湿热试验.docx

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湿热试验

第五章湿热试验

5.1试验目的、影响机理、失效模式

潮湿环境可以引起材料电性能、机械性能和化学性能发生变化，具体表现为：

（1）表面影响

由于水份的吸收和扩散（渗透）作用，金属的氧化和/或电蚀、加速化学反应、表面有机涂层和无有机涂层的化学或电化学破坏、表面潮气和外来附着物相互作用产生腐蚀层、摩擦系数的变化引起粘合或粘附、

（2）材料特性的变化

由于吸附作用：

材料体积膨胀

由于疑露和吸附作用：

物理（机械强）度降低。

绝缘材料的表面绝缘电阻和体积绝缘电阻下降、损耗角增大，由此生产了漏电流，对于整机设备，将会导致灵敏度降低、频率漂移，光学元件成像传输质量下降等。

隔热材料的隔热特性变化、复合材料分层、材料的弹性或塑性改变、吸湿材料性能降低、润滑剂性能降低、炸药和推进剂性能降低。

（3）疑露游离水

电气短路、光学器件表面模糊、热传递特性变化

如体积膨胀，机械强度降低，由于吸潮，会使密封产品的密封性能降低或破坏，产品表面涂覆层剥落，产品标记模糊不清等。

湿热试验一般不能作为腐蚀试验。

所为湿热的腐蚀作用是由于空气中含有少量的酸、碱性杂质或由于产品表面附着有焊渣、汗渍等污染物质而引起间接的化学和电化学腐蚀作用。

为了防止样品表面污染而引起间接腐蚀作用，试验前，可以对试验样品采取清洁处理，例如用无水酒精进行清洁处理。

潮湿产品的影响机理见下图5-1。

图中：

t为作用时间；θ为温度；△θ为温度变化；dθ/dt为温度变化率；r.h为相对湿度；a.h为绝对湿度；pu为大气中的污染因子。

5.2试验条件及其选择

自然界能产生95%相对湿度的最高温度为+30℃，罩体内假设会由于截留了高湿空气、存在自由水、吸湿材料吸足了水、封口处渗入湿气等原因在高温时产生高湿，但在+71℃时不可能产生95%的相对湿度，IEC环境条件标准指出：

对不通风的密闭体内，在全世间最恶劣的诱发环境条件（-65℃~+85℃）中使用，达到95%相对湿度时的温度为+50℃；其余为：

在-25℃~+70℃范围内，达到95%，的温度为+40℃；在-40℃~+70℃范围内，达到95%，的温度为+45℃。

美军标和国军标GJB150-86中的+60℃95%是试验条件，不是环境条件，它是为了能在短时间内暴露产品与在实际使用环境下相同的损伤、故障、失效而加严了的条件。

试验室试验是一种加速试验，它不具备在自然环境中所感觉那种潮湿的特点，她比自然环境所发生的潮湿更频繁、更严重、或周期更长。

美国为研究天然热带的潮湿与人造热带潮湿对产品影响的关系，刚开始用20℃±5℃~35℃±1℃，最低相对湿度始终保持在90%上。

在35℃±1℃上保持12小时，在20℃±5℃上最低保持5小时为，其余7小时为升降温时间，共84天。

以此来与热带雨林地区的自然环境条件（平均温度在20℃~36℃之间，平均相对湿度在70%~90%之间，年降雨量超过2540）

相比较，结果，这一试验室的模拟方法以不具有普遍的代表性而不被接受。

最后IL-STD-810中的28天被认为能更能精确的代表实际外场。

进行湿热试验的目的是为了评价电子电工产品及其材料在高湿热条件下使用或储存的适应性。

5.湿热试验方法

在我国最早制订的湿热试验方法采用苏联标准，其中包括温度40±20C、相对湿度为95±3%的恒定湿热试验和温度为25~550C、相对湿度为95±3%的加速湿热试验。

此外，对于整机设备，如雷达、计算机等，由于使用环境和生产水平的限制，常采用温度为200C、250C或300C，相对湿度95±3%的常温高湿试验。

现行的IEC与国家标准湿热试验方法有下面几种：

IEC68——2——3试验Ca,“恒定湿热”。

对应的我国国家标准是GB2423.3——81试验Ca，“恒定湿热试验”。

IEC68——2——X试验Cb，“恒定湿热”（主要用于设备试验）。

相对应的我国国家标准正在制订中。

IEC——2——38试验Z/AD，“温度/湿度组合循环试验”。

对应的我国国家标准是GB2423.34——86试验Z/AD，“温度/湿度组合循环试验。

IEC68——2——38，“湿热试验导则”。

对应的我国国家标准是GB2424.2——81，“湿热试验导则”。

军用产品多采用美国军标，现行的美国军标准有下面几种：

MIL——STD——202，“电子与电气元件试验方法”，其中方法103为恒定湿热，方法106为耐湿试验。

MIL——STD——810，“军用器材的环境试验”，其中方法507为湿度试验。

尽管民品和军品采用的试验标准不同，但试验方法是一致的，如IEC——2——3与MIL——STD——202中方法103相同，IEC——2——38与MIL——STD——202中方法106一致，IEC——68——2——30中方法507都是摸拟湿热的变化对产品的影响，所不同的只是在试验条件上的差异，这一点我们在试验程序中将详细说明。

此外，国际电工委员会曾于1969年制订了加速湿热试验，该方以24小时为一个循环周期，温度从250C升高到550C并保持，然后再降到250C，相对湿度相应地从80~100%变化到95~100%，然后再变化到80~100%，本试验企图通过高温度和温湿度的交替变化达到加速的目的。

实践证明，该实验并没有通过高温度（550C）达到加速呼吸和渗透作用的目的。

大家都知道，加速受潮很重要的因素是在潮湿条件下提高温度，而加速湿热试验的循环温度550C与250C的平均值与恒定湿热是一致的。

尤其是在试验中很难求得适当的加速因子，因此1979年在巴黎举行的国际电工委员会上决定取消本试验。

但到目前为止，仍有许多国家（包括我国）仍在执行本试验，这是应该提起注意的。

5．3湿热试验技术

5.3.1有关的几个名词解释

1.水汽压e

大气中水汽的分压力为水汽压。

在理论上，水气压的单位是达因/厘米2（dyn/cm2）。

在实测中，常用的单位是毫※（mmHg）或毫巴（mbar）。

目前，在国际和国内愈来愈多地采用千帕（kpa）表示。

它们之间的换算关系为：

1kpa=10mbar

1mmHg≈1.333mbar=4/3mbar

1mbar3/4mmHg=0.75mmHg

水汽压的大小取决于空气中的水汽含量。

气温越高，空气中所能容纳的水汽量越多。

在某一温度下，一定的空气中所能容纳的水汽量达到了最大限度即饱和。

空气达到饱和时的水汽压力称为饱和水汽压。

饱和水汽压通常用E表示，饱和水汽压随温度升高而增加。

2.绝对温度a

绝对湿度是单位体积的水汽含量。

通常用克/米3（g/m3）表示。

绝对湿度与水汽压的关系为：

式中：

Ra=4.6×106尔格/克.度，Ra为水汽的比气体常数（1克水汽的气体常数）；

T为绝对温度。

将Ra代入式5—1，则

a=

式中

T=273+t（T为摄氏度温度）

令α=

则a=

如果e以毫米汞柱表示，则

a=

如果用毫米汞柱表示空气的绝对湿度a和水汽压e，则两者差别很小，见表5—1。

由表5—1可见，当空气温度为16.40C时，空气的绝对湿度与水汽压相等；随着温度的升高，空气的绝对湿度与水汽压之差愈来愈大。

2．对湿度r·h

空气中所具有的水汽压与同温度下的饱和水汽压之比称相对湿度。

常用百分数表示，其表达式为：

表5—1a与e的比较r.h=

温度（0C）

绝对湿度a（g/m3）

水汽压e（g/m3）

0

16.4

25.0

40.0

55.0

65.0

1

1

1

1

1

1

1.06

1

0.971

0.925

0.882

0.856

式中：

r.h为相对湿度；

e为水汽压；

E为同温度下的饱和水汽压。

在实用中，相对湿度常用干湿球温度计测得的干、湿球温度表示，其表达式为：

r.h=

式中：

E/为湿球温度t/对应的纯水平液面的饱和水汽压（mbar）;E为干球温度t对应的纯水平液面的饱和水汽压（mbar）；

P为气压

A为干球系数10C-1，是与风速有关的经验数据，当百叶箱风速为0.8m/s时，

A=0.0007947，采用风速（阿斯曼）干湿表时，风速为2m/s，A=0.000662。

4.露点温度td

在气压不变的条件下，使空气中含有的水汽达到饱和状态所必须冷却的温度即为露点温度。

当露点温度与空气温度相等时，空气中的水汽含量达到饱和状态，相对湿度为100%。

5.凝露

当产品表面温度低于周围空气的露点温度时，水蒸汽在产品表面凝结变成液态的水，这种物理过程称为凝露。

如果被试样品的表面温度比试验箱（室）内空气的露点温度低，在样品放入试验箱（室）时，样品表面会生产凝露。

在恒定湿热试验中，一般不希望样品表面生产凝露。

因此在试验前，往往需要预热样品以防凝露。

在循环湿热的升温阶段，由于产品的热滞性，样品的温升比试验箱（室）的空气温升慢，会使样品表面生产凝露。

对于热容量比较小的阻容元件和半导体器件，在循环湿热试验中，只有升温速度很快或相对湿度接近100%时才会生产凝露。

实际上根据经验，现有的恒定或循环湿热试验设备的升（降）温、加湿速率，对于小样品一般不会生产凝露。

2.饱和差

在一定温度下，饱和水汽压E与当时空气的实际水汽压e差称为饱和差，饱和差用d

表示。

7.吸附

当出品表面温度比周围空气凝点温度高时，水分子将附着于出品表面，称为吸附。

吸附于产品表面的水汽量与产品的类型、表面结构和水汽压有关。

一般在正常的水汽压（相当于对湿度65%左右）下，任何物体表面上总是覆盖一层很簿的水膜（约0.00~0.0μm）吸湿性物质上，这层水膜是连续的；非吸湿性物体上，这层水膜是间断不连续的。

水汽压愈高，物体表面吸附的水汽量愈多。

但无法单独计算吸附的水汽量，因为在吸附作用时还有吸收作用（尤其是多孔性材料），很难将这两种作用的结果区分开来。

8．吸收

水分子在材料内部聚集的过程称为吸收。

产品吸收的水汽量与周围空气中所含水汽量和

材料的结构及表面的粗糙度有关。

吸收过程是连续不断进行着的过程，并直到建立起动态平衡为止。

吸收过程也可以理解为渗透过程，这个过程是随着温度的升高而加快。

9．扩散与渗透

由于试验样品内外水蒸汽分压力差造成水分子的迁移过程称为扩散。

有时，这种由局部压力差引起水分子通过材料的传输过程称为渗透。

扩散或渗透可以使局部压力平衡，而流动（如通过裂痕，当这种裂痕足够大时，可以生产粘性流或层流）会使总的压力平衡。

在电子电工产品的设计和生产中，经常发现水汽分子通过灌封材料渗透到电容器或半导体器件中，还可以通过封口使胶进入外壳内。

在相同的额相对湿度条件下，温度愈高，空气中的水汽含量愈高，扩散作用愈强。

10.呼吸

具有密封和半密封外壳的产品，其外壳内部空间和产品外部周围环境之间，由于温度变化引起的交换过程称为呼吸。

呼吸作用和产品的密封度、相对湿度以及温度的变化有关。

在环境湿热试验中，由于升温家湿引起压力升高，周围环境中的水蒸汽进入样品内部；在降温阶段，水蒸汽由样品内部排出到周围环境。

经验证明：

在环境湿热试验中，样品吸入的水汽量往往大于呼出的量；由于反复作用的结果，水蒸汽在产品内部积累，并在低温时，变成冷凝水，长期作用会腐蚀产品甚至引起失效。

5.3.2.相对湿度的测量

在环境试验领域，测量空气的相对湿度最通用的一种方法是干湿球温度计法。

这种方法是根据两支相同温度计的示度来测定空气相对湿度的。

其中一支温度计的球部缠有润湿的纱布（湿球温度计）。

在湿球温度计的球部表面，进行着水的蒸汽，蒸发的强度由周围空气的湿度决定。

周围空气中的饱和差愈大，湿球温度计发生的蒸发愈强，温度计的读数愈低，因为蒸发时要消耗热量。

所以干球温度计和湿球温度计读数中的差值随空气的湿度而变化。

干球温度计的读数表示空气的温度，湿球温度计的读数表示随湿球球部表面蒸发而变的湿球温度。

在气压和风速已知的情况下，可根据测得的干、湿球温度，采用式（5—6）计算得出相对湿度。

在实用中，相对湿