电子产品的防腐蚀设计潮湿及生物危害的防护.docx

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电子产品的防腐蚀设计潮湿及生物危害的防护

电子产品的防腐蚀设计潮湿及生物危害的防护

2．2．1潮湿的防护

1、潮湿的危害

气候条件对电子设备的影响是多方面的，但从设备产生故障的直接原因来看，潮湿是主要因素。

潮湿对电子设备具有下列破坏作用：

（1）引起金属腐蚀及加快腐蚀速度。

（2）使非金属材料性能变坏、失效。

一些吸湿较大的材料，吸湿后发生溶胀、变形、强度降低乃至产生机械性破损。

此外，水分附着在材料表面或渗入内部，使材料表面电导率增加，体积电阻降低，造成短路、漏电和击穿，介质损耗增大。

潮湿也是使油漆涂覆层起泡，脱落从而失去其保护作用的一个重要因素。

（3）水是一种极性介质，能够改变电气元件的参数，例如水附着在电阻器上，会形成一漏电通路，相当于在电阻器上并联一可变电阻。

（4）在一定温度条件下，潮湿有利于霉菌的生长繁殖，引起非金属材料的霉烂。

（5）当温度升高或空气中含有杂质（如灰尘、盐分等）时，潮湿的影响和危害将加剧。

2、吸湿机理

处在潮湿空气中的物体，由于空气中的水分在热的作用下蒸发形成水蒸汽，水蒸气的分子运动，必然有一部分水分子被吸附在物体表面上，形成了一层水膜，随着空气相对湿度增高，水膜厚度亦增大。

一切物体的吸湿，都是由这层水膜引起的。

物体的吸湿有以下四种形式：

（1）扩散

在高湿环境下，由于物体本身和周围环境的水汽压力差较大，水分子在压力差的作用下，向物体内部扩散，使水分子进入物体内部。

扩散随着温度增高而加剧。

（2）吸收

有些材料本身具有缝隙和毛细孔，当物体处于潮湿空气中时，材料表面的水分子由于毛细作用，进入材料内部。

（3）吸附

由于物体表面分子对水分子具有吸引力，当物体处于潮湿空气中时，水分子就会吸附到物体表面上，形成一层水膜。

（4）凝露

当物体表面温度低于周围空气的露点温度时，空气中的水蒸汽便会在物体表面上凝结成水珠，形成一层很厚的水膜。

在高低温交变循环下，可能造成物体内部的内凝露，严重时造成物体内部积水。

扩散和吸收使水分子进入材料内部，因而会使材料的体积电阻率下降，水分子以扩散和吸收的形式进入材料内部的程度，可以用吸湿性（吸潮性）和透湿性等指标表示。

吸附和凝露会使材料表面形成一层水膜，造成材料表面电阻率下降。

材料表面是否被水润湿，对材料表面电阻率有很大的影响，一般来讲，材料表面被水润湿的程度越大，其表面电阻率下降也越大，材料表面被水润湿的程度可用润湿角来表征。

当润湿角α＜900时，材料可被认为是亲水性的，即物体表面对水分子的吸引力大于水的表面张力。

亲水性物体使水在物体表面上连成一片水膜。

当润湿角α＞900时，则被认为是憎水性的，即物体表面对水分子的吸引力小于水的表面张力。

憎水性物体使水在物体表面上收缩成不相连接的小水珠，物体表面不易润湿，水分子不易渗入物体内部。

而且，α角越大，表示物体的憎水性越强

以上四种吸湿形式可能同时出现，也可能只出现某一二种，这要根据具体情况而定。

3、防潮湿措施

防潮湿措施首先是合理地选用材料，在满足结构强度，性能要求和经济性的情况下，应采用耐腐蚀、耐湿、化学性能稳定的材料，同时采取表面憎水处理、浸渍、灌封、密封等方法。

（1）憎水处理

亲水性物质的吸湿性、透湿性大，可以通过憎水处理改变其亲水性，使它的吸湿性和透湿性降低。

方法是把硅有机化合物盛在容器中，放到加热器中加热到50~70℃，让其挥发，被处理的元器件和零件在有机硅蒸汽中吸收有机硅分子，然后在180~200℃的环境中烘烤，有机硅分子渗入元器件和零件所有的毛细孔和缝隙并与水分子化合，在元器件和零件表面形成憎水性的聚硅烷膜。

（2）浸渍和蘸渍

浸渍是将被处理的元器件和零件浸入绝缘漆中，经过一段时间使绝缘漆进入元器件和零件的毛细孔、缝隙以及结构中的空隙，从而提高了元器件和零件的防潮湿性能。

浸渍有一般浸渍和真空浸渍两种，真空浸渍的效果高于一般浸渍。

经浸渍处理后的元器件和零件除了具有良好的防潮湿性能外，还能提高纤维绝缘材料的抗电强度、热稳定性，提高元器件和零件的机械强度，改善了传热性能。

蘸渍是把被处理的元器件和零件短时间（几秒钟）地浸泡在绝缘漆中，使元器件和零件表面上形成一层薄绝缘漆膜；也可以用涂覆的办法在元器件和零件表面涂上一层绝缘漆膜。

蘸渍适用于敞开式的整机、功能单元等，除了能防潮湿以外，还能增加元器件和零件的外形美观。

蘸渍和浸渍的区别在于：

蘸渍只是在材料表面上形成一层防护性能绝缘漆膜，而浸渍则是将绝缘漆深入到材料内部，所以蘸渍的防潮湿性能比浸渍差。

常用的防潮漆有：

环氧绝缘清漆、聚氨脂绝缘清漆、环氧—聚酰胺绝缘清漆等。

（3）灌封

灌封是用热熔状态的树脂、橡胶等将元器件浇注封闭，形成一个与外界环境完全隔绝的独立的整体。

灌封除可保护电子元件避免潮湿和腐蚀外，还能避免强烈振动、冲击及剧烈温度变化对电子元件的不良影响，以及提高抗振冲强度。

但此法多适用于小型的单元、部件及元器件。

灌封材料主要要求是应具有优异的粘附力，很小的透湿性、较高的软化点以及优良的向物体缝隙的渗透能力。

常用的灌封材料有：

有机硅凝胶、有机硅橡胶、环氧树脂等。

（4）密封

密封是长期防止潮气影响的最有效方法。

它就是将零件、元器件或一些复杂的装置甚至整机安装在不透气的密封结构中。

此法造价较高，工艺较复杂。

作为防潮湿的辅助手段，有时可对某些设备采用定期通电加热的方法来驱除潮气，也以用吸潮剂吸掉潮气。

2．2．2生物危害的防护

1、霉菌的滋生及其危害性

（1）霉菌特性

霉菌属于细菌中的一个系列，它能在土壤里及一切有机材料和有些无机材料的表面上滋生和繁殖

霉菌的孢子很小（小于1μm），极易随空气侵入设备内部，因此，凡是空气可以进入的设备中，所有的零件都有可能受到霉菌孢子的污染。

此外，各种昆虫和尘埃也都是传播孢子媒介。

霉菌在生长和繁殖过程中需要水分、氧气以及碳、氢元素和微量磷、镁、钾、钙等元素作为其营养物质。

霉菌孢子只有在潮湿的情况下，才能生长；只有在有水的情况下，霉菌才能进行一系列的新陈代谢作用。

一般情况下，当空气中的相对湿度低于65%时，霉菌极难生长，而在潮湿的环境中，霉菌生长旺盛；但当空气中的相对湿度达到100%时，物体的表面将凝聚一层水膜，对霉菌的生长亦不利。

氧气是霉菌生命过程中进行呼吸作用的必需物质，停止供给新鲜氧气，霉菌的生长就会终止。

对于霉菌所需的其他营养物质，在电子设备中的许多非金属材料中都能得到满足。

霉菌生长和繁殖最适宜的温度范围是20~30℃，温度高于30℃，霉菌的生长能力将是显著下降；温度超过60℃，霉菌则很容易死亡。

霉菌抗低温的能力较强，低温只能抑制霉菌的生长，而致死作用较差。

霉菌的最低生长温度为摄氏6℃。

（2）霉菌的危害性

由于霉菌是靠自身分泌的酶在潮湿条件下分解有机物而获得养料，这个分解过程就是霉菌侵蚀和破坏有机物材料的根本原因。

霉菌对电子设备的危害分为直接危害和间接危害两种。

霉菌对电子设备的直接危害是：

由于霉菌在生长和繁殖过程中从有机物材料中摄取营养成份，从而使材料结构发生破坏，强度降低、物理性能变坏。

同时，霉菌本身作为导体，可以造成短路，给电子设备带来更严重的后果。

霉菌对电子设备的间接危害是：

由于霉菌在新陈代谢过程中分泌出的二氧化碳及其他酸性物质，引起金属腐蚀和绝缘材料的性能恶化。

同时，霉菌还会破坏元件和设备的外观，以及给以人的身体造成毒害作用。

因此，对处于潮湿环境中工作的电子设备，为了减少霉菌对其的影响，应进行防霉处理，以提高其可靠性。

2、防霉菌措施

（1）控制环境条件，抑制霉菌的生长

霉菌的生长和繁殖需要适当的环境，如果在电子设备的内部放入干燥剂并将设备密封，保持设备内部干燥、清洁；或将设备处于温度低于摄氏6℃，通风良好的干燥环境中，就能使霉菌失去生长和繁殖的条件，从而收到良好的防霉效果。

（2）使用抗霉材料

合理选用材料是电子设备防霉的最基本方法。

材料的抗霉性，主要取决于材料本身的性质，一般含有天然有机物的材料，如皮革、木材、棉织品、丝绸、纸制品等极易受霉菌的侵蚀；而像石英粉、云母等无机矿物质材料，则不易长霉。

因此，在电子设备中应尽量避免使用上述各种有机材料。

合成树脂本身具有一定的抗霉性能，但因有机颜料、油脂、某些增塑剂和填料的加入，使得某些种类的油漆、塑料易受霉菌的侵蚀。

不论是天然橡胶还是合成橡胶，均为高分子碳氢化合物，若与霉菌长期接触，能被分解转化成为霉菌的营养物质，为霉菌所侵蚀。