低氣壓試驗線纜密封方法研究及應(yīng)用

秦杰，莫永文，解禾

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 511370； 2 廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點實驗室，廣州 511370；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣州 511370）

引言

低氣壓試驗設(shè)備不斷地升級，以系統(tǒng)或平臺為試驗對象進行環(huán)境試驗也日漸增多，這類試驗因配套線纜規(guī)模龐大也對試驗的開展帶來了不少困難。低氣壓試驗是通過對法蘭板進行加工，例如增加閥門或接線柱，也可以實現(xiàn)電纜，管線的穿艙，雖然這種方法比較可靠，但這樣做，效率和經(jīng)濟性還有利用率較差。如何針對大量的線纜、通風(fēng)管道和通油管道等從引線孔處引出后對試驗箱進行有效的密封。并保證在試驗中不漏氣，同時兼顧試驗效率和經(jīng)濟性。目前國內(nèi)還缺乏這方面有關(guān)的總結(jié)，本文是以筆者遇到的一些低氣壓密封過程的困難和解決進行歸納。

1 線纜密封流程

根據(jù)低氣壓試驗的試驗特點，分析試驗樣品進行低氣壓試驗的密封的全過程為見圖1 所示。

圖1 試驗線纜密封流程

2 密封處漏氣主要原因

密封漏氣的一般是由試驗條件、密封工藝、密封介質(zhì)和線纜保護層等因素造成，見表1。

表1 漏氣的因素

3 密封處漏氣檢查

漏氣檢查就是用一定的手段將示漏物質(zhì)加到被檢密封處，再用儀器或某一方法檢測出漏孔。受限于操作和線纜的空間狹窄，線纜規(guī)格不一，表面工藝復(fù)雜，在密封過程存在孔洞、裂紋或間隙等缺陷，外部大氣通過這些缺陷進入箱內(nèi)，致使系統(tǒng)達不到預(yù)期的低氣壓值，這種現(xiàn)象稱為漏氣。造成漏氣的缺陷稱為漏孔[2]。漏孔尺寸微小、形狀復(fù)雜[3]。這時需要進行檢測找出孔隙并進行二次填堵密封。并在試驗中監(jiān)視密封處可能發(fā)生的泄漏及其變化。低氣壓試驗的密封往往做完試驗即拆除所以從成本和效率的考慮，檢漏的方法比較簡單。見表2。

表2 檢漏方法

4 影響密封漏氣的條件

4.1 試驗條件

溫度、濕度、高度試驗中低溫低氣壓環(huán)境條件和高溫高濕環(huán)境條件的急劇交替變化對密封處產(chǎn)生的影響[4]。如在某產(chǎn)品剪裁的試驗剖面，見圖2。環(huán)境應(yīng)力有溫度、濕度、低氣壓和進行性能測試，期間還有風(fēng)冷散熱方式，輔助冷卻空氣5 ℃、144 Nm3/h。

圖2 試驗剖面

4.1.1 溫度

根據(jù)資料顯示，溫度是影響密封介質(zhì)變化的關(guān)鍵因素之一，當密封位置處于低溫時，密封介質(zhì)可能會硬化開裂，當密封介質(zhì)和引出線纜材料的收縮程度不一致，兩者間形成縫隙則造成漏氣。相比較低溫，高溫對密封介質(zhì)響影響更大，影響密封處的溫度除了來自試驗溫度外，還有因引線孔狹小而線纜過密，截面面積超過40 %，當有負載電流通過時，會產(chǎn)生的熱量且不易散發(fā)，溫存在引線孔內(nèi)，隨著電流不斷增加，線纜的局部溫度也隨之提升，當大量的線纜聚攏密封后發(fā)熱更大和積溫，再疊加試驗溫度，如在GB/T 2423.26 標準的中最高溫度有155 ℃[9]，見圖3。在高溫下密封介質(zhì)的材料分子加速運動，流動性增強，導(dǎo)致密封介質(zhì)軟化和脫落使密封處的間隙暴露，最后在壓差的作用下密封介質(zhì)不斷往箱內(nèi)吸扯，漏氣量越來越大。

圖3 溫度、氣壓和持續(xù)時間的組合

圖4 試驗剖面

4.1.2 機械應(yīng)力

樣品在工作時，密封的引出線纜（管道）需要進行通油、通氣和通液體等，這一過程線纜會有不斷的漲伏和律動，還有樣品或箱外的測試設(shè)備自身工作時的振動，以及相關(guān)人員無意觸碰拉扯使引出線纜偏移造成密封處出現(xiàn)間隙或開裂，這種間隙在箱內(nèi)箱外的氣壓差作用下也會造成漏氣并擴大。

4.1.3 氣壓差

氣壓差是隨著溫度、振動和時間而共同作用密封處。氣壓差對使用可塑性密封介質(zhì)的密封處影響較大，密封時要保證足夠的厚度，避免因密封介質(zhì)太薄在試驗中被內(nèi)外壓力差作用下密封失效導(dǎo)致漏氣。使用固化型的密封介質(zhì)時，密封處存在較多間隙，盡量涂敷均勻和完整，并開展試驗前要檢查密封介質(zhì)是否已經(jīng)凝固，如果在密封介質(zhì)沒凝固下進行試驗，會使縫隙密封介質(zhì)不斷吸扯擴大，漏氣量變大，而遺漏的間隙過多容易在試驗中被內(nèi)外壓差的作用下將密封的整組線纜往箱內(nèi)拽或吸扯造成漏氣。當密封處存在較大孔隙時，在密封引出線纜后用金屬板對較大的孔隙蓋上密封，見圖3。而稍小孔隙直接則通過填充熱熔膠后再密封。

4.1.4 時間

在GJB 150.24A-2009 中對試驗持續(xù)時間的要求或達到10 個循環(huán)，某些試驗單位剪裁的條件在低氣壓段中保持超過30 多個小時。大部分的漏氣不是在試驗開始就出現(xiàn)的，而是在試驗開展后的一段時間出現(xiàn)的。密封過程中由于某些間隙沒密封或密封介質(zhì)沒有徹底凝固就開展試驗，剛開始由于真空泵的抽壓能力大于漏氣量，能暫時保證氣壓值滿足要求，但是隨著時間推進，間隙逐漸擴大使密封失效造成漏氣。

4.2 密封工藝

由于試驗人員缺乏相關(guān)培訓(xùn)，如對于低氣壓的氣壓差沒有概念，對線纜構(gòu)造和密封介質(zhì)特性缺乏了解，還有實施密封中較為隨便，密封后也不進行泄漏檢查就立即開展試驗導(dǎo)致試驗中漏氣。

4.3 線纜保護層

電纜線束一般由導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層、內(nèi)襯層、鎧裝、和保護層等組成，部分電纜線束的屏蔽層或防護層等具有敞開式結(jié)構(gòu)、高柔軟性、伸縮性和松弛的特點在密封中存在大大小小的孔隙，試驗人員難以徹底密封或密封介質(zhì)無法黏附造成漏氣。除了上述的線纜還有一些通油、通液氮和冷卻空氣的管道，其在工作時內(nèi)部的介質(zhì)流動時也會影響密封效果。

4.4 密封介質(zhì)

適用于低氣壓試驗密封介質(zhì)可分為可塑型和固化型兩大類，前者是泥狀物質(zhì)，但是可塑性強，填堵密封效率快。后者是流體狀液體，流動性強，能更好的滲透進縫隙且能凝固。不同密封介質(zhì)的其的特性不同，應(yīng)根據(jù)線纜和條件選用合適密封介質(zhì)進行密封提高試驗效率，避免在試驗中由于密封介質(zhì)發(fā)生如裂縫、收縮、流變性等物理性能的變化和受拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等機械應(yīng)力的作用造成漏氣。

5 解決密封漏氣的方法

通過上述分析可知在低氣壓環(huán)境下密封漏氣是由試驗條件、密封工藝、密封介質(zhì)和線纜保護層造成。失敗的密封會增加后續(xù)試驗人員再次密封難度，嚴重的會影響試驗進度。線纜多和細的情況下，小間隙比較多，如果直接用熱熔膠密封，由于熱熔膠硬化快，難以完全滲透線纜間隙就硬化了致漏氣。其難以清理，后續(xù)重新密封困難，見圖5（a）。線纜太多和不規(guī)則時，其間隙大和復(fù)雜，用真空泥密封，難以填滿的凹凸處，且密封介質(zhì)會受力變形和開裂，見圖5（b）。試驗條件無法調(diào)整和改變，通過對密封流程進行梳理并形成指導(dǎo)文件對試驗人員進行系統(tǒng)培訓(xùn)，對新員工安排有經(jīng)驗的工程師指導(dǎo)其開展試驗，試驗前對試驗區(qū)域相關(guān)人員進行告知，防止誤觸碰并貼上相關(guān)警示標識和圍欄進行物理隔離來預(yù)防沒必要的漏氣情況的發(fā)生。本文重點通過對線纜進行預(yù)處理和放置要求，密封介質(zhì)的選用和密封工藝等方面介紹解決漏氣的方法。

圖5 失敗的密封案例

5.1 引出線纜預(yù)處理

線纜管道密封密封失效致漏氣的形式多種多樣，見圖6。低氣壓試驗引出的線纜種類繁多，見圖7，按其結(jié)構(gòu)外形特點有這幾大類，分別是普通線纜、管道和防護套管線纜。普通線纜是指表面是包裹緊實的絕緣層或保護層，其表面光滑，密封介質(zhì)容易粘附在其表面形成緊實密閉的包裹層。管道是指連接各個功能件的軟管、硬管，其作用是在各功能件之間傳遞各種介質(zhì)（油液、冷卻液和氣體等）。

圖6 密封失效類型

圖7 線纜管道種類

防護套管線纜是指線纜防護和屏蔽的外層比較特殊，如編織類網(wǎng)管具有良好的擴充性、透氣散熱性和伸縮性，用于電纜的捆束和保護[6]。還有熱縮套管和屏蔽套管等，起到防磨、防電磁干擾、防油等作用。以及使用海綿膠帶、紙膠帶及塑料布這類材料對線纜進行纏繞保護。上述的防護材料在密封前必須進行處理，處理辦法有以下幾種：

第一種用剝線鉗將線最外面的編織物，如銅網(wǎng)層環(huán)繞一圈剪除，一定要調(diào)好刀子的深度，避免傷到里面的線，并將編織層往兩端捋到預(yù)定的長度再進行密封，見圖8（a）。第二種在屏蔽線纜的連接端拆除編織層，并將編織層往另一端捋，捋至合適的位置再進行密封，這樣的好處是避免破壞屏蔽層，試驗后再安裝回去，見圖8 （b）。第三種是將屏蔽線最外面的編織物如銅網(wǎng)層劃開一個口，使用流動性強的密封膠擠灌到其內(nèi)部再進行密封見，圖8（c）。另外還有一些類似海綿膠帶、紙膠帶及塑料布這類保護層也可以通過合適的方法去除后再密封，見圖8（d）。

圖8 保護層、屏蔽層等處理方法

5.2 線纜位置要求

擺放時線纜不能交叉疊加，要捋直。線纜過多，導(dǎo)致太重下墜的情況，需支撐起來，放置粗、硬和重的線纜到引線孔底層，細、軟和易損壞的線纜則放上層。將同系統(tǒng)和同類型的線纜放一組，盡量避免將不同的線纜混雜進行密封造成漏氣，線纜數(shù)量多的情況下，應(yīng)將線纜分別放置不同的引線孔，防止線纜發(fā)熱的溫度過高，見圖9 （a）。通風(fēng)和通液等管道要避免和線纜一同密封，避免工作時管道膨脹或振動造成密封漏氣而找不到漏氣點，見圖9（b）。根據(jù)線纜組的大小選擇對應(yīng)的法蘭板，引線孔內(nèi)的線纜位置要包裹好海綿，減輕溫度傳遞到密封處造成密封漏氣。

圖9 線纜擺放

5.3 密封介質(zhì)選用

試驗時，為使箱內(nèi)形成真空環(huán)境，需要對引出的線纜使用密封介質(zhì)進行密封，按密封介質(zhì)的特性將劃分為三種：一是固化型密封介質(zhì)有硅橡膠、單組份室溫固化密封膠和有機硅灌封膠，由于其良好的浸潤能力，很容易把間隙填滿及粘貼，達到密封目的。二是可塑型密封介質(zhì)有真空泥、壓敏型膠粘材料、防爆膠泥和防水泥，這類密封介質(zhì)是通過填塞接合部分的間隙獲得密封。其中還有一種是熱轉(zhuǎn)固化型密封介質(zhì)是熱熔膠，一般只作填充物。從試驗條件、線纜規(guī)格、試驗效率和經(jīng)濟性等方面將介紹以下幾種密封介質(zhì)見表3 和圖10。

表3 密封介質(zhì)技術(shù)參數(shù)對比

圖10 密封介質(zhì)種類

5.4 低氣壓引線孔密封方法

由于密封處可操作空間非常狹小，有的間隙甚至無法直接看見，密封只能憑借經(jīng)驗和手感，如果試驗人員密封前缺乏分析和準備。則導(dǎo)致試驗中出現(xiàn)各種問題[7]。如漏氣、效率慢和清理難[8]。筆者根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)出以下幾種密封方案作參考。

5.4.1 組合密封介質(zhì)密封法

對于線纜形狀規(guī)格不一導(dǎo)致的較大孔隙，由于硅橡膠的粘度小、流動性強，涂覆到線纜的間隙時會漏膠流走，先使用熱熔槍加熱將熔化后的熱熔膠液填涂較大孔隙。由于熱熔膠對溫度很敏感，冷卻硬化很快，熱熔膠液流動不順暢時，則容易出現(xiàn)間隙，因此填涂完一處后快速填涂另外一處位置，遵循填涂一層線纜再鋪一層線纜填涂，熱熔膠冷卻后容易與線纜表面脫粘形成裂縫，所以需涂覆硅橡膠在熱熔膠和線纜的表面，見圖11，為避免試驗中硅橡膠未固化造成漏氣，需24 h 后徹底固化后方可進行試驗。該硅橡膠搭配熱熔膠密封適用大部分線纜的孔隙。

圖11 組合密封介質(zhì)密封

5.4.2 模具密封法

對于線纜規(guī)格相較一致和孔隙大情況下，使用膏狀的單組份室溫固化密封膠進行密封，線纜遵循從最底層依次放一層填涂一層，最后將線纜表面和法蘭板兩側(cè)的接觸面填涂，再壓實線纜，為了防止滴膠和漏膠造成的縫隙，通過采取吸水性強的紙包裹著線纜，見圖12，由于液體的表面張力會將紙牢牢吸附在其表面，也有助密封膠更好的包裹間隙，密封膠通過紙張的纖維縫隙滲透到表面與法蘭板的金屬面接觸密封，期間根據(jù)需要可以往線纜內(nèi)部和紙張表面注膠進行密封。引出線纜和縫隙較多時，使用通用型膠槍將密封膠擠灌到線纜內(nèi)部進行密封，見圖12 （a），加快填涂速度和提高試驗效率。

圖12 紙裹附密封法

5.4.3 模具密封法

當引出線纜數(shù)量和種類多時，試驗人員手工填涂比較困難和耗時，為了提高密封的效率和成功率，通過使用硅膠模具，見圖13，直接進行整體澆注，主要包括填充，保壓，固化，脫模等四個階段。將有機硅灌封膠的A 膠和B 膠，兩種膠按比例10 ∶1 進行混合攪拌均勻，再將混合膠注入包裹住的線纜的模具中，其粘度低，滲透性佳，能滲透到線纜間隙內(nèi)，減少灌膠的不均勻、坑洼現(xiàn)象和線纜間縫隙，待徹底固化后脫模進行試驗。且該組線纜將其從法蘭板拆除后，可再次密封使用，見圖13。

圖13 模具注膠成型法

5.4.4 快捷經(jīng)濟型密封法

通過使用可塑性密封介質(zhì)對線纜進行較便捷的密封，按照使用頻率來看首先是真空泥、防爆膠泥、壓敏型膠粘材料和防水泥，見圖14。這幾類可在密封后立即開展試驗。除了防水泥以外的，其余三種密封介質(zhì)拆除后可以重復(fù)使用。密封步驟；一把粘貼位置處理干凈，視間隙大小，二是取出適量泥膠，把泥膠搓弄柔軟方便粘貼，三把線纜粘貼位置干凈，用力粘在其表面；使兩根線纜或物品通過泥膠粘合在一起，達到固定和粘貼的目的。除了上述提到四種密封法，試驗人員應(yīng)該靈活發(fā)揮，根據(jù)實際需要進行密封，只要能達到密封效果。如軟管類需要使用固化型密封膠單獨進行密封，可防止膨脹和變形。

圖14 快捷經(jīng)濟型密封法

6 結(jié)束語

首先通過對低氣壓試驗的引線孔密封漏氣現(xiàn)象進行分析，得出漏氣是由于引出線纜線束數(shù)量多、重量大、發(fā)熱量大和保護層工藝復(fù)雜，管道（油液、冷卻液和氣體）在工作時的膨脹和溫度較低冷縮，在長時間的單應(yīng)力和綜合應(yīng)力切換和循環(huán)，以及試驗人員缺乏經(jīng)驗造成密封失效漏氣。本文通過采取對線纜的預(yù)處理，使用不同的密封介質(zhì)和密封工藝對樣品的引出線纜密封來減少密封漏氣的發(fā)生，給低氣壓試驗相關(guān)的從業(yè)人員作一定的指導(dǎo)和參考。