试验通常在恒温恒湿箱中进行,设定特定的温度(如40℃、55℃、85℃等)和相对湿度(如90%RH、95%RH等),让样品在该环境下持续放置一段时间(如几天、几周甚至更长)。适用于电子电器、汽车零部件、建筑材料、化工产品等多种领域,确保产品在实际应用中能承受湿热环境的考验,避免因环境因素导致故障或失效。具体试验标准和参数会根据产品类型和行业要求确定。
湿热老化试验是评估机器人及其核心零部件在高温、高湿复合环境下的长期可靠性与耐久性的关键测试。与结冰测试应对的极端低温不同,湿热老化试验主要模拟热带、亚热带或夏季闷热潮湿等气候条件,旨在提前暴露材料老化、电气失效及机械结构受损等潜在隐患。
核心测试目的
1. 电气安全与性能评估:检测电路板(PCB)、传感器、连接器等在湿气侵入下是否会出现绝缘电阻下降、漏电流增大、短路或功能失效。
2. 材料与结构验证:评估金属部件的抗腐蚀能力、焊点是否存在裂纹,以及橡胶密封件、塑料外壳等是否因吸湿或高温发生膨胀、变形和加速老化。
3. 机械性能稳定性:验证机器人在长期湿热暴露后,其关节滑轨、传动机构是否因润滑剂流失或热胀冷缩产生应力,导致卡滞或精度下降。
主要测试方法
1. 恒定湿热试验:在设定的恒定高温高湿条件(如 85℃/85%RH)下长时间连续运行,评估产品在该环境下的稳定性和寿命。
2. 交变湿热试验:采用温湿度组合循环,交替改变温湿度条件(如温度在 -40℃ 至 +85℃ 之间循环,湿度在 10% 至 95% 之间变化),更真实地模拟自然界气候的波动。
3. 高压加速老化试验(HAST):利用高压饱和蒸汽或高温高湿条件(如 130℃/85%RH/高压),在短时间内加速水分渗透,快速评估非气密性封装元器件的抗湿性能。
湿热老化试验所需设备
1. 核心环境模拟设备
这是执行湿热老化测试的基础载体,用于提供受控的高温高湿环境:
* 恒温恒湿试验箱:最基础的设备,用于执行恒定湿热试验。它能在设定的温湿度(如40℃/93%RH)下长时间保持稳定,主要用于模拟典型的湿热气候,考核产品持续吸湿状态下的性能。
* 高低温交变湿热试验箱:具备更复杂的控制能力,能够按照预设的程序自动完成多段温湿度循环(如升降温、干湿交替)。它能模拟自然界昼夜温差和四季变化,产生“呼吸效应”将湿气吸入产品内部,更严酷地暴露缺陷。
* HAST高压加速老化试验箱:用于高加速温湿度应力试验。它通过营造高温、高湿、高压耦合的环境,加速水分渗透与材料老化反应,能将数年的自然老化过程压缩至数天完成,非常适合半导体、IC封装等元器件的快速缺陷筛查。
* 氙灯老化测试设备:除了温湿度控制,还配备了氙灯照射、雨淋模拟等模组,能够综合模拟户外气候中的光、热、湿等因素,常用于塑胶、涂料等材料的耐候性测试。
2. 性能测试与评估仪器
在样品经过湿热环境暴露后,需要使用专业仪器来量化其物理、化学或电气性能的变化:
* 力学性能测试设备:如拉力试验机、硬度计等,用于检测材料老化前后的拉伸强度、断裂伸长率、粘接强度等机械力学性能变化。
* 外观与光学评估仪器:如色差仪、光泽度计,用于量化涂层或塑料件表面的颜色变化和光泽度损失,客观评价外观老化程度。
* 电气性能测试设备:如绝缘电阻测试仪、耐电压测试仪(安规测试仪)、表面电阻率测试仪,用于评估电子元器件或绝缘材料在湿热条件下的介电强度、漏电及防静电性能。
* 微观与化学分析设备:如显微镜、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)等,用于观察材料表面的微观损伤、腐蚀情况,或分析其分子化学结构的变化。
3. 辅助与监测设备
用于确保试验条件的精确性和数据的可追溯性:
* 高精度温湿度记录仪:独立于试验箱控制系统,用于实时记录箱内环境的实际温湿度状况,确保试验条件的真实可靠与数据溯源。
* 电子天平:用于测量样品在湿热老化前后的质量变化(重量法),以此评估材料的吸水性或降解程度。
* 大型环境模拟舱:对于体积庞大的产品(如汽车零部件、大型工业设备),需要使用步入式或大型环境模拟舱来复现真实的湿热气候条件。
湿热老化试验的测试步骤
第一阶段:试验前准备与初始检测
1. 设备检查与校准:确保恒温恒湿试验箱的温湿度控制系统、传感器及数据记录仪工作正常,且设备经过定期校准,温湿度控制精度符合要求(如温度±0.5℃,湿度±2%RH)。
2. 样品制备与预处理:根据测试要求制备样品,确保样品表面清洁、干燥、无油污,且数量满足统计学要求(通常至少准备3个平行样品及对照组)。将样品在标准大气环境(如温度15℃~35℃,相对湿度45%~75%)下放置一段时间,使其达到热平衡和湿平衡状态。
3. 初始性能检测:在样品入箱前,全面测试并记录其初始性能参数。包括外观检查(尺寸、颜色)、力学性能(硬度、拉伸强度)、电学性能(绝缘电阻、介电强度)等,作为后续评估老化程度的基准数据。
第二阶段:入箱布置与条件设定
1. 样品安装布置:将样品不包装、非通电(除非测试要求带电)放入试验箱。样品应放置在专用支架上,避免与箱壁直接接触,且样品之间需保持足够的间距,以保证箱内空气均匀流通,避免局部温湿度出现死角。
2. 温湿度调节:启动试验箱,设定目标温湿度参数。为防止样品表面因温差产生凝露,需严格控制升温速率(通常要求不超过1℃/min)。待温度稳定后,再在规定的时间内(如2小时内)将湿度调整至目标值(如93%RH)。
第三阶段:条件试验与过程监控
1. 持续老化暴露:在设定的高温高湿条件(如恒定条件40℃/93%RH或55℃/95%RH,或交变循环条件)下,保持规定的持续时间(从几十小时到数百小时不等)。
2. 过程监控与中间检测:通过数据采集系统实时监控并记录箱内的温湿度变化曲线。根据标准需求,可在试验期间进行“中间检测”,例如在不破坏环境的前提下在线测试样品的电气性能,以反映其在极端环境下的真实状态。
第四阶段:恢复处理
1. 出箱与状态恢复:达到预定时间后,将样品从试验箱中取出。
2. 干燥与平衡:根据检测目的选择处理方式。通常推荐将样品放置在标准大气条件下进行恢复处理(通常为1~2小时或24小时),使其表面的凝露自然干燥并达到稳定状态,以评估不可逆的永久性损伤;特殊情况下也可进行“湿态检测”。
第五阶段:最终检测与数据分析
1. 全面复检:恢复期结束后,立即按照初始检测的项目和方法对样品进行最终检测。
2. 外观与微观评估:观察样品是否出现颜色变化、表面裂纹、起泡、脱胶、霉变或腐蚀等表观缺陷,必要时借助显微镜观察微观形貌变化。
3. 性能变化率计算与判定:将最终检测数据与初始基准数据进行对比,计算各项性能的变化率(如拉伸强度变化率、绝缘电阻下降幅度等)。性能变化率越小,说明耐湿热老化性能越好。最后依据相关产品标准或技术协议,综合判定样品是否合格。
常见故障机理
在湿热老化试验中,机器人最常出现的失效模式包括:
* 电子电路异常:PCB板受潮导致导电性能异常,引发短路或传感器误报。
* 机械结构受损:热胀冷缩产生临界应力,导致关节滑轨出现间隙或卡滞;密封部件老化导致润滑剂流失,加速机械磨损。
* 材料腐蚀与老化:金属部件氧化生锈,塑胶及橡胶密封件失去弹性或发生变形。
主流试验标准
▪ 电工电子:GB/T 2423.3-2016(恒定湿热)、GB/T 2423.4-2016(交变湿热),等同采用IEC 60068-2-78。
▪ 橡胶塑料:GB/T 15905-2011、GB/T 12000-2017,对应国际标准ISO 4611。
▪ 军工领域:GJB 150.9A-2009,采用10个循环共240小时的严苛交变湿热模式。
▪ 涂料行业:ASTM D2247、ISO 6270-2:2017,测试涂层耐冷凝水性能。
应用领域
▪ 汽车制造:内饰材料、橡胶密封件、电子控制单元,验证湿热环境下的耐久性;
▪ 航空航天:碳纤维复合材料、机载电子设备,评估湿热对结构强度的影响;
▪ 电子电气:PCB板、连接器、绝缘材料,检验潮湿环境下的电气性能;
▪ 光伏与新能源:光伏组件背板、电池封装材料,验证25年户外湿热环境的耐候性;
▪ 橡胶与塑料:密封件、O型圈、塑料外壳,评估耐湿热老化性能;
▪ 复合材料:CFRP层合板、夹层结构,研究湿热对力学性能的退化规律;
▪ LED照明:LED灯具光通维持率,IES LM-80-08标准湿热老化验证。
湿热老化试验,是将温度与湿度的协同侵蚀在实验室里加速呈现的科学方法。它以恒定湿热或交变循环两种模式,精确控制温湿度参数,让材料在数周内经历自然界数年的湿热侵蚀。
从橡胶密封件到碳纤维复合材料,从汽车内饰到光伏组件——每一次在湿热试验箱中的“蒸煮”,都在为产品的长期可靠性积累数据。
享检测可以根据客户需求进行湿热老化试验,该试验是材料科学领域的人工加速老化测试方法,核心是模拟高温高湿环境,评估材料/产品在湿热条件下的性能稳定性与长期服役能力。
