低氣壓試驗線纜密封方法研究及應用

秦杰，莫永文，解禾

（1.工業和信息化部電子第五研究所，廣州 511370； 2 廣東省電子信息產品可靠性技術重點實驗室，廣州 511370；3.廣東省電子信息產品可靠性與環境工程技術研究開發中心，廣州 511370）

引言

低氣壓試驗設備不斷地升級，以系統或平臺為試驗對象進行環境試驗也日漸增多，這類試驗因配套線纜規模龐大也對試驗的開展帶來了不少困難。低氣壓試驗是通過對法蘭板進行加工，例如增加閥門或接線柱，也可以實現電纜，管線的穿艙，雖然這種方法比較可靠，但這樣做，效率和經濟性還有利用率較差。如何針對大量的線纜、通風管道和通油管道等從引線孔處引出后對試驗箱進行有效的密封。并保證在試驗中不漏氣，同時兼顧試驗效率和經濟性。目前國內還缺乏這方面有關的總結，本文是以筆者遇到的一些低氣壓密封過程的困難和解決進行歸納。

1 線纜密封流程

根據低氣壓試驗的試驗特點，分析試驗樣品進行低氣壓試驗的密封的全過程為見圖1 所示。

圖1 試驗線纜密封流程

2 密封處漏氣主要原因

密封漏氣的一般是由試驗條件、密封工藝、密封介質和線纜保護層等因素造成，見表1。

表1 漏氣的因素

3 密封處漏氣檢查

漏氣檢查就是用一定的手段將示漏物質加到被檢密封處，再用儀器或某一方法檢測出漏孔。受限于操作和線纜的空間狹窄，線纜規格不一，表面工藝復雜，在密封過程存在孔洞、裂紋或間隙等缺陷，外部大氣通過這些缺陷進入箱內，致使系統達不到預期的低氣壓值，這種現象稱為漏氣。造成漏氣的缺陷稱為漏孔[2]。漏孔尺寸微小、形狀復雜[3]。這時需要進行檢測找出孔隙并進行二次填堵密封。并在試驗中監視密封處可能發生的泄漏及其變化。低氣壓試驗的密封往往做完試驗即拆除所以從成本和效率的考慮，檢漏的方法比較簡單。見表2。

表2 檢漏方法

4 影響密封漏氣的條件

4.1 試驗條件

溫度、濕度、高度試驗中低溫低氣壓環境條件和高溫高濕環境條件的急劇交替變化對密封處產生的影響[4]。如在某產品剪裁的試驗剖面，見圖2。環境應力有溫度、濕度、低氣壓和進行性能測試，期間還有風冷散熱方式，輔助冷卻空氣5 ℃、144 Nm3/h。

圖2 試驗剖面

4.1.1 溫度

根據資料顯示，溫度是影響密封介質變化的關鍵因素之一，當密封位置處于低溫時，密封介質可能會硬化開裂，當密封介質和引出線纜材料的收縮程度不一致，兩者間形成縫隙則造成漏氣。相比較低溫，高溫對密封介質響影響更大，影響密封處的溫度除了來自試驗溫度外，還有因引線孔狹小而線纜過密，截面面積超過40 %，當有負載電流通過時，會產生的熱量且不易散發，溫存在引線孔內，隨著電流不斷增加，線纜的局部溫度也隨之提升，當大量的線纜聚攏密封后發熱更大和積溫，再疊加試驗溫度，如在GB/T 2423.26 標準的中最高溫度有155 ℃[9]，見圖3。在高溫下密封介質的材料分子加速運動，流動性增強，導致密封介質軟化和脫落使密封處的間隙暴露，最后在壓差的作用下密封介質不斷往箱內吸扯，漏氣量越來越大。

圖3 溫度、氣壓和持續時間的組合

圖4 試驗剖面

4.1.2 機械應力

樣品在工作時，密封的引出線纜（管道）需要進行通油、通氣和通液體等，這一過程線纜會有不斷的漲伏和律動，還有樣品或箱外的測試設備自身工作時的振動，以及相關人員無意觸碰拉扯使引出線纜偏移造成密封處出現間隙或開裂，這種間隙在箱內箱外的氣壓差作用下也會造成漏氣并擴大。

4.1.3 氣壓差

氣壓差是隨著溫度、振動和時間而共同作用密封處。氣壓差對使用可塑性密封介質的密封處影響較大，密封時要保證足夠的厚度，避免因密封介質太薄在試驗中被內外壓力差作用下密封失效導致漏氣。使用固化型的密封介質時，密封處存在較多間隙，盡量涂敷均勻和完整，并開展試驗前要檢查密封介質是否已經凝固，如果在密封介質沒凝固下進行試驗，會使縫隙密封介質不斷吸扯擴大，漏氣量變大，而遺漏的間隙過多容易在試驗中被內外壓差的作用下將密封的整組線纜往箱內拽或吸扯造成漏氣。當密封處存在較大孔隙時，在密封引出線纜后用金屬板對較大的孔隙蓋上密封，見圖3。而稍小孔隙直接則通過填充熱熔膠后再密封。

4.1.4 時間

在GJB 150.24A-2009 中對試驗持續時間的要求或達到10 個循環，某些試驗單位剪裁的條件在低氣壓段中保持超過30 多個小時。大部分的漏氣不是在試驗開始就出現的，而是在試驗開展后的一段時間出現的。密封過程中由于某些間隙沒密封或密封介質沒有徹底凝固就開展試驗，剛開始由于真空泵的抽壓能力大于漏氣量，能暫時保證氣壓值滿足要求，但是隨著時間推進，間隙逐漸擴大使密封失效造成漏氣。

4.2 密封工藝

由于試驗人員缺乏相關培訓，如對于低氣壓的氣壓差沒有概念，對線纜構造和密封介質特性缺乏了解，還有實施密封中較為隨便，密封后也不進行泄漏檢查就立即開展試驗導致試驗中漏氣。

4.3 線纜保護層

電纜線束一般由導體、絕緣層、屏蔽層、內襯層、鎧裝、和保護層等組成，部分電纜線束的屏蔽層或防護層等具有敞開式結構、高柔軟性、伸縮性和松弛的特點在密封中存在大大小小的孔隙，試驗人員難以徹底密封或密封介質無法黏附造成漏氣。除了上述的線纜還有一些通油、通液氮和冷卻空氣的管道，其在工作時內部的介質流動時也會影響密封效果。

4.4 密封介質

適用于低氣壓試驗密封介質可分為可塑型和固化型兩大類，前者是泥狀物質，但是可塑性強，填堵密封效率快。后者是流體狀液體，流動性強，能更好的滲透進縫隙且能凝固。不同密封介質的其的特性不同，應根據線纜和條件選用合適密封介質進行密封提高試驗效率，避免在試驗中由于密封介質發生如裂縫、收縮、流變性等物理性能的變化和受拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等機械應力的作用造成漏氣。

5 解決密封漏氣的方法

通過上述分析可知在低氣壓環境下密封漏氣是由試驗條件、密封工藝、密封介質和線纜保護層造成。失敗的密封會增加后續試驗人員再次密封難度，嚴重的會影響試驗進度。線纜多和細的情況下，小間隙比較多，如果直接用熱熔膠密封，由于熱熔膠硬化快，難以完全滲透線纜間隙就硬化了致漏氣。其難以清理，后續重新密封困難，見圖5（a）。線纜太多和不規則時，其間隙大和復雜，用真空泥密封，難以填滿的凹凸處，且密封介質會受力變形和開裂，見圖5（b）。試驗條件無法調整和改變，通過對密封流程進行梳理并形成指導文件對試驗人員進行系統培訓，對新員工安排有經驗的工程師指導其開展試驗，試驗前對試驗區域相關人員進行告知，防止誤觸碰并貼上相關警示標識和圍欄進行物理隔離來預防沒必要的漏氣情況的發生。本文重點通過對線纜進行預處理和放置要求，密封介質的選用和密封工藝等方面介紹解決漏氣的方法。

圖5 失敗的密封案例

5.1 引出線纜預處理

線纜管道密封密封失效致漏氣的形式多種多樣，見圖6。低氣壓試驗引出的線纜種類繁多，見圖7，按其結構外形特點有這幾大類，分別是普通線纜、管道和防護套管線纜。普通線纜是指表面是包裹緊實的絕緣層或保護層，其表面光滑，密封介質容易粘附在其表面形成緊實密閉的包裹層。管道是指連接各個功能件的軟管、硬管，其作用是在各功能件之間傳遞各種介質（油液、冷卻液和氣體等）。

圖6 密封失效類型

圖7 線纜管道種類

防護套管線纜是指線纜防護和屏蔽的外層比較特殊，如編織類網管具有良好的擴充性、透氣散熱性和伸縮性，用于電纜的捆束和保護[6]。還有熱縮套管和屏蔽套管等，起到防磨、防電磁干擾、防油等作用。以及使用海綿膠帶、紙膠帶及塑料布這類材料對線纜進行纏繞保護。上述的防護材料在密封前必須進行處理，處理辦法有以下幾種：

第一種用剝線鉗將線最外面的編織物，如銅網層環繞一圈剪除，一定要調好刀子的深度，避免傷到里面的線，并將編織層往兩端捋到預定的長度再進行密封，見圖8（a）。第二種在屏蔽線纜的連接端拆除編織層，并將編織層往另一端捋，捋至合適的位置再進行密封，這樣的好處是避免破壞屏蔽層，試驗后再安裝回去，見圖8 （b）。第三種是將屏蔽線最外面的編織物如銅網層劃開一個口，使用流動性強的密封膠擠灌到其內部再進行密封見，圖8（c）。另外還有一些類似海綿膠帶、紙膠帶及塑料布這類保護層也可以通過合適的方法去除后再密封，見圖8（d）。

圖8 保護層、屏蔽層等處理方法

5.2 線纜位置要求

擺放時線纜不能交叉疊加，要捋直。線纜過多，導致太重下墜的情況，需支撐起來，放置粗、硬和重的線纜到引線孔底層，細、軟和易損壞的線纜則放上層。將同系統和同類型的線纜放一組，盡量避免將不同的線纜混雜進行密封造成漏氣，線纜數量多的情況下，應將線纜分別放置不同的引線孔，防止線纜發熱的溫度過高，見圖9 （a）。通風和通液等管道要避免和線纜一同密封，避免工作時管道膨脹或振動造成密封漏氣而找不到漏氣點，見圖9（b）。根據線纜組的大小選擇對應的法蘭板，引線孔內的線纜位置要包裹好海綿，減輕溫度傳遞到密封處造成密封漏氣。

圖9 線纜擺放

5.3 密封介質選用

試驗時，為使箱內形成真空環境，需要對引出的線纜使用密封介質進行密封，按密封介質的特性將劃分為三種：一是固化型密封介質有硅橡膠、單組份室溫固化密封膠和有機硅灌封膠，由于其良好的浸潤能力，很容易把間隙填滿及粘貼，達到密封目的。二是可塑型密封介質有真空泥、壓敏型膠粘材料、防爆膠泥和防水泥，這類密封介質是通過填塞接合部分的間隙獲得密封。其中還有一種是熱轉固化型密封介質是熱熔膠，一般只作填充物。從試驗條件、線纜規格、試驗效率和經濟性等方面將介紹以下幾種密封介質見表3 和圖10。

表3 密封介質技術參數對比

圖10 密封介質種類

5.4 低氣壓引線孔密封方法

由于密封處可操作空間非常狹小，有的間隙甚至無法直接看見，密封只能憑借經驗和手感，如果試驗人員密封前缺乏分析和準備。則導致試驗中出現各種問題[7]。如漏氣、效率慢和清理難[8]。筆者根據經驗總結出以下幾種密封方案作參考。

5.4.1 組合密封介質密封法

對于線纜形狀規格不一導致的較大孔隙，由于硅橡膠的粘度小、流動性強，涂覆到線纜的間隙時會漏膠流走，先使用熱熔槍加熱將熔化后的熱熔膠液填涂較大孔隙。由于熱熔膠對溫度很敏感，冷卻硬化很快，熱熔膠液流動不順暢時，則容易出現間隙，因此填涂完一處后快速填涂另外一處位置，遵循填涂一層線纜再鋪一層線纜填涂，熱熔膠冷卻后容易與線纜表面脫粘形成裂縫，所以需涂覆硅橡膠在熱熔膠和線纜的表面，見圖11，為避免試驗中硅橡膠未固化造成漏氣，需24 h 后徹底固化后方可進行試驗。該硅橡膠搭配熱熔膠密封適用大部分線纜的孔隙。

圖11 組合密封介質密封

5.4.2 模具密封法

對于線纜規格相較一致和孔隙大情況下，使用膏狀的單組份室溫固化密封膠進行密封，線纜遵循從最底層依次放一層填涂一層，最后將線纜表面和法蘭板兩側的接觸面填涂，再壓實線纜，為了防止滴膠和漏膠造成的縫隙，通過采取吸水性強的紙包裹著線纜，見圖12，由于液體的表面張力會將紙牢牢吸附在其表面，也有助密封膠更好的包裹間隙，密封膠通過紙張的纖維縫隙滲透到表面與法蘭板的金屬面接觸密封，期間根據需要可以往線纜內部和紙張表面注膠進行密封。引出線纜和縫隙較多時，使用通用型膠槍將密封膠擠灌到線纜內部進行密封，見圖12 （a），加快填涂速度和提高試驗效率。

圖12 紙裹附密封法

5.4.3 模具密封法

當引出線纜數量和種類多時，試驗人員手工填涂比較困難和耗時，為了提高密封的效率和成功率，通過使用硅膠模具，見圖13，直接進行整體澆注，主要包括填充，保壓，固化，脫模等四個階段。將有機硅灌封膠的A 膠和B 膠，兩種膠按比例10 ∶1 進行混合攪拌均勻，再將混合膠注入包裹住的線纜的模具中，其粘度低，滲透性佳，能滲透到線纜間隙內，減少灌膠的不均勻、坑洼現象和線纜間縫隙，待徹底固化后脫模進行試驗。且該組線纜將其從法蘭板拆除后，可再次密封使用，見圖13。

圖13 模具注膠成型法

5.4.4 快捷經濟型密封法

通過使用可塑性密封介質對線纜進行較便捷的密封，按照使用頻率來看首先是真空泥、防爆膠泥、壓敏型膠粘材料和防水泥，見圖14。這幾類可在密封后立即開展試驗。除了防水泥以外的，其余三種密封介質拆除后可以重復使用。密封步驟；一把粘貼位置處理干凈，視間隙大小，二是取出適量泥膠，把泥膠搓弄柔軟方便粘貼，三把線纜粘貼位置干凈，用力粘在其表面；使兩根線纜或物品通過泥膠粘合在一起，達到固定和粘貼的目的。除了上述提到四種密封法，試驗人員應該靈活發揮，根據實際需要進行密封，只要能達到密封效果。如軟管類需要使用固化型密封膠單獨進行密封，可防止膨脹和變形。

圖14 快捷經濟型密封法

6 結束語

首先通過對低氣壓試驗的引線孔密封漏氣現象進行分析，得出漏氣是由于引出線纜線束數量多、重量大、發熱量大和保護層工藝復雜，管道（油液、冷卻液和氣體）在工作時的膨脹和溫度較低冷縮，在長時間的單應力和綜合應力切換和循環，以及試驗人員缺乏經驗造成密封失效漏氣。本文通過采取對線纜的預處理，使用不同的密封介質和密封工藝對樣品的引出線纜密封來減少密封漏氣的發生，給低氣壓試驗相關的從業人員作一定的指導和參考。