海洋大氣自然環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 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，荊門 448035）

引言

隨著航空技術的不斷發展，在服役飛機和未來飛機迎來了前所未有的挑戰，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雜海洋環境下高效執行任務，對機體結構和機載設備的環境適應性、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鍵零部件，連接飛機上各種傳感器、控制器以及其他機載設備等，可以說是對整個飛機的“神經系統”的正常運轉起到關鍵作用。面對海洋大氣環境下，高溫、高濕、高鹽霧等嚴酷使用環境的沖擊，電連接器必然經歷飛機服役過程中的高低氣壓帶來的呼吸效應，高低氣溫帶來的冷凝等一系列不利因素，這將導致富含鹽霧等腐蝕介質的高濕空氣很容易的作用到電連接器內部的關鍵部位，造成飛機信號的偏離和失效，導致不可預估的后果[3]。

電連接器在上機安裝前已經檢驗合格并開展過相應環境試驗，但測試時間較短且環境單一，不能模擬實際裝機狀態下的綜合環境條件。模擬海洋大氣環境的環境譜綜合試驗在國內也已經開展[4]，但環境譜形成和當量數據是否合理，也應該交由真實的海洋大氣環境進行驗證[5]?；诖?，本文選取飛機上應用部位比較多的GJB 599 系列圓形電連接器開展試驗，在某南海環境自然暴曬站的封閉艙室和半封閉百葉窗兩種環境下，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 灌封國內某有機硅密封劑；模式2 為聚氨酯薄膜帶纏繞并內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GJB 599 的要求，潮濕狀態下電連接器絕緣電阻應大于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 結果

以不合格的連接器個數占該模式所有連接器的比率定義為故障率，開展3 年故障率統計。

3.1 封閉艙室環境

4 種模式的電連接器在封閉艙室環境下3 年的電性能測試結果均合格。最終試驗結束時，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 半封閉百葉窗環境

半封閉百葉窗環境下，4 種模式的電連接器連續3 年的故障率統計結果見表2。其中絕緣電阻除了模式1-b 外均出現不合格現象，耐電壓出現2 個模式不合格。這是因為耐電壓的合格判據較寬松，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計表

4 密封失效原因分析

4 種模式均出現不同程度的電性能下降，包括模式1-b 雖然沒有不合格現象，但絕緣電阻也下降到接近100 MΩ。這是因為海洋環境下惡劣環境的侵蝕，熱縮管膠體、密封劑、膩子等材料性能逐漸下降劣化，同時連接器內外腔體呼吸作用和冷凝作用的影響下，不可避免的出現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不合格現象。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，一旦出現泄漏點，則更容易聚集腐蝕介質，且不易排出導致積水（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論出現很大差異，試驗室借鑒美國海軍評估飛機結構表面的環境譜，模擬3 年的加速腐蝕效果并沒有出現密封失效，但本試驗中該模式出現電性能嚴重不合格現象。這是由于自然環境對熱縮管的持續侵蝕作用要比試驗室短期作用來的強烈，自然環境下，隨著時間的增加，熱縮管逐步出現內部膠體變硬，失去粘附力等現象，在拆開檢查時內部積水較多（圖4（d）），不易排出且難以發現，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，試驗中沒有出現不合格現象。模式3 采取的半包模式，熱縮管內壁膠體和收口膩子均可能出現滲漏點，隨著試驗時間的延長，熱縮管收口處膠體被腐蝕介質或腐蝕產物滲透（圖4（c）），可能出現開膠，收口膩子處也容易聚集了鹽粒，呼吸作用使腐蝕介質在縫隙處不斷滲透，導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值

5 結論及建議

密封艙室環境相對良好，可根據具體需要選擇簡單易操作的防護方式。

海洋環境下半封閉的區域，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，一旦出現密封泄露，容易積水且不易檢查發現，導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增長，呈現出電性能失效程度雖然沒有突變，但逐步加深的趨勢，該模式沒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、鹽霧等腐蝕介質直接入侵到連接器電性能內部敏感部位（如接觸偶、線纜壓接部位等位置），在有限的服役周期內，將電性能失效風險降到最低，并加強監測及時修理或更換。

后續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品，改善連接器部位局部環境并結合監測連接器內部等方法，有望達到較好的防護效果。