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彈性體材料介電擊穿強(qiáng)度測(cè)試探討
彈性體材料由于其*的彈性、穩(wěn)定的電 氣性能，以及眾多的品種,使之逐漸在各大電力 電子產(chǎn)品中出現(xiàn)，如電力電纜、電力附件、接線 盒以及電力電子封裝等等。在這些應(yīng)用中，材料 的介電強(qiáng)度這一性能成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一項(xiàng)主要 參考性能，也影響著產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、適用范圍以及 使用壽命。這項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)異與否,決定了產(chǎn)品的 應(yīng)用表現(xiàn)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
因此，材料介電強(qiáng)度的測(cè)試成為一項(xiàng)應(yīng)用 廣泛的參考性測(cè)試，在很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)中作為重 要參考指標(biāo)。但在我們實(shí)際工作中卻發(fā)現(xiàn)了問 題：介電強(qiáng)度的測(cè)試很容易受各種因素的影響， 從而使測(cè)試結(jié)果與產(chǎn)品的實(shí)際表現(xiàn)有偏差。
在不同配方材料的實(shí)際應(yīng)用過程中，往往 發(fā)現(xiàn)介電強(qiáng)度測(cè)試數(shù)據(jù)較高的材料，未必在實(shí) 用中能獲得很好的應(yīng)用結(jié)果；而介電強(qiáng)度測(cè)試 數(shù)據(jù)較低的材料，有時(shí)卻能獲得較好的應(yīng)用結(jié) 果。相同的最終產(chǎn)
品，使用不同的材料，引起不 同的結(jié)果，通常是生產(chǎn)工藝的不穩(wěn)定造成的，其 次才是材料本身的原因。但是排除了工藝原因 后，我們發(fā)現(xiàn)介電強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的不可靠性也 會(huì)引起產(chǎn)品表現(xiàn)的差異。
1 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
目前我國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，用于測(cè)試彈性體 材料介電強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 1408.1和GB/T 1695。GB/T 1408.1'。針對(duì)的是通常意義的絕緣 材料、熱固性材料、熱塑性材料。GB/T 1695'1針 對(duì)的是橡膠材料，參考TASTM D149—97a131標(biāo) 準(zhǔn)。但兩份標(biāo)準(zhǔn)都只作了軟質(zhì)和硬質(zhì)兩種區(qū)分標(biāo) 準(zhǔn)，這樣的區(qū)分對(duì)于如硅橡膠彈性體這種硬度 相差較大的種類，就產(chǎn)生了一些問題。
同時(shí)我們查找了電力標(biāo)準(zhǔn)I EC標(biāo)準(zhǔn)。 IEC 60243'4］中也沒有明確提到彈性體類產(chǎn)品。 這一直是彈性體材料廠家爭(zhēng)論的焦點(diǎn)
正是由于標(biāo)準(zhǔn)的不明確，為彈性體的介電 強(qiáng)度檢測(cè)造成了一定的誤解和誤操作目前IEC 正在修iriEC 60243,希望能在以后的新版本中 獲得更多弾性體的測(cè)試方案。
1 材料硬度
我們認(rèn)為，材料硬度是造成測(cè)試結(jié)果不可 靠的關(guān)鍵性因索對(duì)于硅橡膠來說，從非常軟 的凝膠到非常硬的固體膠，范圍非常廣。研究發(fā) 現(xiàn)，邵爾A硬度大于50的砧橡膠材料，其介電強(qiáng) 度測(cè)試結(jié)果比較穩(wěn)定.受硬度影響??；而邵爾A 硬度小于50的材料，則會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定。
在邵爾A硬度20?50范圍內(nèi)，材料在介電強(qiáng) 度的測(cè)試中很容易產(chǎn)生偏差這個(gè)硬度范圍在 GB標(biāo)準(zhǔn)中通常屬于軟質(zhì)橡膠，使用1 mm試片測(cè) 試但由于材料比較軟，厚度薄，所以在實(shí)驗(yàn)前， 測(cè)試厚度的精度就不容易掌握，容易產(chǎn)生偏差 在放置試片進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候也容易產(chǎn)生變形， 加載電極時(shí)因?yàn)殡姌O質(zhì)址而產(chǎn)生壓扁現(xiàn)象，從 而*影響測(cè)試結(jié)果（如圖1所示）變形后，材 料測(cè)試厚度變薄，使材料實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)偏小，不 能真實(shí)反映材料的實(shí)際性能
邵爾A硬度小于20的硅橡膠基本以凝膠為 主，材料硬度很低，力學(xué)強(qiáng)度低，有自粘性。這 類膠應(yīng)使用GB/T 1408.1中5.1.9 “充填膠球狀電 極方法"測(cè)試。但由于凝膠本身具有較強(qiáng)的自 粘性，這種方法在材料制樣及電極放置時(shí)，很難 避免空氣夾雜和與電極的*貼合，造成測(cè)試 結(jié)果波動(dòng)范圍很大，失去了實(shí)際應(yīng)用的參考價(jià)值 （見圖2）。
目前的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)使用的是如圖3所示的典 型電極裝置⑴圓柱形電極的芭徑可以有所不 同這類裝置的優(yōu)勢(shì)在于片狀樣品易于制備和 加工可惜的是，樣品界面不可避免地會(huì)產(chǎn)生 預(yù)擊穿放電，引發(fā)不必要的電應(yīng)力，造成界面擊 穿這種受干擾的測(cè)量數(shù)值與材料的實(shí)際值是 存在差異的如1 mm厚的片狀有機(jī)硅彈性體樣 品的介電強(qiáng)度在20?40 kV/mm之間（具體取決 于不同的電極裝置），即使材料的一此明顯改性 （塑化、交聯(lián)度等）也不會(huì)引起介電強(qiáng)度的劇烈 變化.因此，這種測(cè)試有機(jī)硅彈性體的方法是有 局限性的。
如果利用圖4 （a）所示的埋入式電極測(cè)量，那 么有機(jī)硅彈性體的介電強(qiáng)度會(huì)超過10（）kV/mm 使用埋入式電極裝置測(cè)量，硬度等參數(shù)對(duì)介電 強(qiáng)度有著明顯的影響
由于一些彈性體（例如三元乙丙橡膠）要制 備成填充樣品比較復(fù)雜，所以常常采用片狀樣品 澆注的方法［圖4（b）］
大量研究表明，適當(dāng)?shù)慕?jīng)典電極裝置與合適的填充材料組合，也能夠獲得與埋入式電極 所用樣品相同級(jí)別的介電強(qiáng)度，并有利于更好 地研究材料改性
多種電極選擇以及實(shí)驗(yàn)方法的不同，造成 我們實(shí)際檢測(cè)中選型的困難，也加大r不同材料 對(duì)比的難度
另一方面.無論是IEC標(biāo)準(zhǔn)還是GB標(biāo)準(zhǔn)，都 沒有乂寸測(cè)試時(shí)上電極的負(fù)載做明確的說明在 實(shí)驗(yàn)過程中，將電極加載在試樣上，為了保證與 試樣的緊密貼合，會(huì)人為施加一個(gè)壓力在上面， 這個(gè)壓力的不確定性，增加了被測(cè)試片變形的不 確定性，造成誤差，由于無明確負(fù)載說明，所以 各廠家生產(chǎn)的電極也會(huì)有質(zhì)量偏差，造成進(jìn)一 步的不確定性。
4試樣表面質(zhì)量
試樣表面質(zhì)量也影響著測(cè)試結(jié)果通常我 fl I都會(huì)關(guān)注試樣表面的清潔程度，但也有些地 方容易被忽略
(1) 平整度：試樣表面如有凹陷或缺陷，將 會(huì)影響電極貼合程度，影響測(cè)試結(jié)果
(2) 光滑程度：現(xiàn)在有些模具經(jīng)過噴砂或特 氣龍?zhí)幚磉@種模具制成的樣片，表面均有細(xì)小 的波動(dòng)，通常情況下影響不大，但.測(cè)試波動(dòng)有時(shí) 會(huì)在0.5 kV左右。
(3) 試樣內(nèi)部缺陷：這是最容易忽略的地 方,特別是使用液體硅橡膠或凝膠制樣時(shí)由于 材料黏度小，容易裏夾空氣，再內(nèi)部形成細(xì)小的 氣孔這些氣孔在外表面是很難彼發(fā)現(xiàn)的，但卻 會(huì)極大地影響測(cè)試結(jié)果
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，材料介電強(qiáng)度的測(cè)試，由于標(biāo)準(zhǔn)中方法的不足，以及對(duì)應(yīng)材料性狀的差異，容易產(chǎn)生各種測(cè)試結(jié)果的差異在排除了人為操作失 誤、設(shè)備誤差等方面的原因后，我們應(yīng)更關(guān)注于 上面所提到的測(cè)試條件，以獲得穩(wěn)定可靠的性能數(shù)據(jù)。
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