箱”不满足上述标准要求，如果需要按照测试标准进行测试，了解这些要点非常重要。
测试条件
测试条件取决于测试样本材料及其在测试中使用的相关标准。
此外，各标准中对试验条件的描述如下：
- JIS K 6257（橡胶）根据橡胶类型，从 JIS K 6250 中指定的列表中选择时间和温度。
- JIS K 7212（塑料）选择样品在适当试验期内老化的温度。*试验时间未明确规定。
试验类型（JIS K 6257 橡胶/ISO 188）
试验有两种类型：加速老化试验（At 方法）和耐热性试验（Hr 方法）。
- 加速老化试验在此试验中，在高于实际使用条件的温度下对样品进行测试，以在短时间内重现自然老化的影响。
- 耐热性试验在此试验中，在与实际使用条件下样品实际暴露的温度相似的温度下对样品进行测试。
评估
对于橡胶
老化过程完成后，测量试验样品的物理特性。然后，计算与老化前值相比的变化，以检查热老化特性。
使用以下公式计算除硬度以外的物理性能的变化率。
使用以下公式计算保留率。
硬度使用以下公式计算。
- AC：老化后与老化前物理性能相比的变化率
- AR：老化后与老化前物理性能相比的保留率
- X0：中位 ph老化前的物理性能
- X1：老化后的物理性能中值
- AH：硬度变化
- H0：老化前的硬度中值
- H1：老化后的硬度中值
对于塑料
JIS K 7212 规定，结果是“根据试验样品在规定时间后性能变化的程度，或性能达到规定值所需的时间来判断的”。
老化的判断标准取决于相关方；但是，老化的判断标准通常使用以下方法进行评估。
- 目视观察（试样的粉化、裂纹、变形等情况）
- 质量变化
- 拉伸试验、弯曲试验等性能下降
- 褪色等光学性能下降
- 介电强度、绝缘电阻等电阻性能下降
空气交换率
空气交换率表示每小时更换空气的次数，由进入试验室的空气流量和试验室的容量决定。空气流量的测量有间接测量“功耗法”和直接测量“流量计法”。下面介绍常用的“功耗法”。
耗电量法
耗电量法是通过测量“关闭进出风口，在进出风口封闭的状态下，将箱体维持在规定温度所需的电量”与“打开进出风口，维持相同温度所需的电量”之间的差值，计算出交换的空气量。
[测量方法]
- 关闭进出风口、安全盖，并用胶带封住缝隙。将试验室内的空气与外界完全隔绝。
- 启动风扇，将室内环境温度升至+80±2℃。
- 温度稳定后（约3小时后）测量至少30分钟的功耗。
- 打开进风口和出风口，计算通风时的功耗。
空气交换率用以下公式计算。
但是，在 JIS K 6257 的情况下，使用以下公式计算交换率。
塑料标准（JIS K 7212）和橡胶标准（JIS K 6257）的空气交换率计算公式不同，因为这些标准对恒压比热和功耗使用不同的单位。
什么是 UL 标准？
UL746B 是长期耐热性的 UL 标准。塑料在长时间暴露于高温下的耐热性称为“长期耐热性”。由于热而老化和变质会导致塑料的物理性能下降。UL746B 的相对热指数 (RTI) 通常用作长期耐热性的指标，在经过长期测试后分别评估拉伸强度、冲击强度和电绝缘性能长时间暴露于高温环境中。
*我司102号齿轮老化试验机符合该标准。
标准内容
UL746B中规定，试验方法必须符合ASTM5374，设备必须符合ASTM 5423 Type 1的标准规范。
【空气交换率】
各标准中对空气交换率的说明如下。
- ASTM5423在100℃或最高工作温度下，1型烤箱的空气交换率必须为5至20次/小时，2型烤箱的空气交换率必须为100至200次/小时。
- ASTM5374测量最高工作温度和100±2℃下的空气交换率。
通常在四个温度点进行测试。温度设定为终点*在最高温下至少为500小时，在最低温下至少为5000小时。 RTI 是根据测试结果计算得出的。
*终点：物理性能下降 50% 或更少的时间
*热变形温度 (HDT) 可作为参考。有关短期耐热性的评估，请参阅 Yasuda Seiki 的 No.148-HD 热变形测试仪页面。
标准
JIS（ISO）和ASTM标准分别对热老化试验及其试验方法进行了标准化。
| 标准 | 年份 | 适用 | 标准名称 | |
|---|---|---|---|---|
| JIS | B 7757 | 1955 | 仪器 | 强制空气循环烘箱式热加速老化试验机 |
| K 6257 | 2017 | 橡胶 | 硫化橡胶或热塑性橡胶-热稳定性测定老化性能 | |
| B 7757 | 1955 | 塑料 | 塑料−热塑性塑料热稳定性测定−烘箱法 | |
| C 3005 | 2014 | 电线 | 橡胶或塑料绝缘电线和电缆试验方法 | |
| ISO | 188 | 2023 | 橡胶 | 硫化橡胶或热塑性橡胶 – 加速老化和耐热性测试 |
| 4577 | 2019 | 塑料 | 塑料 – 聚丙烯和丙烯 – 共聚物 – 空气中热氧化稳定性的测定 – 烤箱法 |
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| ASTM | E145 | 2019 | 测试仪 | 重力 – 对流和强制 – 通风烤箱的标准规范 |
| D5423 | 2023 | 绝缘 | 用于评估的强制 – 对流实验室烤箱的标准规范电气绝缘 | |
| D5374 | 2012 | 绝缘 | 用于评估电气绝缘的强制对流实验室烤箱的标准规范 | |
| UL | 746B | 2013 | – | 聚合物材料标准 – 长期性能评估 |
| IEC | 60216-4-1 | 绝缘 | 电气绝缘材料 – 耐热性能 – 第 4-1 部分：老化炉 – 单室烤箱 |
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