GJB 4239中将环境试验分为自然环境试验、实验室环境试验和使用环境试验,电子装备防护涂层环境试验种类及应用如表3-4所示。
表3-4 电子装备防护涂层环境试验种类及应用
自然环境试验直接利用天然的大气、海洋(海水)和土壤等条件,所以自然环境试验条件取决于试验站的自然环境条件,这也是在不同地理区域选择某些环境因素及其综合影响中严酷度较高的地点建立试验站的原因。在自然环境的大背景下为突出某一个或几个环境因素的影响,可应用自然环境加速试验。由于自然环境试验的条件不可控,试验结果虽然真实但重现性较差且试验时间较长,导致相关单位开展自然环境试验的热情并不高。随着试验设备和试验设计技术的发展,实验室环境试验与自然环境试验的相关性不断提高,但就目前而言,自然环境试验在评价多个环境因素对材料、工艺的综合影响时依然不可替代。
实验室的环境条件是由试验设备控制的,可以按照试验目的进行设定,所以试验结果的重现性较高,目前用于确定防护涂层主要环境影响因素及研究失效机理。
环境试验在产品论证、研制、生产和使用阶段均有开展,但侧重点有所不同,下面对涂料研发、工艺筛选和寿命评价过程中环境试验的应用进行介绍。
由本书第2章可知,传统意义上的涂料由不挥发组分(成膜物质、颜料和助剂)和挥发组分(溶剂)组成,其中成膜物质是基础,对涂料性能起决定性作用;颜料是重要组成部分,可以改善涂层的附着力、机械强度、耐候性和防腐性等物理化学性能;助剂是为了改善涂料特定功能而加入的组分;溶剂是用于溶解成膜物质,干燥成膜后即挥发,很少残留于涂层内 [3,4] 。所以涂料的研发过程可以简要的概括为由涂料研制与生产企业负责,确定涂料中成膜物质与溶剂种类、颜料种类、助剂种类、确定组分含量及确定干燥条件(一般为温度与时间)的过程,如图3-6所示。
图3-6 涂料研发过程简要流程
涂料研制与生产企业的研发人员,在确定涂料组分含量和干燥条件时,一般要应用正交分析法来减少实际开展试验评价所需要的配方总量。即通过设计多因素多水平的正交表,确定各组分配比顺序和配比量,再根据对不同配比出的涂料开展一系列单项、快速、重现性高的性能评价试验,得出了该涂料最佳组分与干燥条件设计方案。
由此可见,在涂料研发过程中研发人员在根据正交分析确定组分配比的前提下,需要在短时间内开展大量单因素、快速、可重复的环境试验,得出相应试验结果。为保证最终研发产品能够满足使用环境的预期要求,常采用操作较为简便、试验周期较短、试验条件可重复的各类实验室环境试验方法评价。
与涂料研发过程不同,涂层工艺筛选对象包括涂料种类、配套体系和施工工艺,一般由装备研制单位负责。涂层筛选过程简要流程如图3-7所示,涂层筛选过程可概括为涂料应用单位(电子装备研制单位)在开展具体型号装备研制或改进工作时,为解决装备环境适应性问题,在多种理论上皆可满足设计需求,施工工艺可实现,且在当前国内外市场上能稳定采购的成熟货架产品,按照相关考核标准,开展对比试验和评价分析,在性能、成本、工程量等方面综合评估基础上,从中筛选出满足装备环境适应性设计需求的涂料及施工工艺的过程。
图3-7 涂层筛选过程简要流程
装备设计人员在开展不同涂层对比分析时,需要采用各种环境试验方法对涂料产品及其工艺进行耐环境性能考核。不过与涂料研发过程不同,由于具体型号研制工作一般都规划了一定的研制周期,且因筛选对象为货架产品,不需要开展大量的正交分析试验。在涂层筛选过程中,自然环境试验方法与实验室环境试验方法,视其目的不同,都得到不同程度的应用 [5,6] 。
若需要筛选出短时间内能够在各种极限环境下满足装备防护需求的涂层工艺产品,可应用实验室环境试验方法,能够快速有效的剔除理论上满足性能需求但实际工艺质量并不达标的产品;而若需要筛选出在综合恶劣环境下长期使用的防护涂层,推荐采用自然环境试验。
涂层寿命评价过程同样与具体型号装备的研制或改进工作息息相关。但与之不同的是,涂层寿命评价过程一般分为两个阶段,各阶段的负责单位与相关的试验方法略有区别,涂层寿命评价过程简要流程如图3-8所示。
图3-8 涂层寿命评价过程简要流程
在目前的型号研制过程中,涂层寿命评价实际上应建立在两部分工作的基础上。其一为涂层寿命预估工作,通常由装备研制单位负责,在装备研制阶段,通过应用各种实验室老化试验或虚拟仿真试验,对所选择的涂层使用寿命进行预估,主要是为了剔除明显不能满足寿命设计要求的涂层工艺体系;其二为涂层寿命考核工作,通常由装备使用单位负责或委托第三方负责,在装备定型阶段,通过应用与实际环境相关性较高的实验室综合环境试验或贴近真实使用条件的自然环境试验,对装备研制方选择的涂层使用寿命进行考核,主要是为了考核装备涂层工艺能否达到设计寿命的指标要求 [7,8] 。
值得注意的是,为了满足型号定型工作相关规程、文件或标准相关故障处理要求,在开展装备涂层使用寿命考核时,所采用的实验室环境试验方法,一般为更贴近装备实际使用环境综合试验方法,其施加的试验环境因素种类、量值、顺序和作用时间等要素,都比在研制阶段开展涂层寿命预估时要复杂与严格得多。