電子設(shè)備灌封材料西沙環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性研究

劉成臣，張洪彬，趙連紅，金濤，王浩偉

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電子設(shè)備灌封材料西沙環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性研究

劉成臣1，張洪彬2，趙連紅1，金濤1，王浩偉1

（1.中國特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 4 48035； 2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 440106）

研究267有機(jī)硅、DC160有機(jī)硅、112FR環(huán)氧樹脂、8836聚氨酯4種灌封材料西沙海洋大氣環(huán)境與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性。在西沙海域環(huán)境開展267有機(jī)硅等4種灌封材料的棚下暴露試驗(yàn)，暴曬試驗(yàn)時(shí)間為3年。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室開展?jié)駸嵩囼?yàn)，分別通過測試表面電阻、體積電阻、介電常數(shù)、損耗角正切研究兩種試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)性。將以體積電阻、表面電阻、介電強(qiáng)度、損耗角正切為基準(zhǔn)相關(guān)性評價(jià)結(jié)果進(jìn)行平均，得出灌封材料實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的秩相關(guān)系數(shù)為0.66，為強(qiáng)相關(guān)。4種灌封材料的加速系數(shù)分別是6.6，4.9，4.5，8.3。建立了灌封材料在西沙海洋環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室濕熱環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性，可為后續(xù)西沙環(huán)境試驗(yàn)的加速處理提供依據(jù)。

灌封材料；暴露試驗(yàn)；加速試驗(yàn)；相關(guān)性

飛機(jī)在海洋環(huán)境下服役時(shí)惡劣環(huán)境會對機(jī)載電子裝備產(chǎn)生很大的影響，濕度大會加速產(chǎn)品表面的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，加速金屬的腐蝕和非金屬涂層的破壞，還會影響電子設(shè)備的可靠性[1-5]。有機(jī)硅、環(huán)氧樹脂和聚氨酯作為飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備常用的絕緣灌封材料對于阻止?jié)駳膺M(jìn)入和絕緣具有很大的作用，但灌封材料本身也易受環(huán)境的作用而性能退化[6]。例如水易導(dǎo)致灌封材料中的可溶性溶劑水解、高溫和輻射易導(dǎo)致降解和交聯(lián)、灌封材料易產(chǎn)生霉菌等。飛機(jī)壽命一般在30年左右，在自然環(huán)境下評估灌封材料的環(huán)境適應(yīng)性需要很長的周期，無法滿足工程研制需求，因此必須采用加速試驗(yàn)的方法，以期在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到評估飛機(jī)服役若干年后灌封材料的性能，而建立加速試驗(yàn)和自然環(huán)境試驗(yàn)之間的相關(guān)性是評估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域環(huán)境開展了267有機(jī)硅等4種飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備常用灌封材料的棚下暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室濕熱試驗(yàn)，通過表面電阻、體積電阻、介電常數(shù)、損耗角正切參數(shù)測試結(jié)果，研究了兩種試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)件

灌封材料試驗(yàn)件采用圓形膠片試樣，試驗(yàn)件尺寸為10 mm×(2~3) mm（見圖1），其組分見表1。

圖1 灌封材料試驗(yàn)件

表1 灌封材料試驗(yàn)件清單

2 自然環(huán)境試驗(yàn)

西沙永興島自然暴露試驗(yàn)站，屬于典型的熱帶海洋性氣候，具有高溫、高濕、強(qiáng)輻射且日照時(shí)間長、高鹽霧的氣候特點(diǎn)，較適用于各類機(jī)載設(shè)備灌封材料對海洋環(huán)境適應(yīng)性的考核，環(huán)境數(shù)據(jù)見表2。采用棚下暴露的方式，檢測周期為0，6，12，18，24，30，36個(gè)月，每次3件，檢測數(shù)據(jù)見表3。

表2 西沙年均環(huán)境數(shù)據(jù)

表3 暴露試驗(yàn)樣品性能檢測數(shù)據(jù)

3 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)

影響灌封材料的主要環(huán)境因素主要有太陽光、溫度、濕度等，基于灌封材料的使用環(huán)境，文中的自然環(huán)境試驗(yàn)方式為棚下暴露試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中無太陽光的影響，因此制定實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)可將其剔除。文中灌封材料主要用于機(jī)載設(shè)備灌封，故試驗(yàn)條件參考GJB 150.9—86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法濕熱試驗(yàn)》中的地面和機(jī)載電子設(shè)備濕熱試驗(yàn)條件，其試驗(yàn)條件：高溫為（60±2）℃，低溫為（30±2）℃，相對濕度為95%±2%，高溫保持時(shí)間為6 h，低溫保持時(shí)間為8 h，升溫時(shí)間為2 h，降溫時(shí)間為8 h，24 h為一個(gè)循環(huán)周期。檢測數(shù)據(jù)見表4。

表4 加速試驗(yàn)樣品性能檢測數(shù)據(jù)

4 相關(guān)性評價(jià)

為了準(zhǔn)確獲知兩種環(huán)境的相關(guān)性，從相關(guān)度和加速性兩個(gè)方面進(jìn)行表征，其中相關(guān)度采用了秩相關(guān)系數(shù)法。秩相關(guān)系數(shù)越接近1，相關(guān)度越好，即兩種試驗(yàn)方法對材料的影響規(guī)律是基本一致的，相關(guān)度的判斷見表5。加速性以體積電阻、表面電阻、介電常數(shù)、損耗角正切作的變化量為指標(biāo)。

4.1 以體積電阻為基準(zhǔn)

以體積電阻為基準(zhǔn)，灌封材料樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見表6。

由表6可看出，E1、E2、E3樣品的相關(guān)系數(shù)均大于0.6，均為強(qiáng)相關(guān)，E4樣品的秩相關(guān)系數(shù)為0.40，為中等強(qiáng)度相關(guān)。四類樣品秩相關(guān)系數(shù)的平均值為0.65，說明以體積電阻為評價(jià)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為強(qiáng)相關(guān)。

4.2 以表面電阻為基準(zhǔn)

以表面電阻為基準(zhǔn)，灌封材料樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見表7。

由表7可看出，四類樣品的相關(guān)系數(shù)均大于0.6，均為強(qiáng)相關(guān)。四類樣品秩相關(guān)系數(shù)的平均值為0.78，說明以表面電阻為評價(jià)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為強(qiáng)相關(guān)。

表6 以體積電阻為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價(jià)

表7 以表面電阻為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價(jià)

4.3 以介電常數(shù)為基準(zhǔn)

以介電常數(shù)為基準(zhǔn)，灌封材料樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見表8。

由表8可看出，E1樣品的相關(guān)系數(shù)為0.83，為極強(qiáng)相關(guān)。E2、E3、E4的秩相關(guān)系數(shù)在0.4至0.6之間，為中等程度相關(guān)。四類樣品秩相關(guān)系數(shù)的平均值為0.58，說明以介電常數(shù)為評價(jià)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為中等程度相關(guān)。

表8 以介電常數(shù)為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價(jià)

4.4 以損耗角正切為基準(zhǔn)

以損耗角正切為基準(zhǔn)，灌封材料樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)度計(jì)算見表9。

由表9可看出，E1樣品的秩相關(guān)系數(shù)為0.88，為極強(qiáng)相關(guān)；E2、E3的秩相關(guān)系數(shù)均大于0.6，為強(qiáng)相關(guān)；E4的秩相關(guān)系數(shù)為0.18，相關(guān)度較低。四類樣品秩相關(guān)系數(shù)的平均值為0.57，說明以損耗角正切為評價(jià)基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)相關(guān)強(qiáng)度為中等程度相關(guān)。

將以體積電阻、表面電阻、介電強(qiáng)度、損耗角正切為基準(zhǔn)相關(guān)度評價(jià)結(jié)果進(jìn)行平均，得出灌封材料實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的秩相關(guān)系數(shù)為0.66，為強(qiáng)相關(guān)。

4.5 加速性評價(jià)

本項(xiàng)目以體積電阻、表面電阻、介電強(qiáng)度和損耗角正切為基準(zhǔn)進(jìn)性加速性評價(jià)，評價(jià)結(jié)果見表10、表11。

由表10、表11可知，以體積電阻變化量為基準(zhǔn)，四種樣品的加速系數(shù)在在1.3~12之間；以表面電阻變化量為基準(zhǔn)，四種樣品的加速系數(shù)在3.5~12之間；以介電常數(shù)變化量為基準(zhǔn)，四種樣品的加速系數(shù)在6.5~8之間；以損耗角正切為基準(zhǔn)，E2、E3樣品無加速性，E1、E4樣品的加速系數(shù)分別為9和10.5。

將灌封材料以體積電阻、表面電阻和介電常數(shù)為基準(zhǔn)評價(jià)得出的加速系數(shù)結(jié)果進(jìn)行平均，得出E1—E4樣品的加速系數(shù)分別為6.6， 4.9，4.5，8.3，說明該類實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法對4類樣品的加速效果排序?yàn)镋4>E1>E2>E3。

表9 以損耗角正切為基準(zhǔn)的相關(guān)度評價(jià)

表10 以體積電阻、表面電阻評價(jià)加速性

表11 以介電常數(shù)、損耗角正切評價(jià)加速性

5 結(jié)論

1）通過秩相關(guān)系數(shù)法說明了電子設(shè)備灌封材料西沙環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)兩者之間的強(qiáng)相關(guān)性。

2）以體積電阻、表面電阻、介電常數(shù)和損耗角正切的變化程度為基準(zhǔn)評價(jià)得出實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方法對4類樣品的加速效果排序?yàn)镋4>E1>E2>E3?？蔀楹罄m(xù)西沙環(huán)境試驗(yàn)的加速處理提供依據(jù)。

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Correlation between Xisha Environmental Test and Laboratory Environmental Test of Electronic Equipment Potting Material

LIU Cheng-chen1, ZHANG Hong-bin2, ZHAO Lian-hong1, JIN Tao1, WANG Hao-wei1

(1.China Special Vehicle Research Institute, Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Structural Corrosion Prevention and Control, Jingmen 448035, China; 2.China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Institute, Guangzhou 440106, China)

To study on the correlation between potting materials such as 267 silicone, DC160 silicone, 112FR epoxy resin and 8836 polyurethanein Xisha ocean atmospheric environment and laboratory environmental test.Exposure test under shed was carried for 267 silicone, etc four potting materials in Xisha sea environment for 3 years, while damp heat test was carried out in the laboratory. The relevance of the two test environments was studied through testing surface resistance, volume resistance, dielectric constant, loss tangenty.The rank correlation coefficient between the laboratory accelerated test and the natural exposure test was 0.66, which was the average correlation between the volume resistance, the surface resistance, the dielectric strength and the loss tangent. They were strongly correlated. The accelerating coefficients of the four potting materials were 6.6, 4.9, 4.5 and 8.3 respectively.The correlation between the potting materials and the hot and humid environment tests in the Xisha environment is established by the rank correlation coefficient method, which can provide basis for accelerated and simplified treatment of subsequent Xisha environmental test.

potting material; exposure test; accelerated test; correlation

10.7643/ issn.1672-9242.2018.01.013

TJ07；TG174.461

A

1672-9242(2018)01-0058-08

2017-08-17；

2017-08-28

劉成臣（1984—），男，湖北荊門人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)抗腐蝕設(shè)計(jì)。