海洋裝備用電纜南海海洋環(huán)境加速試驗研究

閆 杰，何 俊，黃創(chuàng)綿，歐 永

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2.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 510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點實驗室，廣州 510610；4.泰州賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，泰州 225300）

海洋裝備用電纜南海海洋環(huán)境加速試驗研究

閆 杰1,2,3，何 俊1,2,3，黃創(chuàng)綿1,2,3，歐 永4

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2.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 510610；3.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點實驗室，廣州 510610；4.泰州賽寶工業(yè)技術(shù)研究院有限公司，泰州 225300）

通過自然環(huán)境譜設(shè)計實驗室加速試驗譜，對交聯(lián)聚烯烴護套電纜開展了南海海洋大氣環(huán)境試驗和實驗室組合試驗，并且根據(jù)外觀、機械性能檢測了護套在西沙戶外不同周期大氣暴露試驗和實驗室組合試驗后的性能變化規(guī)律，并進行相關(guān)性計算。結(jié)果表明，由濕熱、光老化和鹽霧三種試驗組成的組合試驗與自然環(huán)境試驗的相關(guān)強度是極強相關(guān)。

電纜；南海海洋環(huán)境；組合試驗；相關(guān)性

海洋裝備用電纜長期在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境條件下使用時，太陽輻射、溫度和濕度對電纜絕緣層老化影響最大，使得材料老化，造成短路起火等；鹽霧、霉菌使得電纜導(dǎo)體腐蝕、絕緣老化降解，對電纜絕緣層失去彈性而變硬變脆。開展電纜大氣暴露試驗可真實反映各種環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響，但其試驗周期太長，一般需要幾年甚至更長時間，而氣候條件的不穩(wěn)定性又導(dǎo)致其重現(xiàn)性較差。實驗室模擬加速試驗具有環(huán)境因素可控，試驗周期短，重現(xiàn)性好等優(yōu)點，雖然不能完全真實反映其在自然環(huán)境中的失效規(guī)律[1]，但從產(chǎn)品的研制周期要求上，可有效地縮短評定時間，更快地暴露產(chǎn)品缺陷。因此，電纜產(chǎn)品采用實驗室模擬試驗被大多數(shù)人所選擇。

本文選用常用的交聯(lián)聚乙烯絕緣交聯(lián)聚烯烴護套海洋裝備用電纜材料工藝，在南海西沙試驗站進行海洋自然大氣環(huán)境試驗，并設(shè)計實驗室加速模擬環(huán)境試驗，觀察其老化行為，并進行對比分析，分析其加速性與相關(guān)性，為選擇合適的實驗室模擬試驗方法提供參考。

1 樣品與試驗

1.1 試驗樣品

本試驗選用常用交聯(lián)聚乙烯絕緣交聯(lián)聚烯烴護套電纜樣品進行西沙海洋自然大氣環(huán)境老化試驗和實驗室模擬試驗，樣品如表1所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 自然環(huán)境試驗

自然環(huán)境試驗參照GB/T 3681-2001《塑料大氣暴露試驗方法》要求執(zhí)行，在西沙試驗站進行戶外大氣自然環(huán)境試驗。試樣固定在試驗架上，朝南45°暴露試驗。在試驗過程中，按初始、6個月、9個月、12個月、18個月的試驗周期，每種樣品取5件平行樣來綜合評價。

1.2.2 實驗室模擬試驗

根據(jù)西沙試驗站的氣候特點及對電纜樣品的影響因素分析，設(shè)計實驗室模擬試驗環(huán)境譜。首先針對西沙試驗站戶外環(huán)境因子參數(shù)編制自然環(huán)境譜。

1）溫度—相對濕度譜

表2為西沙近三年戶外溫濕度譜。

由表2可知，西沙戶外自然環(huán)境譜中的潮濕空氣（溫度為20 ℃以上且相對濕度在70 %以上）作用時間比例為89 %，干燥空氣（溫度為20 ℃以上且相對濕度為70 %及70 %以下）作用時間比例為11 %。實驗室加速試驗的高溫高濕試驗（40 ℃，RH為98 %）時間占比為90 %，高溫低濕試驗（40 ℃，RH為70 %）時間占10 %。考慮到高溫低濕所占比例較小，對樣品的影響可忽略不計，試驗采用恒定高溫高濕試驗（40 ℃，RH為98 %）。

2）太陽輻射譜

該地域近3年的太陽輻射監(jiān)測值（見表3）年均總輻射為6 851.1 MJ/m2，紫外輻射541.3 MJ/m2，占總輻射的7.9 %；年日照時數(shù)2 720.5 h，占全年時間的比例為30 %。實驗室采用氙燈試驗箱，試驗中輻照量設(shè)定為0.51 W/m2（@340 nm），溫度參考GB 2424，取T=65±3 ℃，相對濕度50 %±5 %。

表1 海洋裝備用電纜試驗樣品

表2 2014年～2016年西沙戶外溫濕度譜

表3 2014年～2016年西沙戶外月均日照時數(shù)

表4 2014年～2016年西沙戶外月均氯離子含量

3）鹽霧譜

根據(jù)對自然環(huán)境中的酸雨譜、污染介質(zhì)譜和綜合環(huán)境譜的分析，該地域無工業(yè)廢氣的作用，但存在鹽霧介質(zhì)的影響。根據(jù)近3年的鹽霧沉降率，月極高值為5.081 8（mg/m3），表4描述的是近3年西沙戶外氯離子含量。

由表4可知，戶外鹽霧試驗可取鹽霧暴露時間與CASS譜[2]一致，鹽霧環(huán)境采用標(biāo)準(zhǔn)的NaCl中性鹽霧（NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %），pH=6.5～7.5，環(huán)境溫度t為（35±2） ℃。

圖1 戶外使用海洋裝備用電纜熱帶海洋環(huán)境加速試驗環(huán)境譜

表5 樣品在實驗室加速模擬試驗與西沙戶外自然大氣試驗中的抗拉強度變化值（MPa）

表6 樣品在實驗室加速模擬試驗與西沙戶外自然大氣試驗中的斷裂伸長率變化值（%）

綜合以上環(huán)境因素的分析，編制西沙戶外大氣暴露試驗加速環(huán)境譜（見圖1）。模擬戶外環(huán)境的加速試驗環(huán)境譜應(yīng)包括濕熱、太陽輻射和鹽霧三個試驗塊，共進行6個循環(huán)。

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀評價

參照GB/T 15596-2009《塑料在玻璃下日光、自然氣候或?qū)嶒炇夜庠幢┞逗箢伾托阅茏兓臏y定》進行樣品目測外觀評價。結(jié)果顯示：電纜受試樣品在西沙戶外開展了18個月的自然大氣暴露試驗，以及根據(jù)加速環(huán)境試驗譜開展的實驗室試驗后樣品的外觀會出現(xiàn)發(fā)白粉化現(xiàn)象，但未出現(xiàn)開裂等嚴(yán)重外觀損傷，外觀表現(xiàn)出較穩(wěn)定的特性。

2.2 相關(guān)性評價

根據(jù)GB/T 2951.11-2008《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第11部分：通用試驗方法厚度和外形尺寸測量機械性能試驗》對試驗后樣品進行抗拉強度和斷裂伸長率變化周期檢測，表5、表6是受試樣品護套材料的抗拉強度和斷裂伸長率的變化趨勢。

由Spearman秩相關(guān)系數(shù)法計算兩者之間的相關(guān)系數(shù)：

設(shè)iX、iY分別為樣品經(jīng)過兩種試驗方法后測得的性能數(shù)據(jù)，其中，xi、yi分別為iX、iY的秩。由表5和表6計算可得，對于抗拉強度和斷裂伸長率兩種性能來說，相關(guān)系數(shù)都為0.94，可以說兩種方法的相關(guān)性是“極強相關(guān)”。

3 結(jié)論

1）交聯(lián)聚烯烴護套電纜在西沙暴露18個月后及實驗室試驗6個循環(huán)后，從外觀上評價，都未有明顯老化。

2）交聯(lián)聚烯烴護套電纜西沙南海海洋自然環(huán)境試驗與實驗室組合試驗的相關(guān)系數(shù)達0.94，相關(guān)強度為極強相關(guān)。

[1] 張如意.聚氯乙烯塑料制品的老化機理和防老化機理[J].焦作工學(xué)院學(xué)報, 1996(6):89-93,122

[2] Miller R N, Schuessler R L .Predicting Service Life of Aircraft Coatings in Various Environments [J]. Corrosion, 1989, 4:17-21.

A Study on Accelerated Test of Marine Equipment With Cables in the South China Sea

YAN Jie1,2,3, HE Jun1,2,3, HUANG Chuang-mian1,2,3, OU Yong4
(1.China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute, Guangzhou 510610; 2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology, Guangzhou 510610; 3.Guangdong Province Key Laboratory of Electron Information Product Reliability Technology, Guangzhou 510610; 4. Taizhou Industrial CEPREI Industrial Technology Research Institute, Taizhou 225300)

This paper designs the laboratory accelerated test spectrum through the natural environment spectrum, and carries out marine atmospheric environment test and laboratory test of composite crosslinked polyolefin sheathed cable in the South China Sea. And according to the appearance and mechanical testing of the sheath in Xisha’s outdoor different periodic atmospheric exposure performance changes after the test and combined test lab, the correlation is calculated. The results show that the correlation between the three kinds of experiments, which composed of damp heat, light aging and salt spray, is strongly correlated with the relative strength of the natural environmental test.

cable; marine environment in South China Sea; combined experiment; correlation

TM216.5；X828

A

1004-7204（2017）02-0007-04

1.廣東省省級科技計劃項目——海洋裝備用電纜環(huán)境適應(yīng)性檢測技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)制定（NO：2016A040403034）。

2. 2015年工業(yè)轉(zhuǎn)型升級強基工程——裝備環(huán)境適應(yīng)性公共技術(shù)服務(wù)平臺基金資助（NO：TC150B5C0/41）。

閆杰（1979年-），女，山東寧陽人，碩士，從事環(huán)境工程技術(shù)研究工作，高級工程師。