郭萍，徐高楠，陳鍇彬

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 511370）

引言

電連接器能夠在各類電氣設(shè)備和電子系統(tǒng)中起到電氣連接和信號傳遞的功能，是一種基本的電子元器件，也是一個完整電氣系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。特別是在軍用武器裝備中，電連接器的可靠性直接影響了裝備的性能與可靠性。電連接器在貯存、運(yùn)輸、使用等完整壽命周期的各個階段，都會受到嚴(yán)苛的環(huán)境條件作用[1]。霉菌作為自然界中存在的微生物，在合適的環(huán)境條件下會快速繁殖，造成對電連接器的侵蝕[2]。霉菌試驗(yàn)也成為電連接器可靠性評價(jià)中重要的考核項(xiàng)目[3]。

本文介紹了電連接器的霉菌試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，并分析了大量產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果，為產(chǎn)品的防霉設(shè)計(jì)提供了參考。

1 霉菌侵蝕作用

按照侵蝕原理的差異，霉菌在快速繁殖過程中對周圍物質(zhì)的侵蝕作用可以分成原發(fā)性侵蝕和繼發(fā)性侵蝕兩種[4]：

1）原發(fā)性侵蝕

霉菌在生長過程中，直接將產(chǎn)品的材料作為營養(yǎng)物質(zhì)，使產(chǎn)品的材料被分解和消耗。導(dǎo)致產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)被破壞，物理性能下降。

2）繼發(fā)性侵蝕

霉菌不以產(chǎn)品的材料作為營養(yǎng)物質(zhì)，并對其進(jìn)行分解和食用。但霉菌在生長過程中的分泌物能夠?qū)Ξa(chǎn)品材料起到腐蝕作用，從而損壞產(chǎn)品。

從表1 可以看到，在產(chǎn)品所使用的有機(jī)材料能夠作為霉菌營養(yǎng)物質(zhì)的情況下，產(chǎn)品材料將會被分解，并導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。由于不同霉菌的特性(如所需的營養(yǎng)物質(zhì)、分解材料的原理等)存在差異，使得不同霉菌能夠侵蝕的材料類型也有所不同。GJB 150.10A-2009《國家軍用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)方法——霉菌試驗(yàn)方法》被廣泛應(yīng)用于電連接器的霉菌試驗(yàn)中，表2 整理了GJB 150.10A 中涉及到的霉菌類型和特點(diǎn)[5]。

表2 GJB 150.10A 中常用的菌種信息表

2 霉菌試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)

目前，對于電子產(chǎn)品和裝備，國內(nèi)外均制定了相關(guān)的霉菌試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，如MIL-STD-810《環(huán)境試驗(yàn)方法和工程導(dǎo)則》、GB 2423.16-1990《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程》、GJB 150.10A-2009《國家軍用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境試驗(yàn)方法——霉菌試驗(yàn)方法》等。其中，GJB 150.10A被廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)軍用電子產(chǎn)品及武器裝備的霉菌試驗(yàn)中，也是進(jìn)行電連接器霉菌試驗(yàn)的主要參考標(biāo)準(zhǔn)。GJB 150.10A 中對霉菌試驗(yàn)的進(jìn)行方法[6]規(guī)定如下：

1）樣品擺放：按照詳細(xì)規(guī)范或其他技術(shù)要求，以懸掛或擺放的方式，將樣品擺放在試驗(yàn)箱內(nèi)；

2）預(yù)處理：將擺放號的樣品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下（（30±1）℃、（95±5）%RH）存放至少4 h；

3）接種：使用噴霧器，將混合號的袍子懸浮液噴在樣品表面和棉布材質(zhì)的對照條上。對于非永久密封的樣品，在樣品內(nèi)部也需要進(jìn)行噴霧接種；

4）開始試驗(yàn)：完成噴霧接種后，應(yīng)立即開始試驗(yàn)；

5）試驗(yàn)條件：試驗(yàn)箱內(nèi)需要保持（30±1）℃、（95±5）%RH 進(jìn)行至少28 天的試驗(yàn)。圖1 為試驗(yàn)過程的示意圖；

圖1 霉菌試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)樣品和對照條

6）試驗(yàn)中檢查1：在試驗(yàn)進(jìn)行了七天后，檢查每個對照條是否有不少于90 %的表面被霉菌覆蓋。若是，則繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)；若否，則需要重新進(jìn)行試驗(yàn)；

7）試驗(yàn)中檢查2：當(dāng)試驗(yàn)時間滿足試驗(yàn)條件時，對照條上的霉菌生長應(yīng)比試驗(yàn)7 天時有所增加，若無，則需要重新進(jìn)行試驗(yàn)；

8）試驗(yàn)后樣品檢查：試驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)立即對樣品的長霉情況進(jìn)行檢查，并盡可能在試驗(yàn)箱內(nèi)完成檢查工作。如在試驗(yàn)箱外進(jìn)行檢查，則需要在8 h 內(nèi)完成；

GJB 150.10A 以0~4 級五個等級描述樣品霉菌試驗(yàn)結(jié)果的好壞，具體的評定方法見表3。

表3 GJB 150.10A 中霉菌試驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 電連接器的霉菌試驗(yàn)結(jié)果

電連接器由接觸件、絕緣體、外殼等三大單元組成。除三大基本單元以外，根據(jù)不同的使用場景，具體型號的電連接器還可能包含連接環(huán)、密封件、線纜、電纜組件等不同配件。電連接器的不同配件往往使用完全不同的材料，例如密封件主要為橡膠，而外殼則多采用塑料。根據(jù)霉菌的侵蝕原理，霉菌侵蝕作用的強(qiáng)弱與被侵蝕產(chǎn)品的材料屬性相關(guān)。因此電連接器的各組成部分對霉菌的敏感程度將存在差異。本文通過整理大量的霉菌檢測試驗(yàn)，得到1 488 件電連接器或電連接器配件的霉菌試驗(yàn)結(jié)果。所有樣品均按照GJB 150.10A 規(guī)定的方法開展霉菌試驗(yàn)，并按照GJB 150.10A 記錄了樣品的長霉等級。表4 匯總了所有霉菌試驗(yàn)的結(jié)果。

表4 所有樣品霉菌試驗(yàn)結(jié)果匯總

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，1 488 件樣品在經(jīng)過28 天的霉菌試驗(yàn)后，整體上呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1）67.5 %的樣品長霉等級為0 級，18.5 %的樣品長霉等級為1 級，即86.0 %（67.5 %+18.5 %）的樣品在試驗(yàn)結(jié)束后，完全不長霉或僅有微量霉菌生長。這說明有86.0 %的樣品具有較好的抗霉菌侵蝕能力；

2）5.6 %的樣品長霉等級為3 級，0.9 %的樣品長霉等級為4級，即6.5 %（5.6 %+0.9 %）的樣品在試驗(yàn)結(jié)束后，樣品上生長了大量的霉菌。這說明有6.5 %的樣品抗霉菌侵蝕能力較差。在實(shí)際使用過程中，將會有較大的風(fēng)險(xiǎn)，受到霉菌侵蝕；

3）7.5 %的樣品長霉等級為2 級，樣品輕度長霉。這說明有7.5 %的樣品抗霉菌侵蝕能力一般。在實(shí)際使用過程中，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，受到霉菌侵蝕。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 基于樣品所屬電連接器部位的試驗(yàn)結(jié)果分析

將進(jìn)行了霉菌試驗(yàn)的1488 件樣品，按照所屬于電連接器的部位劃分，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理。整理結(jié)果見表5。按照電連接器的組成部位劃分，表5 將樣品分成了10 個類別。根據(jù)樣品霉菌試驗(yàn)的結(jié)果，將樣品的抗霉菌侵蝕能力分成了3 個等級：長霉等級為0 級和1 級的樣品抗霉菌侵蝕能力被定為較強(qiáng)；長霉等級為2 級的樣品抗霉菌侵蝕能力被定為一般；長霉等級為3 級和4 級的樣品抗霉菌侵蝕能力被定為較差。表5 統(tǒng)計(jì)了各個樣品類別內(nèi)，不同抗霉菌侵蝕能力的樣品數(shù)量和在類別內(nèi)的比例，圖3 為不同類別內(nèi)，各抗霉菌侵蝕能力樣品占比的柱狀圖。

表5 電連接器及電連接器配件霉菌試驗(yàn)結(jié)果

分析表5 和圖2，能夠得到以下幾點(diǎn)：

圖2 各長霉等級的樣品試驗(yàn)后外觀

圖3 不同類別內(nèi)，各抗霉菌侵蝕能力樣品占比柱狀圖

1）在所有類別中，抗霉菌侵蝕能力較強(qiáng)的樣品占比最高的為熱縮管和線纜，分別為95.2 %和94.1 %。并且這兩個類別中抗霉菌侵蝕能力一般和較差的樣品占比為所有類別中也是最低的。因此熱縮管和線纜在所有類別樣品中，抗霉菌侵蝕能力最佳。這說明在抗霉菌侵蝕方面，當(dāng)前電連接器所使用的熱縮管和線纜的生產(chǎn)工藝上已比較成熟；

2）在所有類別中，抗霉菌侵蝕能力較差的樣品占比最高的為電纜組件，為15.6 %。電纜組件的功能是固定和支撐電連接器中的線纜，其材質(zhì)多為單一的塑料。導(dǎo)致電纜組件出現(xiàn)嚴(yán)重霉菌侵蝕結(jié)果比例最大的原因可能是，當(dāng)電纜組件表面的抗霉涂層質(zhì)量較差，或在生產(chǎn)、運(yùn)輸、試驗(yàn)過程中出現(xiàn)劃損后，其核心材質(zhì)塑料直接暴露在霉菌環(huán)境中，而這類材料又能夠作為霉菌的營養(yǎng)物質(zhì)，易被霉菌直接侵蝕，從而導(dǎo)致大面積的霉菌生長結(jié)果；

3）在所有類別中，抗霉菌侵蝕能力較強(qiáng)的樣品占比最低的為公母端和插合連接器，均為80.0 %。并且這兩個類別中抗霉菌侵蝕能力較差的樣品占比，在所有類別中也僅低于電纜組件，分別為13.3 %和12.0 %。綜合分析，可以說這兩個類別樣品在所有類別中，擁有最差的抗霉菌侵蝕能力。這可能是因?yàn)橄啾扔谄渌悇e，公母端和插合連接器的結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，為多種材料和配件組裝而成，例如金屬材料的插針和插孔、橡膠材質(zhì)的絕緣層、塑料材質(zhì)的外殼等。所使用的材料類別多，其中包含易被侵蝕的材料可能性就隨之增加，從而導(dǎo)致霉菌試驗(yàn)結(jié)果最差。但值得強(qiáng)調(diào)的是，公母端和插合連接器也是所有類別中最接近成品連接器的，因此其試驗(yàn)結(jié)果也更能說明當(dāng)前電連接器的防霉質(zhì)量。

4.2 基于菌種差異的電連接器試驗(yàn)結(jié)果分析

1 488 件樣品進(jìn)行試驗(yàn)過程中，有226 件樣品接種的霉菌為GJB 150.10A 規(guī)定的菌種組2（黃曲霉、球毛殼霉、雜色曲霉、繩狀青霉、黑曲霉），疊加短柄帚霉，定義為類比1；另外1 262 件樣品接種的霉菌為菌種組2，疊加短柄帚霉和土曲霉，定義為類別2。表6 按接種菌種的不同，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了整理和統(tǒng)計(jì)。圖4 為接種不同菌種的樣品各長霉等級占比柱狀圖。

圖4 接種不同菌種的樣品各長霉等級占比柱狀圖

表6 不同菌種的試驗(yàn)結(jié)果對比

分析表6 和圖3 可知：

1）完全沒有長霉的樣品(即長霉等級為0 級)在類別1 中占比為92.9 %，而在菌種里增加了土曲霉的類別2 中占比則僅為62.9 %，占比減少了30.0 %；

2）長霉等級為1 級和2 級的樣品在類別1 中占比分別為4.9 %和2.2 %，比在類別2 中的占比（21.0 %和8.4 %）少了16.1 %和6.2 %；

3）類別1 中的樣品未出現(xiàn)嚴(yán)重長霉的情況（即長霉等級為3 級和4 級），而該情況在類別2 中占比為7.7 %（6.6 %+1.1 %）。

可以明顯看到，類別2 的試驗(yàn)結(jié)果要遠(yuǎn)差于類別1。這可能是因?yàn)轭悇e2 中增加的土曲霉，對電連接器有較強(qiáng)的侵蝕作用。土曲霉能夠?qū)⑺芰献鳛闋I養(yǎng)物質(zhì)，并形成直接侵蝕。結(jié)合統(tǒng)計(jì)結(jié)果和土曲霉的特性，建議當(dāng)電連接器的使用場景中可能存在土曲霉時，需要加強(qiáng)塑料件的抗霉菌侵蝕防護(hù)措施。

5 結(jié)語

前文對霉菌侵蝕作用和電連接器的霉菌試驗(yàn)方法及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹，并對大量樣品的霉菌試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比和分析，發(fā)現(xiàn)電連接器不同配件之間的抗霉菌侵蝕能力存在明顯差異；不同菌種對電連接器的侵蝕作用也存在明顯差異。本文分析和討論的試驗(yàn)結(jié)論，在一定程度上反映了當(dāng)前電連接器的抗霉菌侵蝕能力，可對產(chǎn)品的研制和使用提供參考。但試驗(yàn)屬于實(shí)驗(yàn)室活動，樣品和試驗(yàn)條件均受到控制，而實(shí)際使用現(xiàn)場的情況將更為復(fù)雜和多變。因此在運(yùn)用本文的試驗(yàn)結(jié)論時，也需要考慮產(chǎn)品的實(shí)際使用環(huán)境，從而更好地保證產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中的抗霉菌侵蝕效果。