濕熱試驗的原理方法、常見問題與解決方案

恒溫恒濕試驗箱技術(shù)規(guī)格：

一.什么是濕熱試驗 濕熱試驗技術(shù)主要用在：

1、探索潮濕環(huán)境對產(chǎn)品的影響（開發(fā)、設(shè)計階段的研究性試驗）。

2、鑒定產(chǎn)品的防潮性能（研制、生產(chǎn)階段的質(zhì)量檢查或型式試驗）。

3、評價產(chǎn)品在潮濕環(huán)境下使用的安全可靠性（安全或可靠性試驗）。
試驗后判定的主要指標(biāo)一般是檢查產(chǎn)品的電性能和機械性能，也檢查某些樣品的腐蝕情況。
濕熱試驗一般有三種類型，其中，恒定濕熱試驗主要適用于一般電工電子產(chǎn)品，應(yīng)力嚴(yán)酷度等級較低，試驗設(shè)備要求也不高。
交變濕熱試驗適用于環(huán)境比較惡劣復(fù)雜的產(chǎn)品，軍標(biāo)里的濕熱試驗其實也是交變濕熱，適用于復(fù)雜環(huán)境或可能將要使用到這類環(huán)境的軍工產(chǎn)品或通訊產(chǎn)品。交變濕熱或濕熱試驗對溫度、濕度、持續(xù)時間和循環(huán)周期的要求都比恒定濕熱嚴(yán)酷，軍標(biāo)的濕熱試驗更嚴(yán)酷。所以，如果一個產(chǎn)品做過交變濕熱或軍標(biāo)要求的濕熱試驗，就沒有必要再做恒定濕熱試驗了。一般重要關(guān)鍵的產(chǎn)品或軍工設(shè)備，在制訂可靠性試驗方案或編寫試驗大綱時，也不會選擇恒定濕熱試驗。三種濕熱試驗嚴(yán)酷度順序，從低到高為“恒定濕熱”小于“交變濕熱”小于“（軍標(biāo)的）濕熱”。要注意，嚴(yán)酷度并不是項目越多越好。
表一  不同類型濕熱試驗之間比較
二、濕熱試驗條件的物理現(xiàn)象 在濕熱試驗中，溫度和濕度共同作用，會形成一些物理現(xiàn)象并使樣品表面或內(nèi)部受潮。 1、吸附現(xiàn)象：氣體分子（在濕熱試驗中指水蒸氣分子）在空間運動時可能碰撞固體物質(zhì)（樣品）的表面，當(dāng)一定數(shù)量的分子連續(xù)碰在固體表面，在它重新回到空間之前，要在固體（樣品）表面“停留”一定長的時間。這時，氣體在表面上的濃度高于它在空間中的濃度，從而產(chǎn)生凝結(jié)。這種氣體在固體表面上“停留”的現(xiàn)象稱之為吸附。因此，吸附也可以說是氣體在固體表面上凝結(jié)和蒸發(fā)的一個中間過程。根據(jù)實驗結(jié)果，氣體吸附量與固體物質(zhì)的性質(zhì)、溫度及平衡時氣體的壓力三者有關(guān)。溫度愈低、壓力愈高，則吸附量就愈大。（感興趣的同學(xué)可以去研究一下函數(shù)關(guān)系式）物理吸附是由范德華引力引起的，吸附層一般為多分子層。吸附速度較快,吸附時所需能量也較小，一般在低溫下便能進行。在濕熱試驗中以物理吸附現(xiàn)象居多。 2、凝露現(xiàn)象：凝露實際上也是水分子在樣品上的吸附現(xiàn)象，但它是在試驗溫度上升時產(chǎn)生的。在升溫階段，樣品表面溫度低于周圍空氣露點溫度時，水蒸氣便會在樣品表面凝結(jié)成液體形成水珠。在交變濕熱試驗的升溫階段，由于樣品的熱慣性，使它的溫度上升滯后于試驗箱的溫度。因此，表面便產(chǎn)生了凝露現(xiàn)象。這種表面凝露量的多少，取決于樣品本身的熱容量大小，以及升溫速度和升溫階段的相對濕度，在交變濕熱試驗的降溫階段，封閉外殼的內(nèi)壁也會出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。 3、擴散現(xiàn)象：擴散是分子運動的一種物理現(xiàn)象。在擴散過程中，分子總是從濃度大的地方遷移到濃度小的地方。濕熱試驗時，空氣中水蒸氣向濃度較低的材料內(nèi)部擴散的速度可以用菲克定律表示出來。所以，濕熱試驗中由擴散引起的潮氣侵入，除了取決于試驗條件中的濕度與溫度，還與樣品的材質(zhì)有關(guān)。 4、吸收現(xiàn)象（也稱為流通現(xiàn)象）。水蒸氣進入材料內(nèi)，一般都是通過空隙。水蒸氣通過間隙的速度取決于孔的尺寸。如果孔隙的尺寸小于水分子的直徑，水蒸氣便不能進入。由于水蒸氣在空間是與空氣混合存在的，所以它的進入速度與水蒸氣和空氣的混合比例也有很大關(guān)系。將水蒸氣和空氣比例為1:1時，相當(dāng)于80℃空氣飽和狀態(tài)下的水氣量作為界限。高于這個界限的稱為高蒸氣壓力，低于這個界限的稱為低蒸氣壓力，然后將水蒸氣進入空隙的機理分別進行討論：①低蒸氣壓力下水氣進入機理：在溫度和水蒸氣壓力都不變的情況下（相當(dāng)于恒定濕熱試驗），水蒸氣進入空隙主要是由于擴散作用，其速度主要取決于空隙中的空氣阻力（滲透系數(shù)）和空隙尺寸（空隙的大小雖然也影響進入速率，但并不嚴(yán)重）。當(dāng)溫度變化（相當(dāng)于交變濕熱試驗）時，空隙兩邊的水蒸氣壓力差強迫含有水蒸氣的空氣通過。這時進入速率不但與空隙阻力和空隙尺寸有關(guān)，還與空隙兩端的水蒸氣壓力差也有關(guān)。由此可見，恒定濕熱試驗與交變濕熱試驗的作用機理是不一樣的。②高蒸氣壓力條件下，水蒸氣進入速度與空隙直徑有關(guān)，當(dāng)空隙直徑小于水分子的平均自由路程時，水蒸氣進入為分子流；當(dāng)空隙直徑大于平均自由路程時，進入速度為粘性流，空隙直徑處于上述二者之間時為過渡流。在高蒸氣壓力下，水蒸氣進入速度隨空隙大小變化說明，如果提高溫度來加速潮氣進入，對不同空隙尺寸將會有不同的速率，其加速倍數(shù)將是不一樣的。綜上所述，水蒸氣通過吸收現(xiàn)象的進入，取決于溫度和水蒸氣壓力（濕度）及材料的材質(zhì)。 5、呼吸作用：我們將封閉樣品內(nèi)空腔中溫度變化引起的內(nèi)外空氣交流，稱之為呼吸作用。在交變濕熱試驗的降溫階段，由于溫度急劇下降，引起封閉空腔內(nèi)的空氣溫度下降或空腔內(nèi)壁的凝露都會使腔內(nèi)壓力降低，形成抽吸現(xiàn)象，吸入外界的潮濕空氣，因此，降溫階段的呼吸作用吸入潮氣量的多少，與溫度變化速率和濕度有關(guān)。這種呼吸現(xiàn)象不僅僅發(fā)生在試驗溫度交變時，當(dāng)具有封閉外殼的樣品，如封閉型旋轉(zhuǎn)電機在間歇運動過程中，殼內(nèi)線圈發(fā)熱或冷卻的反復(fù)交替變化，也會發(fā)生呼吸作用。在潮濕條件下使用的電機產(chǎn)品，由于這種呼吸作用吸入潮氣，長期凝結(jié)成水在殼內(nèi)積聚起來，也是屢見不鮮的。 
三、潮濕對不同類型的樣品產(chǎn)生的劣化效應(yīng) 樣品受潮的形式一般有二種：一種是表面受潮，它通常是由凝露和表面吸附引起的；另一種是體積受潮，它是由水蒸氣擴散和吸收現(xiàn)象引起的。有時吸附在樣品表面的水分達到一定程度，也會加快體積受潮的速度。對有空腔的封閉類型的樣品，其內(nèi)部雖然不直接接觸高濕條件，但由于試驗溫度的變化造成的呼吸作用，會使外部的潮氣通過間隙或裂縫進入內(nèi)部，造成內(nèi)部受潮。同時，擴散和吸收現(xiàn)象也可以使潮氣通過縫隙進入封閉殼內(nèi)。此外，對于某些有機材料的外殼，當(dāng)擴散現(xiàn)象所引起的吸潮達到穩(wěn)定以后，潮氣便可以穿過外殼滲透進入殼內(nèi)。表面和體積受潮造成樣品的劣化效應(yīng)，指機械性能（尺寸和強度）和非機械性能（電性能和其他性能）；兩種變化。
四、濕熱試驗條件與實際潮濕環(huán)境間的關(guān)系 濕熱試驗的溫濕度條件一般是模擬實際環(huán)境中較為罕見的條件，且其作用持續(xù)時間也比實際環(huán)境中要長得多。所以從模擬性來說，它較自然條件嚴(yán)酷，對樣品是有加速作用的。根據(jù)上面討論的幾種物理現(xiàn)象所引起的受潮機理可以看出，不同材料和結(jié)構(gòu)的樣品，試驗結(jié)果是不*一樣的。所以，一個普遍通用的人工濕熱試驗方法要求取統(tǒng)一的加速系數(shù)是困難的。只有對某一特定或單一性質(zhì)的樣品，經(jīng)過分析和試驗比較后，才能確定一個較為合適的加速系數(shù)。濕熱環(huán)境的分級與試驗嚴(yán)酷等級的對應(yīng)關(guān)系，是多年來沒有完*的問題。人工濕熱試驗方法的嚴(yán)酷等級是由試驗條件和試驗周期數(shù)組成的。試驗條件一般對應(yīng)于樣品實際使用環(huán)境條件，而試驗周期數(shù)的選擇比較復(fù)雜。通常，試驗周期數(shù)是根據(jù)樣品的特征及濕熱對其主要機理影響綜合分析以后確定的。一般要與自然或現(xiàn)場運行試驗的結(jié)果對比，找出相互之間的關(guān)系后，才能選擇合適的周期數(shù)。但是，到目前為止，即使在上也尚未得出一個普遍適用的數(shù)學(xué)模式，來表達人工濕熱試驗與自然條件間的關(guān)系。所以，雖然在試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中推薦了優(yōu)先選用的周期數(shù)，但在實際應(yīng)用中，仍然存在著許多問題。 濕熱試驗周期的多少是產(chǎn)品長期貯存周期可靠的依據(jù)?，F(xiàn)有認識表明，特別是在庫存中，影響腐蝕的基本的和重要的因素是庫房中的相對濕度。在相對濕度低時，隨溫度的增加，腐蝕速度增加并不快。
無論是長期貯存還是加速腐蝕試驗，另一種常見的是點狀基體腐蝕。大多數(shù)是由于浸漆、包裝生產(chǎn)過程中的磕碰、熔洞過程中的“夾雜”（大多數(shù)為夾鐵）、沖壓過程中由于磕碰、劃傷造成的“夾灰”，而在表面處理前未能發(fā)現(xiàn)修復(fù)的表面。因而點狀銹蝕也是難杜絕的一種腐蝕源。交變濕熱試驗中降溫階段的呼吸作用，對某些類型的樣品來說是較為明顯的，因此，在試驗方法中特別強調(diào)了降溫速度和濕度的問題。交變濕熱中較大的溫度變化幅度、降溫時較高的相對濕度以及高濕持續(xù)作用時間長，會加劇絕緣受潮。
五、濕熱試驗的意義
 恒定濕熱通過先升溫再升濕（先降濕再降溫）的方法避免產(chǎn)生凝露，主要是通過高溫高濕環(huán)境下樣品對水汽吸附、吸收和擴散等作用，造成產(chǎn)品失效。
 交變濕熱則是在高濕條件下，利用溫度循環(huán)引起的凝露和干燥的交替過程，使進入樣品內(nèi)部的水汽產(chǎn)生呼吸作用，從而使腐蝕過程加速。
 六、濕熱試驗中斷處理
 1、恒定濕熱試驗
測試過程中遇到突然停電等特殊原因造成試驗被迫中斷的情況時，建議按照以下方式操作：
1）如果在中斷過程中箱內(nèi)環(huán)境條件沒有超過允許的誤差范圍，此時中斷的時間應(yīng)作為總試驗時間的一部分（一般為瞬間斷電后及時通電恢復(fù)箱內(nèi)環(huán)境）；
2）當(dāng)中斷過程期間試驗條件低于允許誤差下限，那么應(yīng)重新達到要求的試驗環(huán)境，并剔除誤差范圍以外的測試時間，一直進行到完成規(guī)定的試驗時間；
3）如果出現(xiàn)過試驗的情況，建議停止試驗，重新用新的樣品進行試驗，若經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的判定，認為超過要求的試驗條件不會直接造成試驗樣品特性的破壞，或者該樣品為可修復(fù)的產(chǎn)品，那么可以按照第二條處理，如果在以后的試驗中出現(xiàn)樣品失效，那么應(yīng)該認為該項試驗結(jié)果無效。
 2、交變濕熱（耐濕試驗）試驗方法
 1）設(shè)備級濕熱試驗
測試過程中遇到突然停電等特殊情況造成試驗中斷時，建議按照以下方式操作：
 ①如果在中斷過程中箱內(nèi)環(huán)境條件沒有超過允許的誤差范圍，此時中斷的時間應(yīng)作為總試驗時間的一部分；
 ②當(dāng)中斷過程中箱內(nèi)環(huán)境條件低于允許誤差下*，那么應(yīng)該從中斷前后一個有效循環(huán)的結(jié)束點重新開始繼續(xù)試驗（即中斷點所在的循環(huán)無效）；
③如果出現(xiàn)過試驗的情況，建議停止試驗，重新用新的樣品進行試驗，若經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員的判定，認為超過要求的試驗條件不會直接造成試驗樣品特性的破壞，或者該樣品為可修復(fù)的產(chǎn)品，那么可以將箱內(nèi)環(huán)境恢復(fù)至要求環(huán)境條件并繼續(xù)試驗，如果在以后的試驗中出現(xiàn)樣品失效，那么應(yīng)該認為該項試驗結(jié)果無效。
 2).器件級濕熱試驗
測試過程中遇到突然停電等特殊情況造成試驗中斷時，在完成規(guī)定循環(huán)次數(shù)之前（不包括后一次循環(huán)），如發(fā)生了不多于一次的意外試驗中段，可重做該循環(huán)。若在后一次循環(huán)期間出現(xiàn)意外的試驗中段，除要求重做該循環(huán)外還要求再進行一次無中斷的循環(huán)。任何中斷超過 24 h 都要求從頭至尾重做試驗。
 七、濕熱試驗有效工作空間的確定
濕熱試驗,包括恒定濕熱試驗、交變濕熱試驗、溫度/濕度組合循環(huán)試驗。
 GB/T 2423.3恒定濕熱試驗，規(guī)定溫度容差為士2℃。
GB/T2423.9Cb恒定濕熱試驗4個溫度等級規(guī)定的溫度容差為士2℃、相對濕度容差為士3%。
   GB/T 2423.4交變濕熱試驗所規(guī)定的上限溫度時：溫度容差為士2%，相對濕度容差為士3%；下限溫度時溫度容差為士3℃；相對濕度要求95%。
   GB/T 2423.34ZD溫度/濕度組合循環(huán)試驗中潮濕暴露循環(huán)的上限溫度時，溫度容差為士2℃，相對濕度容差為土3%。相對濕度是一個與溫度有關(guān)的參數(shù)，箱內(nèi)溫度不同，相對濕度也不同，相對濕度差別大小還與它的加濕方式、風(fēng)速、控制精度等有關(guān)。加濕方式和空氣流通速度一般是固定的，控制精度也只能通過良好的維護、保養(yǎng)和正確的操作程序加以保證。它的有效工作空間一般要比高溫試驗的有效工作空間小一些，因為只有小的溫差和小的溫度波動才能保證相對濕度的差別保持在較小的數(shù)值上。
    GB/T 2423.3指出：為使本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相對濕度容差保持在要求的范圍內(nèi)，工作空間內(nèi)任何兩點的溫差，在任一瞬時都不應(yīng)大于1℃，短期的溫度波動也必需保持在較小的范圍內(nèi)。確定各種濕熱試驗有效空間，也必需通過相對濕度的測量加以判斷。以確保在進行各種濕熱試驗時，被試樣品始終保持在規(guī)定容差范圍內(nèi)。