海洋大氣自然環(huán)境下電連接器線纜密封措施驗證分析

袁猛，劉元海，張瑩穎

（中國特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，荊門 448035）

引言

隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，在服役飛機和未來飛機迎來了前所未有的挑戰(zhàn)，特別是中、遠海服役的飛機，水面飛行器，水陸兩棲飛機等需要長時間在復(fù)雜海洋環(huán)境下高效執(zhí)行任務(wù)，對機體結(jié)構(gòu)和機載設(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和能量的關(guān)鍵零部件，連接飛機上各種傳感器、控制器以及其他機載設(shè)備等，可以說是對整個飛機的“神經(jīng)系統(tǒng)”的正常運轉(zhuǎn)起到關(guān)鍵作用。面對海洋大氣環(huán)境下，高溫、高濕、高鹽霧等嚴酷使用環(huán)境的沖擊，電連接器必然經(jīng)歷飛機服役過程中的高低氣壓帶來的呼吸效應(yīng)，高低氣溫帶來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，造成飛機信號的偏離和失效，導(dǎo)致不可預(yù)估的后果[3]。

電連接器在上機安裝前已經(jīng)檢驗合格并開展過相應(yīng)環(huán)境試驗，但測試時間較短且環(huán)境單一，不能模擬實際裝機狀態(tài)下的綜合環(huán)境條件。模擬海洋大氣環(huán)境的環(huán)境譜綜合試驗在國內(nèi)也已經(jīng)開展[4]，但環(huán)境譜形成和當量數(shù)據(jù)是否合理，也應(yīng)該交由真實的海洋大氣環(huán)境進行驗證[5]。基于此，本文選取飛機上應(yīng)用部位比較多的GJB 599 系列圓形電連接器開展試驗，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4 種不同密封方式開展3 年的試驗驗證。

1 線纜密封模式

本文選取以下4 種線纜密封模式進行試驗驗證：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灌封某國外自流平密封劑，模式1-b 灌封國內(nèi)某有機硅密封劑；模式2 為聚氨酯薄膜帶纏繞并內(nèi)部灌封國外自流平密封劑（如圖1（b））；模式3 為使用帶膠熱縮包裹整個尾部附件和部分線纜（圖1（c）），收口處膩子密封（圖1（d））；模式4 為熱縮管包裹整個尾部附件和全部線纜（如圖1（e））。

圖1 線纜密封模式

2 試驗測試

每年為一個周期對電連接器開展絕緣電阻和耐電壓測試，測試儀器及方法見表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，否則認為電連接器性能不合格。

表1 測試儀器及方法

3 結(jié)果

以不合格的連接器個數(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。

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 年的電性能測試結(jié)果均合格。最終試驗結(jié)束時，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)計結(jié)果見表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 個模式不合格。這是因為耐電壓的合格判據(jù)較寬松，試驗測試時只有絕緣電阻下降程度很大時，漏電流才會超過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重。絕緣電阻和耐電壓故障率隨時間的變化見圖2。

表2 電連接器故障率統(tǒng)計表

圖2 電性能故障率趨勢

選擇電性能失效程度比較嚴重的連接器作為代表，統(tǒng)計其失效點的測試值范圍見表3。以最嚴重的失效測試點數(shù)值做柱狀圖（見圖3），可以看出模式2 和模式4 電性能失效程度較高。

表3 電性能測試值范圍統(tǒng)計表

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 雖然沒有不合格現(xiàn)象，但絕緣電阻也下降到接近100 MΩ。這是因為海洋環(huán)境下惡劣環(huán)境的侵蝕，熱縮管膠體、密封劑、膩子等材料性能逐漸下降劣化，同時連接器內(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)縫隙滲漏點和積水點。其中，模式2 和模式4 電性能失效程度相對嚴重，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，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 與之前開展的試驗室加速試驗結(jié)論出現(xiàn)很大差異，試驗室借鑒美國海軍評估飛機結(jié)構(gòu)表面的環(huán)境譜，模擬3 年的加速腐蝕效果并沒有出現(xiàn)密封失效，但本試驗中該模式出現(xiàn)電性能嚴重不合格現(xiàn)象。這是由于自然環(huán)境對熱縮管的持續(xù)侵蝕作用要比試驗室短期作用來的強烈，自然環(huán)境下，隨著時間的增加，熱縮管逐步出現(xiàn)內(nèi)部膠體變硬，失去粘附力等現(xiàn)象，在拆開檢查時內(nèi)部積水較多（圖4（d）），不易排出且難以發(fā)現(xiàn)，長時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，但隨著時間的延長，粘附力下降，膠體開裂（圖4（a）），使得個別試驗件局部測試點電性能隨之下降。模式1-b 滲透性和粘附力相對略高，試驗中沒有出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。模式3 采取的半包模式，熱縮管內(nèi)壁膠體和收口膩子均可能出現(xiàn)滲漏點，隨著試驗時間的延長，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，收口膩子處也容易聚集了鹽粒，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 最嚴重的失效測試點數(shù)值

5 結(jié)論及建議

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

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 均屬于包裹過于嚴密，一旦出現(xiàn)密封泄露，容易積水且不易檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致嚴重的電性能下降，缺少檢測手段的情況下，該模式不適合長期使用。模式3 不合格率最高且持續(xù)增長，呈現(xiàn)出電性能失效程度雖然沒有突變，但逐步加深的趨勢，該模式?jīng)]有起到明顯的密封效果。

6 啟示和展望

雖然試驗中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方向帶來了許多啟示，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進行防護，因此過多的在外部疊加密封防護形成內(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)，將電性能失效風險降到最低，并加強監(jiān)測及時修理或更換。

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)測連接器內(nèi)部等方法，有望達到較好的防護效果。