低气压试验线缆密封方法研究及应用

秦杰，莫永文，解禾

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广州 511370； 2 广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广州 511370；3.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 511370）

引言

低气压试验设备不断地升级，以系统或平台为试验对象进行环境试验也日渐增多，这类试验因配套线缆规模庞大也对试验的开展带来了不少困难。低气压试验是通过对法兰板进行加工，例如增加阀门或接线柱，也可以实现电缆，管线的穿舱，虽然这种方法比较可靠，但这样做，效率和经济性还有利用率较差。如何针对大量的线缆、通风管道和通油管道等从引线孔处引出后对试验箱进行有效的密封。并保证在试验中不漏气，同时兼顾试验效率和经济性。目前国内还缺乏这方面有关的总结，本文是以笔者遇到的一些低气压密封过程的困难和解决进行归纳。

1 线缆密封流程

根据低气压试验的试验特点，分析试验样品进行低气压试验的密封的全过程为见图1 所示。

图1 试验线缆密封流程

2 密封处漏气主要原因

密封漏气的一般是由试验条件、密封工艺、密封介质和线缆保护层等因素造成，见表1。

表1 漏气的因素

3 密封处漏气检查

漏气检查就是用一定的手段将示漏物质加到被检密封处，再用仪器或某一方法检测出漏孔。受限于操作和线缆的空间狭窄，线缆规格不一，表面工艺复杂，在密封过程存在孔洞、裂纹或间隙等缺陷，外部大气通过这些缺陷进入箱内，致使系统达不到预期的低气压值，这种现象称为漏气。造成漏气的缺陷称为漏孔[2]。漏孔尺寸微小、形状复杂[3]。这时需要进行检测找出孔隙并进行二次填堵密封。并在试验中监视密封处可能发生的泄漏及其变化。低气压试验的密封往往做完试验即拆除所以从成本和效率的考虑，检漏的方法比较简单。见表2。

表2 检漏方法

4 影响密封漏气的条件

4.1 试验条件

温度、湿度、高度试验中低温低气压环境条件和高温高湿环境条件的急剧交替变化对密封处产生的影响[4]。如在某产品剪裁的试验剖面，见图2。环境应力有温度、湿度、低气压和进行性能测试，期间还有风冷散热方式，辅助冷却空气5 ℃、144 Nm3/h。

图2 试验剖面

4.1.1 温度

根据资料显示，温度是影响密封介质变化的关键因素之一，当密封位置处于低温时，密封介质可能会硬化开裂，当密封介质和引出线缆材料的收缩程度不一致，两者间形成缝隙则造成漏气。相比较低温，高温对密封介质响影响更大，影响密封处的温度除了来自试验温度外，还有因引线孔狭小而线缆过密，截面面积超过40 %，当有负载电流通过时，会产生的热量且不易散发，温存在引线孔内，随着电流不断增加，线缆的局部温度也随之提升，当大量的线缆聚拢密封后发热更大和积温，再叠加试验温度，如在GB/T 2423.26 标准的中最高温度有155 ℃[9]，见图3。在高温下密封介质的材料分子加速运动，流动性增强，导致密封介质软化和脱落使密封处的间隙暴露，最后在压差的作用下密封介质不断往箱内吸扯，漏气量越来越大。

图3 温度、气压和持续时间的组合

图4 试验剖面

4.1.2 机械应力

样品在工作时，密封的引出线缆（管道）需要进行通油、通气和通液体等，这一过程线缆会有不断的涨伏和律动，还有样品或箱外的测试设备自身工作时的振动，以及相关人员无意触碰拉扯使引出线缆偏移造成密封处出现间隙或开裂，这种间隙在箱内箱外的气压差作用下也会造成漏气并扩大。

4.1.3 气压差

气压差是随着温度、振动和时间而共同作用密封处。气压差对使用可塑性密封介质的密封处影响较大，密封时要保证足够的厚度，避免因密封介质太薄在试验中被内外压力差作用下密封失效导致漏气。使用固化型的密封介质时，密封处存在较多间隙，尽量涂敷均匀和完整，并开展试验前要检查密封介质是否已经凝固，如果在密封介质没凝固下进行试验，会使缝隙密封介质不断吸扯扩大，漏气量变大，而遗漏的间隙过多容易在试验中被内外压差的作用下将密封的整组线缆往箱内拽或吸扯造成漏气。当密封处存在较大孔隙时，在密封引出线缆后用金属板对较大的孔隙盖上密封，见图3。而稍小孔隙直接则通过填充热熔胶后再密封。

4.1.4 时间

在GJB 150.24A-2009 中对试验持续时间的要求或达到10 个循环，某些试验单位剪裁的条件在低气压段中保持超过30 多个小时。大部分的漏气不是在试验开始就出现的，而是在试验开展后的一段时间出现的。密封过程中由于某些间隙没密封或密封介质没有彻底凝固就开展试验，刚开始由于真空泵的抽压能力大于漏气量，能暂时保证气压值满足要求，但是随着时间推进，间隙逐渐扩大使密封失效造成漏气。

4.2 密封工艺

由于试验人员缺乏相关培训，如对于低气压的气压差没有概念，对线缆构造和密封介质特性缺乏了解，还有实施密封中较为随便，密封后也不进行泄漏检查就立即开展试验导致试验中漏气。

4.3 线缆保护层

电缆线束一般由导体、绝缘层、屏蔽层、内衬层、铠装、和保护层等组成，部分电缆线束的屏蔽层或防护层等具有敞开式结构、高柔软性、伸缩性和松弛的特点在密封中存在大大小小的孔隙，试验人员难以彻底密封或密封介质无法黏附造成漏气。除了上述的线缆还有一些通油、通液氮和冷却空气的管道，其在工作时内部的介质流动时也会影响密封效果。

4.4 密封介质

适用于低气压试验密封介质可分为可塑型和固化型两大类，前者是泥状物质，但是可塑性强，填堵密封效率快。后者是流体状液体，流动性强，能更好的渗透进缝隙且能凝固。不同密封介质的其的特性不同，应根据线缆和条件选用合适密封介质进行密封提高试验效率，避免在试验中由于密封介质发生如裂缝、收缩、流变性等物理性能的变化和受拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等机械应力的作用造成漏气。

5 解决密封漏气的方法

通过上述分析可知在低气压环境下密封漏气是由试验条件、密封工艺、密封介质和线缆保护层造成。失败的密封会增加后续试验人员再次密封难度，严重的会影响试验进度。线缆多和细的情况下，小间隙比较多，如果直接用热熔胶密封，由于热熔胶硬化快，难以完全渗透线缆间隙就硬化了致漏气。其难以清理，后续重新密封困难，见图5（a）。线缆太多和不规则时，其间隙大和复杂，用真空泥密封，难以填满的凹凸处，且密封介质会受力变形和开裂，见图5（b）。试验条件无法调整和改变，通过对密封流程进行梳理并形成指导文件对试验人员进行系统培训，对新员工安排有经验的工程师指导其开展试验，试验前对试验区域相关人员进行告知，防止误触碰并贴上相关警示标识和围栏进行物理隔离来预防没必要的漏气情况的发生。本文重点通过对线缆进行预处理和放置要求，密封介质的选用和密封工艺等方面介绍解决漏气的方法。

图5 失败的密封案例

5.1 引出线缆预处理

线缆管道密封密封失效致漏气的形式多种多样，见图6。低气压试验引出的线缆种类繁多，见图7，按其结构外形特点有这几大类，分别是普通线缆、管道和防护套管线缆。普通线缆是指表面是包裹紧实的绝缘层或保护层，其表面光滑，密封介质容易粘附在其表面形成紧实密闭的包裹层。管道是指连接各个功能件的软管、硬管，其作用是在各功能件之间传递各种介质（油液、冷却液和气体等）。

图6 密封失效类型

图7 线缆管道种类

防护套管线缆是指线缆防护和屏蔽的外层比较特殊，如编织类网管具有良好的扩充性、透气散热性和伸缩性，用于电缆的捆束和保护[6]。还有热缩套管和屏蔽套管等，起到防磨、防电磁干扰、防油等作用。以及使用海绵胶带、纸胶带及塑料布这类材料对线缆进行缠绕保护。上述的防护材料在密封前必须进行处理，处理办法有以下几种：

第一种用剥线钳将线最外面的编织物，如铜网层环绕一圈剪除，一定要调好刀子的深度，避免伤到里面的线，并将编织层往两端捋到预定的长度再进行密封，见图8（a）。第二种在屏蔽线缆的连接端拆除编织层，并将编织层往另一端捋，捋至合适的位置再进行密封，这样的好处是避免破坏屏蔽层，试验后再安装回去，见图8 （b）。第三种是将屏蔽线最外面的编织物如铜网层划开一个口，使用流动性强的密封胶挤灌到其内部再进行密封见，图8（c）。另外还有一些类似海绵胶带、纸胶带及塑料布这类保护层也可以通过合适的方法去除后再密封，见图8（d）。

图8 保护层、屏蔽层等处理方法

5.2 线缆位置要求

摆放时线缆不能交叉叠加，要捋直。线缆过多，导致太重下坠的情况，需支撑起来，放置粗、硬和重的线缆到引线孔底层，细、软和易损坏的线缆则放上层。将同系统和同类型的线缆放一组，尽量避免将不同的线缆混杂进行密封造成漏气，线缆数量多的情况下，应将线缆分别放置不同的引线孔，防止线缆发热的温度过高，见图9 （a）。通风和通液等管道要避免和线缆一同密封，避免工作时管道膨胀或振动造成密封漏气而找不到漏气点，见图9（b）。根据线缆组的大小选择对应的法兰板，引线孔内的线缆位置要包裹好海绵，减轻温度传递到密封处造成密封漏气。

图9 线缆摆放

5.3 密封介质选用

试验时，为使箱内形成真空环境，需要对引出的线缆使用密封介质进行密封，按密封介质的特性将划分为三种：一是固化型密封介质有硅橡胶、单组份室温固化密封胶和有机硅灌封胶，由于其良好的浸润能力，很容易把间隙填满及粘贴，达到密封目的。二是可塑型密封介质有真空泥、压敏型胶粘材料、防爆胶泥和防水泥，这类密封介质是通过填塞接合部分的间隙获得密封。其中还有一种是热转固化型密封介质是热熔胶，一般只作填充物。从试验条件、线缆规格、试验效率和经济性等方面将介绍以下几种密封介质见表3 和图10。

表3 密封介质技术参数对比

图10 密封介质种类

5.4 低气压引线孔密封方法

由于密封处可操作空间非常狭小，有的间隙甚至无法直接看见，密封只能凭借经验和手感，如果试验人员密封前缺乏分析和准备。则导致试验中出现各种问题[7]。如漏气、效率慢和清理难[8]。笔者根据经验总结出以下几种密封方案作参考。

5.4.1 组合密封介质密封法

对于线缆形状规格不一导致的较大孔隙，由于硅橡胶的粘度小、流动性强，涂覆到线缆的间隙时会漏胶流走，先使用热熔枪加热将熔化后的热熔胶液填涂较大孔隙。由于热熔胶对温度很敏感，冷却硬化很快，热熔胶液流动不顺畅时，则容易出现间隙，因此填涂完一处后快速填涂另外一处位置，遵循填涂一层线缆再铺一层线缆填涂，热熔胶冷却后容易与线缆表面脱粘形成裂缝，所以需涂覆硅橡胶在热熔胶和线缆的表面，见图11，为避免试验中硅橡胶未固化造成漏气，需24 h 后彻底固化后方可进行试验。该硅橡胶搭配热熔胶密封适用大部分线缆的孔隙。

图11 组合密封介质密封

5.4.2 模具密封法

对于线缆规格相较一致和孔隙大情况下，使用膏状的单组份室温固化密封胶进行密封，线缆遵循从最底层依次放一层填涂一层，最后将线缆表面和法兰板两侧的接触面填涂，再压实线缆，为了防止滴胶和漏胶造成的缝隙，通过采取吸水性强的纸包裹着线缆，见图12，由于液体的表面张力会将纸牢牢吸附在其表面，也有助密封胶更好的包裹间隙，密封胶通过纸张的纤维缝隙渗透到表面与法兰板的金属面接触密封，期间根据需要可以往线缆内部和纸张表面注胶进行密封。引出线缆和缝隙较多时，使用通用型胶枪将密封胶挤灌到线缆内部进行密封，见图12 （a），加快填涂速度和提高试验效率。

图12 纸裹附密封法

5.4.3 模具密封法

当引出线缆数量和种类多时，试验人员手工填涂比较困难和耗时，为了提高密封的效率和成功率，通过使用硅胶模具，见图13，直接进行整体浇注，主要包括填充，保压，固化，脱模等四个阶段。将有机硅灌封胶的A 胶和B 胶，两种胶按比例10 ∶1 进行混合搅拌均匀，再将混合胶注入包裹住的线缆的模具中，其粘度低，渗透性佳，能渗透到线缆间隙内，减少灌胶的不均匀、坑洼现象和线缆间缝隙，待彻底固化后脱模进行试验。且该组线缆将其从法兰板拆除后，可再次密封使用，见图13。

图13 模具注胶成型法

5.4.4 快捷经济型密封法

通过使用可塑性密封介质对线缆进行较便捷的密封，按照使用频率来看首先是真空泥、防爆胶泥、压敏型胶粘材料和防水泥，见图14。这几类可在密封后立即开展试验。除了防水泥以外的，其余三种密封介质拆除后可以重复使用。密封步骤；一把粘贴位置处理干净，视间隙大小，二是取出适量泥胶，把泥胶搓弄柔软方便粘贴，三把线缆粘贴位置干净，用力粘在其表面；使两根线缆或物品通过泥胶粘合在一起，达到固定和粘贴的目的。除了上述提到四种密封法，试验人员应该灵活发挥，根据实际需要进行密封，只要能达到密封效果。如软管类需要使用固化型密封胶单独进行密封，可防止膨胀和变形。

图14 快捷经济型密封法

6 结束语

首先通过对低气压试验的引线孔密封漏气现象进行分析，得出漏气是由于引出线缆线束数量多、重量大、发热量大和保护层工艺复杂，管道（油液、冷却液和气体）在工作时的膨胀和温度较低冷缩，在长时间的单应力和综合应力切换和循环，以及试验人员缺乏经验造成密封失效漏气。本文通过采取对线缆的预处理，使用不同的密封介质和密封工艺对样品的引出线缆密封来减少密封漏气的发生，给低气压试验相关的从业人员作一定的指导和参考。