電連接器耐霉菌要求及試驗(yàn)方法探討

韓繼先，于慧敏

(沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110144)

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電連接器耐霉菌要求及試驗(yàn)方法探討

韓繼先，于慧敏

(沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110144)

闡述了霉菌的生長條件，指出營養(yǎng)物質(zhì)是霉菌生長的基礎(chǔ)。描述了霉菌在電連接器上的破壞作用及機(jī)理。通過對電連接器標(biāo)準(zhǔn)的分析對比，指出標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于耐霉菌性能規(guī)定存在的問題。按美軍標(biāo)的規(guī)定，列舉出了不同耐霉菌性能的材料，并指出了對耐霉菌材料單獨(dú)進(jìn)行霉菌試驗(yàn)的誤區(qū)。對比國內(nèi)耐霉菌試驗(yàn)方法，總結(jié)了各試驗(yàn)方法的適用性及差異性，從而建議在設(shè)備和材料上采用不同的試驗(yàn)方法。

電連接器；耐霉菌；試驗(yàn)方法

電連接器作為基本的電子元器件，在各類電氣設(shè)備和電子系統(tǒng)中能夠形成電氣連接和信號(hào)傳遞，是構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)必不可少的電氣元件。尤其是在軍用設(shè)備中，電連接器的質(zhì)量直接影響整體裝備的性能。軍用電連接器在整個(gè)壽命期內(nèi)的貯存、運(yùn)輸和使用各個(gè)階段，均會(huì)遭受各種惡劣環(huán)境條件的作用，霉菌侵蝕就是其中一個(gè)重要影響因素，因此，耐霉菌要求是軍用電連接器三防要求的重要組成之一，是重要的技術(shù)指標(biāo)。

本文從電連接器產(chǎn)品的試驗(yàn)方法等角度出發(fā)，論述軍用電連接器耐霉菌存在的問題。

1　霉菌生長條件及破壞作用

1.1生長條件

霉菌是自然界中的微生物，其孢子微小，可在空氣中浮動(dòng)，空氣中應(yīng)用的設(shè)備、元器件和材料等可能會(huì)受到孢子的污染，在合適的溫濕度條件下，孢子會(huì)繁殖成霉菌。

霉菌生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)是產(chǎn)品長霉的基礎(chǔ)，各種微生物對營養(yǎng)物質(zhì)要求千差萬別，霉菌所需的營養(yǎng)物質(zhì)主要包括碳素化合物、氮素化合物、水分、無機(jī)鹽類和生長素等。

霉菌的生長不僅需要營養(yǎng)物質(zhì)，而且與溫度、濕度和氧氣等因素密切相關(guān)。溫度在25～35 ℃、相對濕度在90%～100%的條件最適宜霉菌生長；當(dāng)相對濕度降至80%～85%，霉菌生長變得緩慢甚至停滯[1]。

1.2破壞作用

霉菌在代謝過程中，會(huì)分泌出大量酵素和有機(jī)酸，從而對材料進(jìn)行破壞。

隨著塑料、橡膠、涂料和密封材料等有機(jī)高分子材料在軍用電連接器上的應(yīng)用越來越多，霉菌對電連接器的腐蝕和破壞影響也日益突出。霉菌對武器裝備的影響機(jī)理包括破壞效應(yīng)、物理效應(yīng)和健康美學(xué)效應(yīng)等3個(gè)方面[2]，對電連接器的破壞作用主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：1)對電連接器中的不耐霉菌材料直接侵蝕，從中吸取營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)生長，使基材分解；2)電連接器中的耐霉菌材料，主要是被霉菌分泌的代謝產(chǎn)物(如有機(jī)酸等)侵蝕，如金屬腐蝕、玻璃蝕刻、塑料和其他材料著色或降解等；3)電連接器中的材料受霉菌作用，直接或間接導(dǎo)致電氣或電子系統(tǒng)的損壞；4)裝備長霉會(huì)導(dǎo)致人的生理問題，影響產(chǎn)品外觀。

2　電連接器耐霉菌要求探討

目前，占較大市場份額的符合美軍標(biāo)的電連接器國家軍用標(biāo)準(zhǔn)見表1，該標(biāo)準(zhǔn)對于電連接器的耐霉菌性能提出了要求。

表1　部分電連接器標(biāo)準(zhǔn)中對于耐霉菌的要求

從表1可知，在以美軍標(biāo)為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化的國軍標(biāo)電連接器執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中，對耐霉菌要求只是在對電連接器所選用材料要求的條款中提出，而在電連接器成品性能中并未提及，同時(shí)在產(chǎn)品鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目中也沒有耐霉菌項(xiàng)目。在所列舉的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，僅有“質(zhì)量保證規(guī)定”中對耐霉菌提出了驗(yàn)證要求。據(jù)此可歸納為如下幾點(diǎn)。

1)只在材料要求中提出，在其他條款中未提及要求，即使在“質(zhì)量保證規(guī)定”條款中提及，也是要求材料要符合相應(yīng)要求。此類產(chǎn)品應(yīng)認(rèn)定為只要材料符合耐霉菌要求，而設(shè)備不再進(jìn)行驗(yàn)證。如符合GJB598A—1996、GJB4337—2002和GJB7245—2011的產(chǎn)品。

該類電連接器成品不需進(jìn)行耐霉菌考核，只要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，選擇符合防霉要求的材料且需要時(shí)能提供相關(guān)驗(yàn)證報(bào)告即可。當(dāng)然，材料達(dá)到耐霉菌要求是保證設(shè)備達(dá)到耐霉菌要求的基本條件。

2)既對材料進(jìn)行要求，又在“質(zhì)量保證規(guī)定”條款中要求取得防霉菌合格證書(如果沒有特別指出，質(zhì)量保證規(guī)定是針對整體電連接器的質(zhì)量要求)，此類電連接器不但材料需要耐霉菌，整體也要達(dá)到耐霉菌要求。如符合GJB599A—1993、GJB1438A—2006的產(chǎn)品。

即使在電連接器設(shè)計(jì)時(shí)，選擇耐霉菌的材料，也無法保證電連接器成品符合耐霉菌要求，因?yàn)樵谡麄€(gè)工藝過程中，零件可能會(huì)受到污染，降低材料的耐霉菌性能；因此，在電連接器進(jìn)行全項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)，整體進(jìn)行耐霉菌性能測試也是有必要的。這不但驗(yàn)證所用材料的耐霉菌性能，也是驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的檢測手段。

3)美軍標(biāo)中有對整體產(chǎn)品的耐霉菌性能存在要求，而在轉(zhuǎn)化為國軍標(biāo)時(shí)，該要求去除或進(jìn)行更改。如符合GJB598A—1996、GJB2446—1995的產(chǎn)品。

4)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定耐霉菌要求時(shí)，規(guī)定的耐霉菌等級(jí)不明確；同時(shí)，采用的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)也存在一定的爭議。

電連接器作為電子元器件的一種，種類繁多，且多以系列形式存在，同系列的電連接器結(jié)構(gòu)、材料和工藝均相同，只存在尺寸差異。即使不同類產(chǎn)品，由同一生產(chǎn)單位生產(chǎn)制造，在材料的選擇方面也存在相似之處；因此，在耐霉菌指標(biāo)上，如果以材料驗(yàn)證為主，裝備次之，這樣同種材料的耐霉菌報(bào)告可在多種產(chǎn)品上通用，不但質(zhì)量可控，而且可以大幅降低生產(chǎn)成本和管理成本。即使對電連接器成品進(jìn)行驗(yàn)證，同類型產(chǎn)品，即結(jié)構(gòu)、材料和工藝均相同，可選一典型產(chǎn)品作為代表，其耐霉菌驗(yàn)證可覆蓋整系列產(chǎn)品。耐霉菌試驗(yàn)應(yīng)由專業(yè)人員和設(shè)備進(jìn)行操作，費(fèi)用昂貴，出于降耗和環(huán)保角度考慮，應(yīng)該采用有效可行的方式進(jìn)行該項(xiàng)檢測。

3　材料的耐霉菌性能探討

美軍標(biāo)MIL-HDBK-454B的準(zhǔn)則4中，列出了耐霉菌和不耐霉菌這2類材料(見表2)，并明確指出，選用耐霉菌材料時(shí)，在應(yīng)用前不需要做耐霉菌驗(yàn)證。

表2　材料耐霉菌性能

注：帶“*”號(hào)數(shù)據(jù)顯示在特定條件下可被微生物侵蝕，但在軍工應(yīng)用方面，它屬于耐霉菌材料一類。

從表2可以看出，耐霉菌性能好的材料集中在金屬、無機(jī)材料和部分有機(jī)材料，而不耐霉菌材料全部是有機(jī)材料，這主要是因?yàn)橛袡C(jī)材料為霉菌的生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)。

在進(jìn)行耐霉菌驗(yàn)證時(shí)，筆者認(rèn)為還存在1個(gè)誤區(qū)：當(dāng)對一些明顯耐霉菌材料(如金屬、陶瓷和玻璃等)制成的零件單獨(dú)進(jìn)行檢測時(shí)，在此類材料的成分中，不含有霉菌賴以生存的營養(yǎng)物質(zhì)，霉菌無法生存；但其表面如受霉菌影響，使其在制造、貯存、運(yùn)輸和使用期間其表面積聚灰塵，沾染油污、汗跡和其他污穢物，霉菌利用這些物質(zhì)獲取營養(yǎng)進(jìn)行生長發(fā)育，并產(chǎn)生各種有機(jī)酸類物質(zhì)和其他代謝產(chǎn)物，從而破壞和損傷材料[3]。零件表面的外來物質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用過程中不可避免，且來源、種類隨機(jī)性大，不可復(fù)現(xiàn)，因此，單獨(dú)對耐霉菌材料進(jìn)行驗(yàn)證無實(shí)際指導(dǎo)意義。但在電連接器產(chǎn)品整體進(jìn)行耐霉菌試驗(yàn)后，應(yīng)對金屬、無機(jī)材料等霉菌惰性材料進(jìn)行檢查，因?yàn)樵诓豢姑咕钠渌牧仙戏敝车拿咕?，?huì)分泌出各種有機(jī)酸類物質(zhì)和其他代謝產(chǎn)物，對材料和產(chǎn)品造成明顯的破壞或損傷。

4　耐霉菌試驗(yàn)方法探討

電連接器的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中關(guān)于對產(chǎn)品整體和材料耐霉菌性能的驗(yàn)證方法，內(nèi)容不盡相同，而且差異較大。對目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中，進(jìn)行耐霉菌驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了對比(見表3)。

通過對比可知，在所列的幾種試驗(yàn)方法中，霉菌試驗(yàn)的溫度大多選取24～30 ℃，相對濕度大多選取95%±5%。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)霉菌生長的理想條件是溫度為18～35 ℃，相對濕度為90%～100%。同時(shí)，為保證試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度均勻和不影響霉菌生長，多數(shù)均對風(fēng)速進(jìn)行了控制，且在滿足試驗(yàn)箱(室)內(nèi)溫濕度平衡要求的前提下，盡量采用較小風(fēng)速[4]。GJB150.10—1986和HB5830.13—1986的試驗(yàn)條件相同，對溫濕度進(jìn)行了分階段調(diào)整，應(yīng)該是考慮到了霉菌生長不同階段的條件變化，為霉菌的生長提供最佳的環(huán)境條件。但是在GJB150.10A—2009中將條件進(jìn)行了調(diào)整，這是因?yàn)樵诤线m溫濕度范圍內(nèi)的條件變化，對霉菌的生長整體影響不明顯。因此，從試驗(yàn)條件上來說，4種試驗(yàn)方法具有一定的通用性。

菌種是霉菌試驗(yàn)中一個(gè)至關(guān)重要的因子，合理的選取試驗(yàn)菌種，是保證霉菌試驗(yàn)有效性的一個(gè)關(guān)鍵因素[5]。在菌種選取方面，應(yīng)著重考慮分布范圍廣，比較穩(wěn)定，長期以來在設(shè)備和材料上出現(xiàn)頻率高，對所有材料具有較強(qiáng)的侵蝕性或?qū)δ撤N材料具有較強(qiáng)侵蝕性。因此，適用于不同環(huán)境下的試驗(yàn)方法所選擇的菌種具有區(qū)域性，比如適用于艦船電子設(shè)備的元器件及材料的GJB4.10—1983中所選的菌種，就是根據(jù)我國沿海實(shí)際菌種收集分離的結(jié)果。黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉和球毛殼霉等5種菌種具有代表性，在世界范圍內(nèi)分布廣泛，具有穩(wěn)定的形態(tài)特征。在最新版的美軍標(biāo)MIL-STD-810G中，仍然選用此5類菌種。另外，根據(jù)設(shè)備長期所處環(huán)境的不同，可以增加其他菌種，新版GJB150.10A—2009中就增加了1組菌種供選擇(見表3)。

在很多電連接器的標(biāo)準(zhǔn)中均提到按GJB150.10的規(guī)定對材料進(jìn)行驗(yàn)證，但此點(diǎn)是不合適的，因?yàn)榈刃в贛IL-STD-810的GJB150.10—1986的適用對象是“軍用設(shè)備”，而不適用于材料，特別是在GJB150.10A—2009中對此進(jìn)行了明確的限制規(guī)定。基體材料的檢測應(yīng)采用其他材料檢測方法，如土埋、純培養(yǎng)、混合培養(yǎng)和平板試驗(yàn)等方法[6]，但筆者認(rèn)為該類試驗(yàn)方法適合對材料基本耐霉菌性能的確定，而不適合于材料應(yīng)用過程中的檢測，因?yàn)椴牧显诔尚脱b配成產(chǎn)品后，要受到外殼等結(jié)構(gòu)零部件的防護(hù)，而該類試驗(yàn)方法過于嚴(yán)格，應(yīng)選擇與設(shè)備整體使用環(huán)境條件相近的試驗(yàn)方法進(jìn)行考核。

在美軍標(biāo)中，分別有專用于材料或設(shè)備的霉菌試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而國內(nèi)目前還不完善，雖然個(gè)別標(biāo)準(zhǔn)包括材料試驗(yàn)，但也有應(yīng)用限制。如GJB4.10—1986雖然包括對材料的檢測，但其限制在“艦船用電子設(shè)備上的材料”，且菌種較多，同時(shí)不完全包含典型的5種菌種，不具有典型性。表3中提到的HB5830.13 —1986做了適用于材料試驗(yàn)的規(guī)定，菌種的選擇與國軍標(biāo)和美軍標(biāo)相符，具有代表性，再對試驗(yàn)條件進(jìn)行稍加調(diào)整，適用范圍放寬，可以作為通用要求在大范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。

表3　國內(nèi)耐霉菌試驗(yàn)方法對比

5　結(jié)語

綜上所述，可以得出如下結(jié)論。

1)部分軍用電連接器執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)在耐霉菌指標(biāo)方面規(guī)定不清晰，未明確該要求是針對材料還是針對產(chǎn)品整體，存在的爭議導(dǎo)致實(shí)際操作具有難度。

標(biāo)準(zhǔn)在修訂時(shí)應(yīng)考慮到性能、成本和環(huán)保等多方面，不應(yīng)一蹴而就。

2)目前，材料耐霉菌的試驗(yàn)方法多借用設(shè)備的考核方法，急需完善形成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)，以適合相同條件下原材料的應(yīng)用考核要求。

3)單獨(dú)對金屬、無機(jī)材料等耐霉菌材料進(jìn)行檢測無實(shí)際意義。

4)就目前電連接器耐霉菌考核而言，整體設(shè)備推薦采用GJB150.10A—2009進(jìn)行驗(yàn)證，原材料推薦采用HB5830.13—1986進(jìn)行驗(yàn)證。

[1] 陳丹明，傅耘，祝耀昌,等.防霉技術(shù)在產(chǎn)品壽命期中的應(yīng)用[J].航天器環(huán)境工程，2008，25(5)：474-478.

[2] 王麗.霉菌試驗(yàn)及其標(biāo)準(zhǔn)介紹[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2001(3)：38-42.

[3] 陳丹明,李金國,蘇興榮,等.軍用電子裝備的防霉[J].裝備環(huán)境工程，2006，3(4)：78-81.

[4] 金月.霉菌試驗(yàn)方法的對比分析[J].環(huán)境技術(shù),1998(5)：19-21.

[5] 李果.兩種霉菌試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的剖析和試驗(yàn)結(jié)果的比較[J].環(huán)境技術(shù),2008(4)：6-11.

[6] 中國人民解放軍總裝備部電子信息基礎(chǔ)部.GJB150.10A—2009 軍用裝備試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第10部分：霉菌試驗(yàn)[S].北京：總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部，2009.

責(zé)任編輯鄭練

StudyontheFungusResistanceRequirementsandtheFungusTestMethodoftheElectricalConnector

HANJixian,YUHuimin

(ShenyangXinghuaAero-electricApplianceCo.,Ltd.,Shenyang110144,China)

Thegrowthconditionsofmouldarestated,andthepreconditionofthegrowthofthemouldispointedout.Thedamageeffectandmechanismofmoldonelectricalconnectorisdescribed.Throughtheanalysisandcomparisonoftheelectricalconnectorstandard,thestandardispointedoutthattheproblemoftheexistenceoftheresistancetothemouldisstated.AccordingtotheprovisionsoftheU.S.militarystandard,listoutthedifferentresistancetotheperformanceofthematerial,andpointoutthattheindividualoftheresistancetomoldmaterialvalidationerrors.Tocomparetheapplicabilityandthedifferenceofthetestmethod,andsuggestthatthedifferentequipmentandmaterialsshouldbeusedindifferenttestmethods.

electricalconnectors,fungusresistance,testmethod

V216.5

B

韓繼先(1977-)，男，高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事新材料應(yīng)用等方面的研究。

2015-12-17