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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)譜，對交聯(lián)聚烯烴護(hù)套電纜開展了南海海洋大氣環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室組合試驗(yàn)，并且根據(jù)外觀、機(jī)械性能檢測了護(hù)套在西沙戶外不同周期大氣暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室組合試驗(yàn)后的性能變化規(guī)律，并進(jìn)行相關(guān)性計(jì)算。結(jié)果表明，由濕熱、光老化和鹽霧三種試驗(yàn)組成的組合試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)強(qiáng)度是極強(qiáng)相關(guān)。

電纜；南海海洋環(huán)境；組合試驗(yàn)；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(shí)，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(yàn)可真實(shí)反映各種環(huán)境因素對產(chǎn)品的影響，但其試驗(yàn)周期太長，一般需要幾年甚至更長時(shí)間，而氣候條件的不穩(wěn)定性又導(dǎo)致其重現(xiàn)性較差。實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)具有環(huán)境因素可控，試驗(yàn)周期短，重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，雖然不能完全真實(shí)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(shí)間，更快地暴露產(chǎn)品缺陷。因此，電纜產(chǎn)品采用實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)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(hù)套海洋裝備用電纜材料工藝，在南海西沙試驗(yàn)站進(jìn)行海洋自然大氣環(huán)境試驗(yàn)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室加速模擬環(huán)境試驗(yàn)，觀察其老化行為，并進(jìn)行對比分析，分析其加速性與相關(guān)性，為選擇合適的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)方法提供參考。

1 樣品與試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

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

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 自然環(huán)境試驗(yàn)

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

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)

根據(jù)西沙試驗(yàn)站的氣候特點(diǎn)及對電纜樣品的影響因素分析，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)環(huán)境譜。首先針對西沙試驗(yàn)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(shí)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(shí)間比例為11 %。實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)的高溫高濕試驗(yàn)（40 ℃，RH為98 %）時(shí)間占比為90 %，高溫低濕試驗(yàn)（40 ℃，RH為70 %）時(shí)間占10 %?？紤]到高溫低濕所占比例較小，對樣品的影響可忽略不計(jì)，試驗(yàn)采用恒定高溫高濕試驗(yàn)（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(shí)數(shù)2 720.5 h，占全年時(shí)間的比例為30 %。實(shí)驗(yàn)室采用氙燈試驗(yàn)箱，試驗(yàn)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(yàn)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(shí)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(yàn)可取鹽霧暴露時(shí)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(yàn)環(huán)境譜

表5 樣品在實(shí)驗(yàn)室加速模擬試驗(yàn)與西沙戶外自然大氣試驗(yàn)中的抗拉強(qiáng)度變化值（MPa）

表6 樣品在實(shí)驗(yàn)室加速模擬試驗(yàn)與西沙戶外自然大氣試驗(yàn)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(yàn)加速環(huán)境譜（見圖1）。模擬戶外環(huán)境的加速試驗(yàn)環(huán)境譜應(yīng)包括濕熱、太陽輻射和鹽霧三個(gè)試驗(yàn)塊，共進(jìn)行6個(gè)循環(huán)。

2 結(jié)果與討論

2.1 外觀評價(jià)

參照GB/T 15596-2009《塑料在玻璃下日光、自然氣候或?qū)嶒?yàn)室光源暴露后顏色和性能變化的測定》進(jìn)行樣品目測外觀評價(jià)。結(jié)果顯示：電纜受試樣品在西沙戶外開展了18個(gè)月的自然大氣暴露試驗(yàn)，以及根據(jù)加速環(huán)境試驗(yàn)譜開展的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)后樣品的外觀會(huì)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(jià)

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

由Spearman秩相關(guān)系數(shù)法計(jì)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(yàn)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(jì)算可得，對于抗拉強(qiáng)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(qiáng)相關(guān)”。

3 結(jié)論

1）交聯(lián)聚烯烴護(hù)套電纜在西沙暴露18個(gè)月后及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)6個(gè)循環(huán)后，從外觀上評價(jià)，都未有明顯老化。

2）交聯(lián)聚烯烴護(hù)套電纜西沙南海海洋自然環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室組合試驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.94，相關(guān)強(qiáng)度為極強(qiáng)相關(guān)。

[1] 張如意.聚氯乙烯塑料制品的老化機(jī)理和防老化機(jī)理[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào), 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(jì)劃項(xiàng)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(qiáng)基工程——裝備環(huán)境適應(yīng)性公共技術(shù)服務(wù)平臺(tái)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。