环境加速试验条件

环境加速试验的条件

1 摘要

当前，人们已经用寿命过程的物理模拟技术为产品的环境加速试验条件建立了战略与战术基础。这些条件使产品能快速获得精确的信息来实行可靠性评价与预计、技术开发以及费用划算和富于竞争的销售。

2 引言

环境应力试验可用作独立种类的应力试验，也可用作可靠性试验的组成部分。在第二种情况下，它还可以与加速可靠性试验的其它部分(机械、电气等)一起使用。

不过，环境加速试验没有用得太频繁。因为试验室条件所获得的结果通常与现场试验结果不对应。用包括环境试验在内的普通加速试验方法获得的信息通常不能很精确地用于可靠性评价与预计，以及用于减少产品的研制时间和费用、解决其它可靠性问题。

在试验室中，环境试验通常只得到一小部分好处，而并不是环境加速试验所能获得的最大好处。

试验箱中的模拟是现场环境对自然产品影响的物理模拟。

环境的物理模拟可在各种标准试验箱中再生：1)冷；2)热；3)冷和热；4)气候箱(冷、热和潮湿)；5)热冲击；6)冷、热与振动；7)盐雾；8)压力(压缩箱)；9)冷、热与压力；10)太阳辐射与腐蚀(热与有害气体)等等。

如果需要，人们可以使用非标准试验箱。

3 环境加速试验评价条件的策略

本文所述的环境加速试验方法是以试验室的模拟原理为依据的：温度(包括温度变化)、湿度、污染、辐射、空气、水或气压、输入电压、雨水、雪和风等等。模拟影响的种类要看试样

受到的现场影响的种类而定。上述环境条件对产品影响的结果包括：金属腐蚀、聚合物、橡胶和木材遭受破坏，润滑油和油漆的防护效果减弱等等。这些结果会导致产品质量(强度、耐磨性、易修性、失效、可靠性等)下降。

为模拟而获得现场环境对产品影响和精确信息的原理如下：

1)在实际使用中，产品受到完整组合的环境因素的影响。

2)这些环境因素是互相联系的。

3)产品所受到的作用是环境因素相互作用的结果。

4)产品所受作用的结果(失效数，可靠性)是对环境因素组合的累积反应。

现场工作条件下环境条件的作用可用试验箱——环境加速试验设备来作物理模拟。

不过，人们千万不要忘记上述原理，以便模拟之后为可靠性问题的解决而获得精确的信息。

这种作用可用所需量度的标准来确定。例如：

C／L，D／L，G／L，P／L

其中，

C为腐蚀量度

D为聚合物、橡胶、木材等的毁坏量度

G为润滑油和油漆的老化量度

P为强度下降量度

L为等效于受工作条件影响的年数的数值。

在试验箱中，环境因素的强度可以加大，试验室的环境数据与现场环境数据之比可加以测定。

各种试验箱可进行调整，以便与国际标准或国家标准相对应。

为了精确地评价加速试验的环境条件，试验箱中的模拟条件应等效于自然条件。但实际上这两种条件是有差别的。如果产品在工作条件下所受影响与试验室中所受影响相差不超过一个固定极限，那么，试验箱中受影响的结果就与现场的结果相对应。现场中的失效数与试验获得的相差不超过一个预测值。

本策略最重要的方面是求出环境加速试验的最佳条件。

首先，必须考虑两个基本问题。第一，试验箱不能模拟与现场相同的过程，它们只能模拟这些过程的基本特性：

A B其中，

“A”为现场中特性影响的组合(湿度，温度，污染等等)；

“B”为试验箱中特性影响的组合。

第二个问题是试验箱模拟现场环境影响所允许的误差值。

试验箱中状态与现场的适配性可用下列方法来确定：

根据假定的偏差，得出：

(C／L)n－(C／L)s］≤Δ1；

［(P／L)n－(P／L)s］≤Δ2；

［(G／L)n－(G／L)s］≤Δ3；

［(D／L)n－(D／L)s］≤Δ4；

其中，

Δ1、Δ2、Δ3和Δ4为金属、油漆、聚合物和润滑油老化假定的偏差；

“n”和“s”为自然环境的等级与试验箱模拟等级。

如果我们从环境加速试验中获得的结果表明Δ1、Δ2、Δ3和Δ4不大于允许误差，

我们就能评价它们对产品的影响。如果不是这样，我们就必须改进试验状态。

环境条件的物理模拟的基本步骤如下：

1)分析产品在实际使用中受到的输入环境影响；

2)分析哪一种影响是重要的；

3)拟定和使用模拟所需的试验室条件。

环境加速试验条件的选择可通过试样在现场中的工作和贮存情况的分析来进行评价。因此，评价现场影响的统计特性的效应至关重要，人们需要这种效应来建立试验箱模拟条件的物理模型。

例如，笔者所获得的试验结果显示，如果试验箱中状态(环境条件)参数如下：

温度＝30℃

湿度＝90%

每隔55分钟喷洒含0.01NKCL的水溶液5分钟，在此试验箱中的金属腐蚀可用下式计算：C＝0.546·Nw0.97其中

C＝金属腐蚀量(g／cm2)；

N w＝润湿数(N w＝100－500)

0.97＝试验系数

4 太阳辐射对聚合物和橡胶的影响机理以及这些影响的模拟

下列各种环境影响的研究较少，因此，我们集中讨论这些因素。

4.1 辐射对聚合物质量受损的影响

辐射是现场中聚合物受损的其中一个基本环境因素。

地面上太阳辐射的日光包括：

——波长达290～400nm的紫外线(UV)部分(占共辐射能的5.5%)；

——波长达400～750nm的可视辐射部分(占共辐射能的40%)；

——波长超过750nm的红外(IR)部分(占共辐射能的54.5%)。

由于有氧气的情况下吸收太阳辐射导致的光氧化过程，聚合物的性质受到破坏。

在若干气候区内，生物因素也会对聚合物产生负面影响。这些因素包括霉菌、昆虫和啮齿动

物。这些因素在热带地区所起的作用特别明显，霉菌可分泌出分解聚合物的产物，某些种类

的昆虫还会吃聚合物材料。

太阳辐射导致聚合物受损的基本原因是UV辐射的作用。UV辐射导致颜料的薄膜生成、光氧化和化学变化，结果造成光泽损耗和变色。

大气条件下的太阳辐射可导致温度升高，温度升高又会使聚合物的物理与化学特性发生变化。

这些变化过程是在70℃以上温度下发生的，但温度和辐射的同步作用可加速这些变化过程。

湿度(空气、雨、雪、雾等)也会对聚合物的物理和化学特性产生负面影响。因湿度造成的聚

合物的化学变化取决于水解和光致水解过程。通过提高湿度、温度以及酸碱污染程度就可加

速水解过程。

降低聚合物耐光性的基本环境因素是太阳辐射、温度和湿度。

4.2 使聚合物和橡胶毁坏的化学因素

太阳辐射能足以分解某些种类的化学粘合剂。此外，光与氧气可使有机物质产生自由基或过

氧化物，这样就有可能使有机物质发生化学变化。例如，聚合物可在3个月后开始变坏，一

年之后其强度可下降50%。

PVC经过3个月的太阳辐射之后也开始变坏，使之变坏最有效的是波长达220～250nm的辐射，在有污染的情况下，破坏作用随波长的增加而加大。

在大气氧气、臭氧、热和太阳辐射的作用下，橡胶也会受到破坏。在大气条件下，橡胶会失

去延展性，太阳辐射可把这个过程加速5倍或更多倍。

波长接近300nm的日光可加速橡胶的氧化，并破坏其磁化特性。