海洋大氣自然環(huán)境下電連接器線纜密封措施驗(yàn)證分析

袁猛，劉元海，張瑩穎

（中國(guó)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，荊門 448035）

引言

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，在服役飛機(jī)和未來(lái)飛機(jī)迎來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)，特別是中、遠(yuǎn)海服役的飛機(jī)，水面飛行器，水陸兩棲飛機(jī)等需要長(zhǎng)時(shí)間在復(fù)雜海洋環(huán)境下高效執(zhí)行任務(wù)，對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)和機(jī)載設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和安全性提出了更高的要求[1,2]。而電連接器作為傳輸信號(hào)和能量的關(guān)鍵零部件，連接飛機(jī)上各種傳感器、控制器以及其他機(jī)載設(shè)備等，可以說(shuō)是對(duì)整個(gè)飛機(jī)的“神經(jīng)系統(tǒng)”的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到關(guān)鍵作用。面對(duì)海洋大氣環(huán)境下，高溫、高濕、高鹽霧等嚴(yán)酷使用環(huán)境的沖擊，電連接器必然經(jīng)歷飛機(jī)服役過(guò)程中的高低氣壓帶來(lái)的呼吸效應(yīng)，高低氣溫帶來(lái)的冷凝等一系列不利因素，這將導(dǎo)致富含鹽霧等腐蝕介質(zhì)的高濕空氣很容易的作用到電連接器內(nèi)部的關(guān)鍵部位，造成飛機(jī)信號(hào)的偏離和失效，導(dǎo)致不可預(yù)估的后果[3]。

電連接器在上機(jī)安裝前已經(jīng)檢驗(yàn)合格并開展過(guò)相應(yīng)環(huán)境試驗(yàn)，但測(cè)試時(shí)間較短且環(huán)境單一，不能模擬實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)下的綜合環(huán)境條件。模擬海洋大氣環(huán)境的環(huán)境譜綜合試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)開展[4]，但環(huán)境譜形成和當(dāng)量數(shù)據(jù)是否合理，也應(yīng)該交由真實(shí)的海洋大氣環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證[5]。基于此，本文選取飛機(jī)上應(yīng)用部位比較多的GJB 599 系列圓形電連接器開展試驗(yàn)，在某南海環(huán)境自然暴曬站的封閉艙室和半封閉百葉窗兩種環(huán)境下，針對(duì)4 種不同密封方式開展3 年的試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 線纜密封模式

本文選取以下4 種線纜密封模式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證：模式1 為尾部附件灌封密封劑（如圖1（a）），根據(jù)密封材料不同又 分為模式1-a，和模式1-b 兩種，其中模式1-a灌封某國(guó)外自流平密封劑，模式1-b 灌封國(guó)內(nèi)某有機(jī)硅密封劑；模式2 為聚氨酯薄膜帶纏繞并內(nèi)部灌封國(guó)外自流平密封劑（如圖1（b））；模式3 為使用帶膠熱縮包裹整個(gè)尾部附件和部分線纜（圖1（c）），收口處膩?zhàn)用芊猓▓D1（d））；模式4 為熱縮管包裹整個(gè)尾部附件和全部線纜（如圖1（e））。

圖1 線纜密封模式

2 試驗(yàn)測(cè)試

每年為一個(gè)周期對(duì)電連接器開展絕緣電阻和耐電壓測(cè)試，測(cè)試儀器及方法見(jiàn)表1，根據(jù)GJB 599 的要求，潮濕狀態(tài)下電連接器絕緣電阻應(yīng)大于100 MΩ，耐電壓小于2 mA，否則認(rèn)為電連接器性能不合格。

表1 測(cè)試儀器及方法

3 結(jié)果

以不合格的連接器個(gè)數(shù)占該模式所有連接器的比率定義為故障率，開展3 年故障率統(tǒng)計(jì)。

3.1 封閉艙室環(huán)境

4 種模式的電連接器在封閉艙室環(huán)境下3 年的電性能測(cè)試結(jié)果均合格。最終試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，絕緣電阻均在400 MΩ 以上，漏電流在（0.03 ～0.04）mA 之間，連接器故障率均為0 %。

3.2 半封閉百葉窗環(huán)境

半封閉百葉窗環(huán)境下，4 種模式的電連接器連續(xù)3 年的故障率統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。其中絕緣電阻除了模式1-b 外均出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，耐電壓出現(xiàn)2 個(gè)模式不合格。這是因?yàn)槟碗妷旱暮细衽袚?jù)較寬松，試驗(yàn)測(cè)試時(shí)只有絕緣電阻下降程度很大時(shí)，漏電流才會(huì)超過(guò)2 mA。絕緣電阻和耐電壓均不合格的連接器，其電性能失效程度較嚴(yán)重。絕緣電阻和耐電壓故障率隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖2。

表2 電連接器故障率統(tǒng)計(jì)表

圖2 電性能故障率趨勢(shì)

選擇電性能失效程度比較嚴(yán)重的連接器作為代表，統(tǒng)計(jì)其失效點(diǎn)的測(cè)試值范圍見(jiàn)表3。以最嚴(yán)重的失效測(cè)試點(diǎn)數(shù)值做柱狀圖（見(jiàn)圖3），可以看出模式2 和模式4 電性能失效程度較高。

表3 電性能測(cè)試值范圍統(tǒng)計(jì)表

4 密封失效原因分析

4 種模式均出現(xiàn)不同程度的電性能下降，包括模式1-b 雖然沒(méi)有不合格現(xiàn)象，但絕緣電阻也下降到接近100 MΩ。這是因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境下惡劣環(huán)境的侵蝕，熱縮管膠體、密封劑、膩?zhàn)拥炔牧闲阅苤饾u下降劣化，同時(shí)連接器內(nèi)外腔體呼吸作用和冷凝作用的影響下，不可避免的出現(xiàn)縫隙滲漏點(diǎn)和積水點(diǎn)。其中，模式2 和模式4 電性能失效程度相對(duì)嚴(yán)重，絕緣電阻和耐電壓均出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。模式2 雖然同時(shí)施加了灌封和包裹兩種手段，但包裹層間存在縫隙，一旦出現(xiàn)泄漏點(diǎn)，則更容易聚集腐蝕介質(zhì)，且不易排出導(dǎo)致積水（圖4（b）），影響電性能。模式4 與之前開展的試驗(yàn)室加速試驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)很大差異，試驗(yàn)室借鑒美國(guó)海軍評(píng)估飛機(jī)結(jié)構(gòu)表面的環(huán)境譜，模擬3 年的加速腐蝕效果并沒(méi)有出現(xiàn)密封失效，但本試驗(yàn)中該模式出現(xiàn)電性能嚴(yán)重不合格現(xiàn)象。這是由于自然環(huán)境對(duì)熱縮管的持續(xù)侵蝕作用要比試驗(yàn)室短期作用來(lái)的強(qiáng)烈，自然環(huán)境下，隨著時(shí)間的增加，熱縮管逐步出現(xiàn)內(nèi)部膠體變硬，失去粘附力等現(xiàn)象，在拆開檢查時(shí)內(nèi)部積水較多（圖4（d）），不易排出且難以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間使用存在較大隱患。模式1-a 和模式1-b 使用的灌封材料不同，結(jié)果存在差別，模式1-a 滲透性和粘附力略低，對(duì)于抵抗外界腐蝕介質(zhì)入侵能起到一定積極作用，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，粘附力下降，膠體開裂（圖4（a）），使得個(gè)別試驗(yàn)件局部測(cè)試點(diǎn)電性能隨之下降。模式1-b 滲透性和粘附力相對(duì)略高，試驗(yàn)中沒(méi)有出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。模式3 采取的半包模式，熱縮管內(nèi)壁膠體和收口膩?zhàn)泳赡艹霈F(xiàn)滲漏點(diǎn)，隨著試驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，熱縮管收口處膠體被腐蝕介質(zhì)或腐蝕產(chǎn)物滲透（圖4（c）），可能出現(xiàn)開膠，收口膩?zhàn)犹幰踩菀拙奂他}粒，呼吸作用使腐蝕介質(zhì)在縫隙處不斷滲透，導(dǎo)致該模式不合格率逐年上升。

圖4 密封泄露部位

圖4 最嚴(yán)重的失效測(cè)試點(diǎn)數(shù)值

5 結(jié)論及建議

密封艙室環(huán)境相對(duì)良好，可根據(jù)具體需要選擇簡(jiǎn)單易操作的防護(hù)方式。

海洋環(huán)境下半封閉的區(qū)域，模式1 在合理選擇灌封材料的情況下，對(duì)于連接器密封能起到積極作用，模式2 和模式4 均屬于包裹過(guò)于嚴(yán)密，一旦出現(xiàn)密封泄露，容易積水且不易檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的電性能下降，缺少檢測(cè)手段的情況下，該模式不適合長(zhǎng)期使用。模式3 不合格率最高且持續(xù)增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出電性能失效程度雖然沒(méi)有突變，但逐步加深的趨勢(shì)，該模式?jīng)]有起到明顯的密封效果。

6 啟示和展望

雖然試驗(yàn)中4 種線纜密封模式均不可避免的出現(xiàn)不同程度的密封失效，但也給我們以后的防護(hù)方向帶來(lái)了許多啟示，首先，GJB 599 系列的連接器內(nèi)部難以使用充油或者惰性氣體的方法來(lái)進(jìn)行防護(hù)，因此過(guò)多的在外部疊加密封防護(hù)形成內(nèi)部空腔的情況下，不一定能起到積極作用，呼吸作用、冷凝的影響、防護(hù)材料的裂化，密封劑粘附力的降低等，這些不利因素的綜合作用使得連接器線纜防護(hù)部位變得更加脆弱。我們要做的是，綜合考慮外防和內(nèi)排，研究新的可靠性高的密封防護(hù)材料、盡可能采取措施阻止或減緩濕熱空氣、鹽霧等腐蝕介質(zhì)直接入侵到連接器電性能內(nèi)部敏感部位（如接觸偶、線纜壓接部位等位置），在有限的服役周期內(nèi)，將電性能失效風(fēng)險(xiǎn)降到最低，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及時(shí)修理或更換。

后續(xù)將考慮多種密封劑和灌封劑分層組合密封、選擇能有效置換縫隙處水分的緩蝕劑產(chǎn)品，改善連接器部位局部環(huán)境并結(jié)合監(jiān)測(cè)連接器內(nèi)部等方法，有望達(dá)到較好的防護(hù)效果。