L'impermeabilità è un aspetto fondamentale per i progettisti elettronici e meccanici che intendono utilizzare i propri prodotti in ambienti umidi o esterni. Elettronica di consumo, controller industriali, sistemi LED per esterni, sensori intelligenti, accessori di tracciamento, alimentatori e dispositivi elettronici medicali devono essere resistenti all'esposizione frequente a umidità, pioggia, variazioni di umidità, immersioni sotto pressione e schizzi senza rompersi. Test di resistenza all'acqua Conferma l'integrità della tenuta mediante modellazione in condizioni reali in condizioni di laboratorio controllate. Indipendentemente dal fatto che la compressione dell'involucro si basi sulla compressione della guarnizione, sulla saldatura a ultrasuoni, sulla sigillatura di O-ring, sull'incollaggio o su barriere polimeriche formate, le misurazioni del percorso di perdita e l'identificazione del percorso di perdita consentono di individuare i primi segni di affaticamento della tenuta prima che diventi irreversibile.
La maggior parte dei guasti di tenuta non può essere individuata immediatamente. La diffusione dell'umidità inizia solitamente dai pori microscopici che circondano viti, punti di ingresso dei cavi, membrane di sfiato e interfacce dei connettori. Se non rilevata, l'umidità raggiunge gradualmente i circuiti interni, dove la corrosione inizia a creare una decomposizione elettrica permanente. I test di impermeabilità regolamentati consentono LISUN per identificare le vulnerabilità prima di distribuire i prodotti.

Comprendere lo scopo della convalida dell'impermeabilità

La valutazione basata sull'acqua non è pensata solo per immergere i campioni in un ambiente liquido; tuttavia, è pensata per simulare le condizioni di stress che i prodotti normalmente subiscono durante il loro normale ciclo di vita. Nelle installazioni all'aperto, si verificano forze di pioggia schizzata e penetrazione del flusso attraverso le giunzioni dovute alla gravità, differenziazione nelle temperature cicliche e lentezza della diffusione attraverso guarnizioni deboli. Queste influenze vengono replicate in un test di resistenza all'acqua utilizzando il flusso direzionale, la profondità di pressione e i tempi di esposizione prolungati, anziché semplicemente bagnare la superficie.
I prodotti impermeabili IPX8 sono sottoposti a test di immersione continua per verificare che le camere interne siano asciutte. Mentre i prodotti resistenti agli schizzi sono sottoposti a brevi periodi di esposizione, i prodotti IPX8 resistono a esposizioni più lunghe alle profondità stabilite.

Procedure di laboratorio fondamentali applicate durante l'esposizione all'acqua

Le strutture di laboratorio professionali progettano test su tre livelli: esposizione preliminare, esposizione di resistenza e ispezione post-esposizione. Durante l'esposizione preliminare, viene eseguita una bagnatura preliminare della superficie del campione per evidenziare le aree di tenuta più deboli.
Quando si induce un'esposizione prolungata, la pressione e i valori temporali aumentano notevolmente. Con cicli di esposizione più lunghi, le guarnizioni si comprimono in modo diverso a causa dell'elasticità del materiale. Ci sono guarnizioni che si gonfiano e si chiudono in questo modo, e altre che si contraggono in caso di umidità prolungata.
I test post-esposizione vengono utilizzati per verificare la presenza di goccioline nelle piazzole di contatto interne, nelle tracce dei PCB e nell'alloggiamento metallico, nei terminali delle batterie o nelle finestre ottiche. Nelle procedure di verifica più avanzate, le misure di continuità elettrica vengono eseguite non appena il componente viene immerso e mantenuto bagnato per codificare alcuni scenari utente reali.

Test basati sull'immersione e modellazione del mondo reale

I test sono prove di immersione in cui l'immersione viene simulata in serbatoi d'acqua con acqua a temperatura regolata, a cui non è consentito espandersi e perdere. I materiali di tenuta sono sottoposti a forze di compressione verso l'interno quando la pressione aumenta. In ambienti esterni, la pressione idrostatica varia con la profondità, ma non con la superficie. La certificazione di impermeabilità IPX8 è attribuita a questa pressione idrostatica, che a sua volta determina profondità e tempo. I valori di resistenza possono variare da mezz'ora a diverse ore.
La tecnica di immersione consente di sigillare i punti deboli degli attuatori dei pulsanti, delle finestre di vetro, dei coperchi di ricarica e delle giunzioni. Le sacche d'aria create negli adesivi sono molte delle cause di guasti agli involucri. Le sacche intrappolate, una volta immerse, si comprimono in modo sproporzionato e portano alla creazione di microcanali attraverso i quali può verificarsi l'infiltrazione di acqua.

Verifica del flusso d'acqua direzionale

Il flusso direzionale è importante poiché gli oggetti non presentano un ristagno d'acqua omogeneo. La pioggia e gli schizzi d'acqua colpiscono le superfici con un'angolazione che varia a seconda del luogo di installazione. Ad esempio, si possono avere delle colonnine di ricarica accessibili al pubblico, montate in verticale con la traiettoria rivolta verso il basso. Le luci esterne sotto la grondaia subiscono una pressione di spruzzo frontale a causa della deflessione della superficie.
L'esposizione direzionale viene implementata anche nelle procedure di prova di resistenza all'acqua mediante la somministrazione di ugelli angolati. Ciò conferma la resistenza al flusso in base alla quantità di moto, e non solo alla pressione di immersione. A seconda del tipo di apparecchiatura, le portate, le distanze degli ugelli e le pressioni di impatto variano.

Influenza della temperatura nell'analisi impermeabile

Anche la temperatura è un fattore diretto, poiché le guarnizioni si gonfiano o si restringono in relazione alle variazioni ambientali. Quando una macchina ha componenti elettronici interni caldi, all'improvviso si verifica un calo della pressione interna quando la macchina viene esposta ad acqua fredda. L'acqua circostante, a sua volta, cerca di riempire i proiettili prodotti durante la contrazione. Questo effetto è modellato dal test, che preriscalda i dispositivi.
I dispositivi di raffreddamento vengono utilizzati anche per testare la condensa all'interno degli involucri quando questi sono mantenuti in aria umida. La condensazione idraulica si verifica lungo i confini interni e apre le aperture. Il controllo dell'impermeabilità non si limita all'immersione, ma si estende ai parametri dinamici dei cicli di temperatura.
Tabella: Valori rappresentativi utilizzati nei comuni cicli di test di impermeabilizzazione

Valutazione per moduli di comunicazione ed elettronica intelligente per esterni

Nei dispositivi elettronici a bassa tensione utilizzati all'aperto, come pali di ricarica, segnalatori di sicurezza, trasmettitori di sensori, box di connettività stradale e nodi alimentati a energia solare, la tenuta stagna è di grande importanza. L'umidità nelle porte dati o nei circuiti RF provoca variazioni dell'impedenza strutturale e reset imprevisti. Il metallo condensato si ossida rapidamente formando piccole macchie metalliche. L'analisi dell'impermeabilità consente alla comunicazione dati di rimanere stabile per tutto il ciclo di vita.
Già oggi, le batterie chiuse in piccoli scomparti producono calore, favorendo la formazione di vapore. Se la condensa persiste nel pacco, si verifica una corrosione dei terminali. Pertanto, misurazioni immediate della conduttività post-test consentono di accertare l'affidabilità della durata di vita dei terminali della batteria.

Applicazioni nell'elettronica di consumo compatta

I clienti sono alla ricerca di dispositivi elettronici più piccoli e portatili, con cicli di vita molto lunghi e che possano essere utilizzati in spiaggia, immersi in acqua o persino sotto la pioggia con facilità. Smartwatch, custodie per la ricarica wireless degli auricolari, dispositivi portatili con codice a barre e controller indossabili sono completamente testati per l'immersione.
Sebbene questi dispositivi integrino interfacce di tenuta miniaturizzate, le loro superfici sono più sensibili alla pressione. In caso di guasto delle valvole di equalizzazione della pressione, un'immersione imprevista causa un guasto irreparabile. I punti deboli del sistema di ventilazione vengono rilevati con precisione precondizionando il dispositivo ad alte temperature e caricandolo il prima possibile.
Altri hanno una membrana di sfiato idrofobica che consente il passaggio dell'aria ma impedisce l'ingresso di liquidi. I programmi di test di resistenza all'acqua indicano l'integrità delle membrane al termine di carichi di flessione, vibrazioni o ripetute aperture dei coperchi incernierati.

Figura: Apparecchiatura di prova resistente all'acqua

Valutazione della tenuta nei componenti industriali

I test di impermeabilità degli assemblaggi industriali non vengono eseguiti con un piccolo spruzzo d'acqua, ma piuttosto con un uso intensivo di grandi volumi d'acqua che si accumulano attorno agli involucri. I sistemi di guarnizioni in silicone, i sistemi O-ring multistrato o gli alloggiamenti sigillati a compressione sono strutture di tenuta pesanti che a prima vista sembrano molto resistenti, ma mostrano una variazione delle prestazioni nel tempo. La compressione costante riduce l'elasticità delle superfici delle guarnizioni, soprattutto se sottoposte a cicli di calore.
La fatica delle guarnizioni è causata dall'immersione in acqua per lunghi periodi. In base ai risultati dei test, i produttori modificano la profondità della scanalatura, la coppia di pressione, la durezza della guarnizione o lo spessore delle piastre di montaggio. Quando gli alloggiamenti in plastica si dilatano sotto l'azione dell'assorbimento chimico dell'acqua, le variazioni dimensionali distorcono l'allineamento delle guarnizioni e l'acqua inizia a fuoriuscire dalle sezioni laterali.

Conclusione

Un organizzato test di resistenza all'acqua Non implica, ma certifica scientificamente le prestazioni di tenuta. L'esposizione reale comporta esposizione direzionale, lunghi periodi di esposizione, temperatura, deformazione indotta dalla pressione e perdite causate dalla condensa. È solo nella simulazione controllata in laboratorio che si manifestano i punti deboli che verrebbero individuati troppo tardi quando il campo sarà operativo.
Quando gli sviluppatori di prodotti sono interessati alla certificazione di impermeabilità IPX8, il test di immersione diventa un test di resistenza alla continuità anziché un test di bagnatura superficiale. Con una combinazione di esposizione al serbatoio statico, analisi del flusso direzionale, precondizionamento con shock termico e successiva diagnostica di ispezione, lo studio di impermeabilità tende a essere un controllo ingegneristico, ma non più una formalità di conformità.
Utilizzando una ricostruzione precisa delle sollecitazioni ambientali, i test di impermeabilità garantiscono un funzionamento affidabile a lungo termine, protezione dalla corrosione dei componenti elettronici, maggiore sicurezza per i consumatori e prevengono i guasti sul campo causati dall'acqua che solitamente si manifestano dopo il funzionamento.

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