产品防尘防水设计的常见误解 | IDC Talk

在设计产品过程中，考虑产品的使用或存储的环境是很重要的。

无论是在淋浴时佩戴的血糖监测仪、在极端天气条件下使用的卫星电话，还是在实验室条件下使用的医疗设备，确保这些设备的生命周期和功能的关键点之一，是异物防护，及在各自环境中使用的适用性。

有时它会在标准当中得到定义，例如60601-1规定，医疗电气设备应提供至少 IP21 的防护。

如果需要定义产品的防护级别，则要求对设备的使用方式及其特定需求有充分的了解。了解异物防护相关的常见误解，将有助于定义有意义的规范并确保设备设计得当。

人们总是在探讨设备时用到“防水”一词，但什么叫“防水”呢？

对某些人来说，防水是我的防水材料外套让我保持干燥，其他人则觉得他们可以在雨中或在游泳池中使用手机？

为了避免困惑，取而代之，我们最好使用“防水等级”。

另外，设备需要防护的唯一对象只有水吗？

IP等级由国际电工委员会 (IEC) 定义。它是一种标准，用于对设备提供的防护等级进行分类，防护等级不仅包括水，还包括固体和灰尘。该等级由两个数字定义，详见下表。更多信息请参阅 IEC 60529 – 外壳提供的防护等级。

此外，尽管IP等级是使用最广泛的异物防护标准之一，但这并不是唯一的标准。根据设备的不同，可能有更合适的等级标准。

钟表行业通常用ATM（一种压力单位）来表示防水等级，这相当于水下的理论深度。军事应用中使用的产品可能按照MIL-STD-810设计，该标准定义了一系列测试，包括水浸入以及盐和灰尘侵入。

IP标准中防水等级可分为两类：浸没和非浸没。

数字1到6都是非浸没，从垂直滴水开始，强度逐渐增加到泼溅和加压水流。等级是累加的，最高可达IPX6，通过IP66的设备也将通过IP54或IP21。

但是，IPX7、IPX8是专为浸没而设计的等级要求。这两个等级是逐渐累加的，但不是基于等级1-6之上的累加。因此IP68等级的外壳，有可能无法通过IP56所需的测试。

IPX9进一步复杂化了这一点，因为它可以防护加压水流。

为什么它们之间不是累加的关系？根据应用场景不同，原因也不同，但其中一个较大的区别是压力。浸没在水中会使外壳暴露在分布相对均匀的压力中，而加压水流会使外壳暴露在高压和低压的隔离区域中。这可能会导致组件弯曲或垫圈压缩不均匀 - 两者都可能导致水流渗入。

因此，视不同情况有必要对设备进行多个IP等级的测试。

在特定条件下能运行的设备，与被暴露于特定条件后仍可运行的设备，是两种情况。对其差异的认知很重要。

为通过IP等级，设备只需能够经受规定条件即可。一些智能手表可以禁用某些功能，以提高防水性能，以便在游泳时使用。在游泳后，手表会将残留的水排出，并再次启用全部功能。

了解用户的需求将使产品设计得更符合应用场景，如果可以在测试期间禁用某些功能，则可以减少开发中的复杂性。

IP68级设备并不意味着它适合用于所有与水有关的活动。IPX7和IPX8测试涉及实验室环境中的静态浸没。虽然这可以较为有效地定量化检测异物防护，但它并不特别代表真实世界的情况。

因为戴着设备游泳时，它不仅会受到静态水压，还会受到佩戴者在水中移动时产生的水压、由于深度变化而产生的压力变化以及用户入水时的冲击。

对于用于游泳或在类似环境中使用的设备，可能需要进行IP范围之外，更具体的测试，该测试由制造商定义。

除IP6X等级规定“全面防尘”之外，其余等级均为就产品内部暴露于异物（水或尘）所产生影响的防护。

在不损坏设备、导致设备无法按预期运行的情况下，异物的侵入是可接受的。这就需要分析异物进入外壳体所导致的风险，弄清会发生什么状况 – 如电子元器件是否会损坏、组件是否会生锈，或结构是否会受到损害等。

理解这些，就意味着在某些测试期间，异物从外壳体进入内部也可接受。

如上所述，一些智能手表在浸入水中后能排水；使用保护涂层可以保护电子元器件；在设计中加入通风口可以帮助排水或让水汽蒸发。

人们通常认为满足IP68/9等级的设计比满足IP56更具挑战性，但事实并非如此。

如前所述，IP等级标准之间的累加不会超过IPX6，且注射水流防护的设计挑战与全浸没于水中防护的设计挑战不同。

产品在水中浸没时，其密封件所有点受到的压力是恒定的。通过良好的设计和密封体的几何形状来确保垫圈被均匀压缩，便可实现防护。

然而，面对注射水流时，设备受到的不是恒定压力，其他因素（如组件刚度和柔韧性）在设计过程中变得非常重要。虽然不能说实现此类防护一定更具挑战性，但很可能要用不同的方法设计。

这强调了理解使用情景并在早期设计阶段定义异物防护需求的重要性。

海上作业环境增加了另一个风险要素，即：符合IP等级认证的设备可能无法抵御盐分的影响。

盐会增加腐蚀，加速损坏密封特征和零件。时间久了，设备就会出现因密封不足而有异物侵入到设备内部，进而影响零件的情况。而外部组件的性能也会被损坏或降低。

海水中，盐分并非增加异物侵入风险的唯一因素，还有水的纯度。硬度较高的水会导致水垢积聚，损坏机械装置并影响功能。因此在水质可能较硬的环境中使用设备，应将水的纯度也列为影响因素。

此外，肥皂和油会降低密封垫圈的有效性，从而在通常密封保护良好的情况下，造成异物侵入。要在有这些物质的环境中使用某些设备，如淋浴场景，则可能需要对设备进行更严格的测试。

IP等级测试应由第三方认证的独立测试机构进行。不过，也有自行认证或通过设计认为达到IP等级的情况。这种情况可能意味着，最终进入市场的产品虽然宣传为达到某个IP等级，但实际上并未经过严格、正式的测试，因此不建议这样做。

IP等级体系仅表征设备在生产制造完成时的所满足的防护情况，并不将随时间变化导致的防护情况的变化考虑进去。

智能手机在不同季节、在室内和室外使用、掉落或遭受撞击时，会受到热循环和压力的影响。

这些因素都可能通过损坏外壳和垫圈或使粘合剂变质来削弱异物防护性能。一段时间后，任何设计的异物侵入都可能不具参考性。任何具有IP等级认证的设备都会遇到这样的情况。

如果设备在其整个使用寿命期间均可能暴露于外部因素，则可能需要在测试流程中加入跌落测试或加速老化，以确保设备正常使用。

谨记以上讨论的常见误解，设计‘异物入侵防护’时最重要的是弄清设备的具体要求及其用户的需求，以定义防护级别。具体做法如下：

如在项目开始时就能很好地理解上述内容，就能更大程度上确保设备正常使用。而避免过度定义需求，也可以最大限度地减少设计挑战，并减少由于需求变化而导致的返工，从而更快地将产品推向市场。