海洋装备用电缆南海海洋环境加速试验研究

闫 杰，何 俊，黄创绵，欧 永

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610；2.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心，广州 510610；3.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广州 510610；4.泰州赛宝工业技术研究院有限公司，泰州 225300）

海洋装备用电缆南海海洋环境加速试验研究

闫 杰1,2,3，何 俊1,2,3，黄创绵1,2,3，欧 永4

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广州 510610；2.广东省电子信息产品可靠性与环境工程技术研究开发中心，广州 510610；3.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广州 510610；4.泰州赛宝工业技术研究院有限公司，泰州 225300）

通过自然环境谱设计实验室加速试验谱，对交联聚烯烃护套电缆开展了南海海洋大气环境试验和实验室组合试验，并且根据外观、机械性能检测了护套在西沙户外不同周期大气暴露试验和实验室组合试验后的性能变化规律，并进行相关性计算。结果表明，由湿热、光老化和盐雾三种试验组成的组合试验与自然环境试验的相关强度是极强相关。

电缆；南海海洋环境；组合试验；相关性

海洋装备用电缆长期在严酷的海洋环境条件下使用时，太阳辐射、温度和湿度对电缆绝缘层老化影响最大，使得材料老化，造成短路起火等；盐雾、霉菌使得电缆导体腐蚀、绝缘老化降解，对电缆绝缘层失去弹性而变硬变脆。开展电缆大气暴露试验可真实反映各种环境因素对产品的影响，但其试验周期太长，一般需要几年甚至更长时间，而气候条件的不稳定性又导致其重现性较差。实验室模拟加速试验具有环境因素可控，试验周期短，重现性好等优点，虽然不能完全真实反映其在自然环境中的失效规律[1]，但从产品的研制周期要求上，可有效地缩短评定时间，更快地暴露产品缺陷。因此，电缆产品采用实验室模拟试验被大多数人所选择。

本文选用常用的交联聚乙烯绝缘交联聚烯烃护套海洋装备用电缆材料工艺，在南海西沙试验站进行海洋自然大气环境试验，并设计实验室加速模拟环境试验，观察其老化行为，并进行对比分析，分析其加速性与相关性，为选择合适的实验室模拟试验方法提供参考。

1 样品与试验

1.1 试验样品

本试验选用常用交联聚乙烯绝缘交联聚烯烃护套电缆样品进行西沙海洋自然大气环境老化试验和实验室模拟试验，样品如表1所示。

1.2 试验方法

1.2.1 自然环境试验

自然环境试验参照GB/T 3681-2001《塑料大气暴露试验方法》要求执行，在西沙试验站进行户外大气自然环境试验。试样固定在试验架上，朝南45°暴露试验。在试验过程中，按初始、6个月、9个月、12个月、18个月的试验周期，每种样品取5件平行样来综合评价。

1.2.2 实验室模拟试验

根据西沙试验站的气候特点及对电缆样品的影响因素分析，设计实验室模拟试验环境谱。首先针对西沙试验站户外环境因子参数编制自然环境谱。

1）温度—相对湿度谱

表2为西沙近三年户外温湿度谱。

由表2可知，西沙户外自然环境谱中的潮湿空气（温度为20 ℃以上且相对湿度在70 %以上）作用时间比例为89 %，干燥空气（温度为20 ℃以上且相对湿度为70 %及70 %以下）作用时间比例为11 %。实验室加速试验的高温高湿试验（40 ℃，RH为98 %）时间占比为90 %，高温低湿试验（40 ℃，RH为70 %）时间占10 %。考虑到高温低湿所占比例较小，对样品的影响可忽略不计，试验采用恒定高温高湿试验（40 ℃，RH为98 %）。

2）太阳辐射谱

该地域近3年的太阳辐射监测值（见表3）年均总辐射为6 851.1 MJ/m2，紫外辐射541.3 MJ/m2，占总辐射的7.9 %；年日照时数2 720.5 h，占全年时间的比例为30 %。实验室采用氙灯试验箱，试验中辐照量设定为0.51 W/m2（@340 nm），温度参考GB 2424，取T=65±3 ℃，相对湿度50 %±5 %。

表1 海洋装备用电缆试验样品

表2 2014年～2016年西沙户外温湿度谱

表3 2014年～2016年西沙户外月均日照时数

表4 2014年～2016年西沙户外月均氯离子含量

3）盐雾谱

根据对自然环境中的酸雨谱、污染介质谱和综合环境谱的分析，该地域无工业废气的作用，但存在盐雾介质的影响。根据近3年的盐雾沉降率，月极高值为5.081 8（mg/m3），表4描述的是近3年西沙户外氯离子含量。

由表4可知，户外盐雾试验可取盐雾暴露时间与CASS谱[2]一致，盐雾环境采用标准的NaCl中性盐雾（NaCl质量分数为5 %），pH=6.5～7.5，环境温度t为（35±2） ℃。

图1 户外使用海洋装备用电缆热带海洋环境加速试验环境谱

表5 样品在实验室加速模拟试验与西沙户外自然大气试验中的抗拉强度变化值（MPa）

表6 样品在实验室加速模拟试验与西沙户外自然大气试验中的断裂伸长率变化值（%）

综合以上环境因素的分析，编制西沙户外大气暴露试验加速环境谱（见图1）。模拟户外环境的加速试验环境谱应包括湿热、太阳辐射和盐雾三个试验块，共进行6个循环。

2 结果与讨论

2.1 外观评价

参照GB/T 15596-2009《塑料在玻璃下日光、自然气候或实验室光源暴露后颜色和性能变化的测定》进行样品目测外观评价。结果显示：电缆受试样品在西沙户外开展了18个月的自然大气暴露试验，以及根据加速环境试验谱开展的实验室试验后样品的外观会出现发白粉化现象，但未出现开裂等严重外观损伤，外观表现出较稳定的特性。

2.2 相关性评价

根据GB/T 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第11部分：通用试验方法厚度和外形尺寸测量机械性能试验》对试验后样品进行抗拉强度和断裂伸长率变化周期检测，表5、表6是受试样品护套材料的抗拉强度和断裂伸长率的变化趋势。

由Spearman秩相关系数法计算两者之间的相关系数：

设iX、iY分别为样品经过两种试验方法后测得的性能数据，其中，xi、yi分别为iX、iY的秩。由表5和表6计算可得，对于抗拉强度和断裂伸长率两种性能来说，相关系数都为0.94，可以说两种方法的相关性是“极强相关”。

3 结论

1）交联聚烯烃护套电缆在西沙暴露18个月后及实验室试验6个循环后，从外观上评价，都未有明显老化。

2）交联聚烯烃护套电缆西沙南海海洋自然环境试验与实验室组合试验的相关系数达0.94，相关强度为极强相关。

[1] 张如意.聚氯乙烯塑料制品的老化机理和防老化机理[J].焦作工学院学报, 1996(6):89-93,122

[2] Miller R N, Schuessler R L .Predicting Service Life of Aircraft Coatings in Various Environments [J]. Corrosion, 1989, 4:17-21.

A Study on Accelerated Test of Marine Equipment With Cables in the South China Sea

YAN Jie1,2,3, HE Jun1,2,3, HUANG Chuang-mian1,2,3, OU Yong4
(1.China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute, Guangzhou 510610; 2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Electronic Information Products Reliability Technology, Guangzhou 510610; 3.Guangdong Province Key Laboratory of Electron Information Product Reliability Technology, Guangzhou 510610; 4. Taizhou Industrial CEPREI Industrial Technology Research Institute, Taizhou 225300)

This paper designs the laboratory accelerated test spectrum through the natural environment spectrum, and carries out marine atmospheric environment test and laboratory test of composite crosslinked polyolefin sheathed cable in the South China Sea. And according to the appearance and mechanical testing of the sheath in Xisha’s outdoor different periodic atmospheric exposure performance changes after the test and combined test lab, the correlation is calculated. The results show that the correlation between the three kinds of experiments, which composed of damp heat, light aging and salt spray, is strongly correlated with the relative strength of the natural environmental test.

cable; marine environment in South China Sea; combined experiment; correlation

TM216.5；X828

A

1004-7204（2017）02-0007-04

1.广东省省级科技计划项目——海洋装备用电缆环境适应性检测技术研究与标准制定（NO：2016A040403034）。

2. 2015年工业转型升级强基工程——装备环境适应性公共技术服务平台基金资助（NO：TC150B5C0/41）。

闫杰（1979年-），女，山东宁阳人，硕士，从事环境工程技术研究工作，高级工程师。