湿熱試験は、次の 5 つの主要な機能を備えた一般的に使用される実験方法です。
1. 材料の耐湿性と耐熱性を評価する
2. 電子製品の信頼性を検証する
3. 塗料の耐候性試験
4. 材料の老化メカニズムを研究する
5. 製品の信頼性と品質を評価する
その機能はさまざまな分野で広く使用されています。
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1.湿熱試験とは何ですか?
湿熱試験技術は主に次の用途に使用されます。
1. 湿潤環境が製品に及ぼす影響を調査します（開発および設計段階での研究実験）。
2. 製品の防湿性能を確認します（開発・生産段階での品質検査または型式試験）。
3. 湿気の多い環境で使用する場合の製品の安全性と信頼性を評価します (安全性または信頼性テスト)。
試験後に決定される主な指標は、通常、製品の電気的および機械的特性を確認することと、一部のサンプルの腐食を確認することです。
湿熱試験には一般に 3 種類あります。 このうち定湿熱試験は主に一般電気・電子製品に適しています。 ストレス重大度レベルは低く、テスト機器の要件は高くありません。
熱と湿度を交互に繰り返す試験は、過酷で複雑な環境の製品に適しています。 軍用規格の湿度と熱のテストは、実際には熱と湿度を交互に繰り返すもので、複雑な環境で使用される、またはそのような環境で使用される可能性のある軍用製品や通信製品に適しています。 交互湿熱または湿熱試験には、温度、湿度、継続時間、サイクルに関する要件が定湿熱試験よりも厳しく、軍事規格の湿熱試験はさらに厳しいです。 したがって、製品が交互湿熱または軍事規格で要求される湿熱試験にさらされている場合は、一定の湿熱試験を行う必要はありません。 一般に、重要かつ重要な製品や軍事機器については、信頼性試験計画を策定したり試験概要を作成したりする際に、一定の湿度と熱の試験は選択されません。 3 つの湿熱テストの厳しさの順序は、低から高まで、「一定湿熱」、「交互湿熱」未満、「（軍事規格）湿熱」未満です。 重要度は、プロジェクトが多ければ多いほど良いという意味ではないことに注意してください。
2. 湿熱試験条件の物理現象
湿熱試験では、温度と湿度が連携して何らかの物理現象を形成し、サンプルの表面または内部を湿らせます。
1. 吸着現象：
気体分子（湿熱試験では水蒸気分子）は、空間中を移動する際に固体（試料）の表面に衝突することがあります。 一定数の分子が固体表面に衝突し続けると、それは宇宙に戻る前に固体物質（試料）の中に存在しなければなりません。 表面は一定時間「留まる」。 このとき、表面のガスの濃度は空間の濃度よりも高くなり、結露が発生します。 ガスが固体表面に「留まる」この現象は吸着と呼ばれます。 したがって、吸着は固体表面におけるガスの凝縮と蒸発の間の中間プロセスであるとも言えます。 実験結果によると、ガス吸着量は固体材料の特性、平衡時のガスの温度と圧力に関係します。 温度が低く、圧力が高いほど、吸着容量は大きくなります。 （興味のある学生は関数関係式を学習できます）
物理吸着はファンデルワールス引力によって起こり、吸着層は一般に多分子層になります。 吸着速度が速く、吸着に必要なエネルギーも小さく、一般に低温で行うことができる。 湿熱試験では物理吸着が最も一般的な現象です。
2.結露現象：
結露は実際には水分子が試料に吸着する現象ですが、試験温度が上昇すると発生します。 加熱段階中、サンプルの表面温度が周囲の空気の露点温度よりも低い場合、水蒸気がサンプル表面で凝縮して液体になり、水滴が形成されます。 交互湿熱試験の加熱段階では、サンプルの熱慣性により、サンプルの温度上昇は試験室の温度よりも遅れます。 そのため、表面に結露が発生します。 表面凝縮の量は、サンプル自体の熱容量、加熱速度および加熱段階での相対湿度によって決まります。 熱湿交互試験の冷却段階でも、密閉シェルの内壁に結露が発生します。
3. 拡散現象：
拡散は分子運動の物理現象です。 拡散の過程では、分子は常に濃度の高い場所から濃度の低い場所へ移動します。 湿熱試験中に、空気中の水蒸気がより濃度の低い物質に拡散する速度は、フィックの法則で表すことができます。 したがって、湿熱試験における拡散による水分の侵入は、試験条件における絶対湿度や温度だけでなく、試料の材質にも依存します。
4. 吸収現象（循環現象とも言います）。
水蒸気は通常、空隙を通って材料に入ります。 水蒸気が隙間を通過する速度は、穴の大きさによって異なります。 細孔の大きさが水分子の直径より小さければ、水蒸気は侵入できません。 宇宙空間では水蒸気が空気と混合しているため、水蒸気の侵入速度も水蒸気と空気の混合比と密接な関係があります。 水蒸気と空気の比率が1：1の場合、80度の飽和空気に相当する水蒸気量を限界とします。 この制限を超えるものはすべて高蒸気圧と呼ばれ、この制限を下回るものはすべて低蒸気圧と呼ばれます。 次に、水蒸気がギャップに入るメカニズムについては個別に説明します。
① 低蒸気圧下での水蒸気侵入メカニズム：温度と水蒸気圧が変化しない状態（恒湿加熱試験に相当）では、水蒸気は主に拡散により隙間に侵入し、その速度は主に空気抵抗に依存します。ギャップ（透過係数）と空隙サイズ（空隙のサイズも進入率に影響しますが、大きくは影響しません）。 温度が変化すると（熱と湿度の交互試験に相当）、隙間の両側の水蒸気圧の差により、水蒸気を含む空気が強制的に通過します。 このとき、侵入率はギャップ抵抗やギャップサイズだけでなく、ギャップ両端の水蒸気圧差にも関係します。 一定の湿熱試験と交互の湿熱試験では作用機序が異なることがわかります。
② 蒸気圧が高い条件下では、水蒸気の侵入速度はギャップ径に関係します。 ギャップの直径が水分子の平均自由行程より小さい場合、水蒸気の侵入は分子流になります。 ギャップの直径が平均自由行程よりも大きい場合、流入速度は粘性流になります。 ギャップ径が上記の中間の場合は遷移流となります。 蒸気圧が高い場合、水蒸気の侵入速度はギャップのサイズに応じて変化します。これは、水分の侵入を加速するために温度を上昇させると、ギャップのサイズが異なると速度も異なり、加速倍数も異なることを示しています。 。
まとめると、吸収による水蒸気の侵入は、温度と水蒸気圧（絶対湿度）、そして材質によって決まります。
5. 呼吸:
密閉されたサンプルのキャビティ内の温度変化によって引き起こされる内気と外気の交換を呼吸と呼びます。 恒湿交互試験の冷却段階では、急激な温度低下により密閉キャビティ内の気温が低下したり、キャビティ内壁の結露によりキャビティ内の圧力が低下し、吸引現象が発生し、外部から湿った空気を吸い込みます。 したがって、呼吸の冷却段階で吸入される一回換気量は、温度変化率と絶対湿度に関係します。 この呼吸現象は、試験温度が変化するときに発生するだけでなく、密閉された回転モーターなど、密閉されたシェルを備えたサンプルが断続的に動き、シェル内のコイルが交互に加熱または冷却されるときにも発生します。 湿気の多い環境で使用されるモーター製品では、この呼吸により水分を吸収し、水となって凝縮し、長期間シェル内に蓄積することが珍しくありません。
3. さまざまな種類のサンプルに対する湿気による劣化の影響
一般に、サンプルの水分には 2 つの形態があります。1 つは表面水分で、通常は結露と表面吸着によって引き起こされます。 もう 1 つは体積水分で、水蒸気の拡散と吸収によって引き起こされます。 場合によっては、サンプルの表面に吸着される水分が一定のレベルに達すると、水分の体積が加速します。 空洞のある密閉型サンプルの場合、内部が直接高湿状態にさらされることはありませんが、試験温度の変化による呼吸により隙間や亀裂から外部の水分が内部に侵入し、内部湿気が発生します。 同時に、拡散と吸収の現象により、湿気が隙間から閉じたシェルに侵入する可能性もあります。 また、有機材料の貝殻によっては、拡散現象による吸湿量が安定レベルに達すると、水分が貝殻を突き抜けて貝殻内に侵入する場合があります。 表面および体積上の水分によるサンプルの劣化の影響とは、機械的特性 (サイズと強度) および非機械的特性 (電気的特性およびその他の特性) を指します。 2つの変化。
4. 湿熱試験条件と実際の湿潤環境との関係
湿熱試験の温度と湿度の条件は、一般に実際の環境におけるよりまれな条件をシミュレートしており、効果の持続時間は実際の環境よりもはるかに長くなります。 したがって、シミュレーションの観点からは、自然条件よりも過酷であり、サンプルに対して加速効果があります。 上で説明したいくつかの物理現象によって引き起こされる湿気のメカニズムによれば、異なる材料や構造のサンプルの試験結果はまったく同じではないことがわかります。 したがって、汎用的な人工湿熱試験法において統一された加速係数を求めることは困難である。 特定の特性または単一の特性を持つサンプルの場合にのみ、分析と実験比較の後に、より適切な加速係数を決定できます。 高温多湿環境の分類と試験の厳しさの対応関係は、長年にわたって完全に解決されていない問題です。 人工湿熱試験法の厳しさレベルは、試験条件と試験サイクル数で構成されます。 試験条件は通常、サンプルを使用する実際の環境条件に対応しており、試験サイクル数の選択はより複雑です。 通常、試験サイクル数は、サンプルの特性とその主なメカニズムに対する水分や熱の影響を総合的に分析して決定されます。 一般に、自然試験や現場での動作試験の結果と比較し、それらの関係を調べた上で、適切なサイクル数を選択します。 しかし、これまでのところ、国際的に見ても、人工湿熱試験と自然条件との関係を表現するための普遍的に適用可能な数学モデルはまだ開発されていません。 そのため、試験法規格では推奨サイクル数が推奨されていますが、実際の応用には依然として多くの問題があります。
湿度と熱のテスト期間は、製品の長期保管期間の最も信頼できる基準となります。 現在の知識によると、特に在庫品における腐食に影響を与える基本的かつ最も重要な要因は、倉庫内の相対湿度であることがわかっています。 相対湿度が低い場合、温度が上昇しても腐食速度は急速には増加しません。 それらは次のような経験的な関係に従います。
式中：A——錆びの度合い
H——相対湿度(%)
t——大気温度（度）
k——金属材料の種類に関係する定数
この関係に従って、異なる条件下での異なる金属材料の腐食度を得ることができます。 この関係によれば、大気中の相対湿度(H)が65%の場合、腐食度はA=0となり、この条件下では金属材料は錆びないことになります。 しかし、相対湿度が65%を超えると金属が錆びやすくなり、湿度や温度が高くなると錆の度合いは急激に増加します。
長期保管または加速腐食試験のいずれであっても、もう 1 つの一般的な問題は点母材腐食です。 その多くは、浸漬塗装や梱包工程での凹凸、溶解工程での「介在物」（主に鉄介在物）、プレス工程での凹凸や傷による「ゴミの混入」などが原因です。 表面処理前、補修面は見当たりません。 したがって、点錆は除去するのが最も困難な腐食源でもあります。 交互湿熱試験の冷却段階での呼吸は、特定の種類のサンプルではより明白です。 したがって、試験方法では冷却速度と湿度の問題が特に重視されます。 湿った熱が交互に繰り返される中で温度変化が大きくなり、冷却中に相対湿度が高くなり、高湿度が長時間続くと、断熱材の湿気が悪化します。
5. 湿熱試験の意義
一定の湿度と熱は、最初に温度を上げてから湿度を上げる（最初に除湿し、次に冷却する）ことによって結露を回避します。結露は主に、高温高湿環境におけるサンプルによる水蒸気の吸着、吸収、拡散によって製品の故障を引き起こします。 。
交互湿熱では、高湿度条件下での温度サイクルによって生じる凝縮と乾燥の交互プロセスを利用して、サンプルの内部に入る水蒸気を呼吸させ、それによって腐食プロセスを加速します。
6. 湿熱試験の中断処理
1. 恒湿恒温試験
試験中の突然の停電など、特別な理由により試験を強制的に中断する場合には、以下の方法で運用することをお勧めします。
1) 中断中にボックス内の環境条件が許容誤差範囲を超えない場合、中断時間は合計テスト時間の一部とみなされる必要があります (一般に、中断後にボックス内の環境を復元するのに間に合うように電源がオンになります)。瞬間的な停電）。
2) 中断処理中にテスト条件が許容誤差の下限値を下回った場合は、再度必要なテスト環境に到達し、指定されたテスト時間が完了するまで誤差範囲外のテスト時間を排除する必要があります。
3) テスト状況が発生した場合は、テストを中止し、新しいサンプルで再テストすることをお勧めします。 必要な試験条件を超えても試験サンプルの特性に直接的な損傷を与えるものではないと関係技術者が判断した場合、またはサンプル製品が修理可能な製品である場合、第2条に従って処理することができます。サンプルが後続のテストで不合格になった場合、そのテスト結果は無効であると見なされます。
2. 温湿交互（耐湿性試験）試験方法
1) 機器レベルの湿熱試験
試験中に突然の停電などの特別な事情により試験が中断された場合は、以下の方法で操作することをお勧めします。
① ボックス内の環境条件が中断中に許容誤差範囲を超えない場合、中断時間は合計テスト時間の一部とみなされます。
② 中断中のボックス内の環境条件が許容誤差の下限値を下回った場合、中断前の最後の有効なサイクルの終点（つまり、中断点が存在するサイクル）から試験を再開する必要があります。見つかった情報は無効です);
③ 検査が発生した場合は、検査を中止し、新しい検体で再検査することをお勧めします。 必要な試験条件を超えても、試験サンプルの特性に直接的な損傷を与えるものではないと関係技術者が判断した場合、またはサンプルが修理可能な製品の場合は、箱内の環境を必要な環境条件に戻し、必要な環境条件に戻すことができます。テストは続行できます。 サンプルが後続のテストで不合格となった場合、そのテスト結果は無効であると見なされます。
2).デバイスレベルの湿熱試験
テスト中の突然の停電などの特殊な状況によりテストが中断された場合、指定されたサイクル数 (最後のサイクルを除く) が完了する前に、予期しないテスト途中が 1 回以上発生しなければ、サイクルをやり直すことができます。 最後のサイクル中に予期しないテスト中断が発生した場合は、サイクルをやり直すだけでなく、中断されないサイクルが必要になります。 24 時間を超えて中断した場合は、テストを最初から最後までやり直す必要があります。
7. 湿熱試験の有効作業スペースの決定
恒湿熱試験、交互湿熱試験、温湿度複合サイクル試験などの湿熱試験。
GB/T 2423.3 恒湿熱試験では、±2 度の温度許容差が指定されています。
GB/T2423.9Cb 恒湿熱試験の 4 つの温度レベルで指定された温度許容差は ±2 度、相対湿度許容差は ±3% です。
GB/T 2423.4 交互熱湿度試験で指定された上限温度では、温度許容差は ±2%、相対湿度許容差は ±3% です。 下限温度では、温度許容差は±3度です。 相対湿度要件は 95% です。
GB/T 2423.34ZD の温湿度複合サイクル試験における湿気暴露サイクルの上限温度では、温度許容差は ±2 度、相対湿度許容差は ±3% です。 相対湿度は温度に関連するパラメータです。 ボックス内の温度が異なると、相対湿度も異なります。 相対湿度の違いは、加湿方法、風速、制御精度などにも関係します。加湿方法と空気循環量は一般に固定されており、制御精度は適切なメンテナンス、手入れ、正しい操作手順によってのみ保証されます。 小さな温度差と小さな温度変動だけで相対湿度差を小さな値に保つことができるため、その有効作業スペースは一般に高温試験のスペースよりも小さくなります。
GB/T 2423.3 は次のように指摘しています: この規格で指定されている相対湿度許容差を必要な範囲内に維持するには、作業空間内の任意の 2 点間の温度差が瞬間的および短期間で 1 度を超えてはなりません。温度変動もより小さな範囲内に維持する必要があります。 さまざまな熱湿度試験の有効スペースを決定するには、相対湿度を測定することによっても判断する必要があります。 これは、さまざまな熱や湿度のテストを実施するときに、テストされたサンプルが常に指定された許容範囲内にあることを保証するためです。
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