电子设备灌封材料西沙环境试验与实验室环境试验相关性研究

刘成臣，张洪彬，赵连红，金涛，王浩伟



电子设备灌封材料西沙环境试验与实验室环境试验相关性研究

刘成臣1，张洪彬2，赵连红1，金涛1，王浩伟1

（1.中国特种飞行器研究所 结构腐蚀防护与控制航空科技重点实验室，湖北 荆门 4 48035； 2.工业和信息化部电子第五研究所，广州 440106）

研究267有机硅、DC160有机硅、112FR环氧树脂、8836聚氨酯4种灌封材料西沙海洋大气环境与实验室环境试验的相关性。在西沙海域环境开展267有机硅等4种灌封材料的棚下暴露试验，暴晒试验时间为3年。同时在实验室开展湿热试验，分别通过测试表面电阻、体积电阻、介电常数、损耗角正切研究两种试验环境的相关性。将以体积电阻、表面电阻、介电强度、损耗角正切为基准相关性评价结果进行平均，得出灌封材料实验室加速试验和自然暴露试验的秩相关系数为0.66，为强相关。4种灌封材料的加速系数分别是6.6，4.9，4.5，8.3。建立了灌封材料在西沙海洋环境试验和实验室湿热环境试验的相关性，可为后续西沙环境试验的加速处理提供依据。

灌封材料；暴露试验；加速试验；相关性

飞机在海洋环境下服役时恶劣环境会对机载电子装备产生很大的影响，湿度大会加速产品表面的化学和电化学反应，加速金属的腐蚀和非金属涂层的破坏，还会影响电子设备的可靠性[1-5]。有机硅、环氧树脂和聚氨酯作为飞机机载电子设备常用的绝缘灌封材料对于阻止湿气进入和绝缘具有很大的作用，但灌封材料本身也易受环境的作用而性能退化[6]。例如水易导致灌封材料中的可溶性溶剂水解、高温和辐射易导致降解和交联、灌封材料易产生霉菌等。飞机寿命一般在30年左右，在自然环境下评估灌封材料的环境适应性需要很长的周期，无法满足工程研制需求，因此必须采用加速试验的方法，以期在短时间内达到评估飞机服役若干年后灌封材料的性能，而建立加速试验和自然环境试验之间的相关性是评估的重要前提[7-10]。

文中在西沙海域环境开展了267有机硅等4种飞机机载电子设备常用灌封材料的棚下暴露试验和实验室湿热试验，通过表面电阻、体积电阻、介电常数、损耗角正切参数测试结果，研究了两种试验环境的相关性。

1 试验件

灌封材料试验件采用圆形胶片试样，试验件尺寸为10 mm×(2~3) mm（见图1），其组分见表1。

图1 灌封材料试验件

表1 灌封材料试验件清单

2 自然环境试验

西沙永兴岛自然暴露试验站，属于典型的热带海洋性气候，具有高温、高湿、强辐射且日照时间长、高盐雾的气候特点，较适用于各类机载设备灌封材料对海洋环境适应性的考核，环境数据见表2。采用棚下暴露的方式，检测周期为0，6，12，18，24，30，36个月，每次3件，检测数据见表3。

表2 西沙年均环境数据

表3 暴露试验样品性能检测数据

3 实验室加速试验

影响灌封材料的主要环境因素主要有太阳光、温度、湿度等，基于灌封材料的使用环境，文中的自然环境试验方式为棚下暴露试验，试验过程中无太阳光的影响，因此制定实验室加速腐蚀试验可将其剔除。文中灌封材料主要用于机载设备灌封，故试验条件参考GJB 150.9—86《军用设备环境试验方法湿热试验》中的地面和机载电子设备湿热试验条件，其试验条件：高温为（60±2）℃，低温为（30±2）℃，相对湿度为95%±2%，高温保持时间为6 h，低温保持时间为8 h，升温时间为2 h，降温时间为8 h，24 h为一个循环周期。检测数据见表4。

表4 加速试验样品性能检测数据

4 相关性评价

为了准确获知两种环境的相关性，从相关度和加速性两个方面进行表征，其中相关度采用了秩相关系数法。秩相关系数越接近1，相关度越好，即两种试验方法对材料的影响规律是基本一致的，相关度的判断见表5。加速性以体积电阻、表面电阻、介电常数、损耗角正切作的变化量为指标。

4.1 以体积电阻为基准

以体积电阻为基准，灌封材料样品实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表6。

由表6可看出，E1、E2、E3样品的相关系数均大于0.6，均为强相关，E4样品的秩相关系数为0.40，为中等强度相关。四类样品秩相关系数的平均值为0.65，说明以体积电阻为评价基准实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为强相关。

4.2 以表面电阻为基准

以表面电阻为基准，灌封材料样品实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表7。

由表7可看出，四类样品的相关系数均大于0.6，均为强相关。四类样品秩相关系数的平均值为0.78，说明以表面电阻为评价基准实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为强相关。

表6 以体积电阻为基准的相关度评价

表7 以表面电阻为基准的相关度评价

4.3 以介电常数为基准

以介电常数为基准，灌封材料样品实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表8。

由表8可看出，E1样品的相关系数为0.83，为极强相关。E2、E3、E4的秩相关系数在0.4至0.6之间，为中等程度相关。四类样品秩相关系数的平均值为0.58，说明以介电常数为评价基准实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为中等程度相关。

表8 以介电常数为基准的相关度评价

4.4 以损耗角正切为基准

以损耗角正切为基准，灌封材料样品实验室加速试验和自然暴露试验的相关度计算见表9。

由表9可看出，E1样品的秩相关系数为0.88，为极强相关；E2、E3的秩相关系数均大于0.6，为强相关；E4的秩相关系数为0.18，相关度较低。四类样品秩相关系数的平均值为0.57，说明以损耗角正切为评价基准实验室加速试验和自然暴露试验相关强度为中等程度相关。

将以体积电阻、表面电阻、介电强度、损耗角正切为基准相关度评价结果进行平均，得出灌封材料实验室加速试验和自然暴露试验的秩相关系数为0.66，为强相关。

4.5 加速性评价

本项目以体积电阻、表面电阻、介电强度和损耗角正切为基准进性加速性评价，评价结果见表10、表11。

由表10、表11可知，以体积电阻变化量为基准，四种样品的加速系数在在1.3~12之间；以表面电阻变化量为基准，四种样品的加速系数在3.5~12之间；以介电常数变化量为基准，四种样品的加速系数在6.5~8之间；以损耗角正切为基准，E2、E3样品无加速性，E1、E4样品的加速系数分别为9和10.5。

将灌封材料以体积电阻、表面电阻和介电常数为基准评价得出的加速系数结果进行平均，得出E1—E4样品的加速系数分别为6.6， 4.9，4.5，8.3，说明该类实验室加速试验方法对4类样品的加速效果排序为E4>E1>E2>E3。

表9 以损耗角正切为基准的相关度评价

表10 以体积电阻、表面电阻评价加速性

表11 以介电常数、损耗角正切评价加速性

5 结论

1）通过秩相关系数法说明了电子设备灌封材料西沙环境试验与实验室环境试验两者之间的强相关性。

2）以体积电阻、表面电阻、介电常数和损耗角正切的变化程度为基准评价得出实验室加速试验方法对4类样品的加速效果排序为E4>E1>E2>E3。可为后续西沙环境试验的加速处理提供依据。

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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

刘成臣（1984—），男，湖北荆门人，硕士，高级工程师，主要研究方向为飞机结构抗腐蚀设计。