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弹性体材料介电击穿强度测试探讨

发布时间:2022-04-13      点击次数:742

弹性体材料由于其*的弹性、稳定的电 气性能,以及众多的品种,使之逐渐在各大电力 电子产品中出现,如电力电缆、电力附件、接线 盒以及电力电子封装等等。在这些应用中,材料 的介电强度这一性能成为产品设计的一项主要 参考性能,也影响着产品的设计、适用范围以及 使用寿命。这项指标的优异与否,决定了产品的 应用表现和长期稳定性。

因此,材料介电强度的测试成为一项应用 广泛的参考性测试,在很多产品设计中作为重 要参考指标。但在我们实际工作中却发现了问 题:介电强度的测试很容易受各种因素的影响, 从而使测试结果与产品的实际表现有偏差。

在不同配方材料的实际应用过程中,往往 发现介电强度测试数据较高的材料,未必在实 用中能获得很好的应用结果;而介电强度测试 数据较低的材料,有时却能获得较好的应用结 果。相同的最终产

品,使用不同的材料,引起不 同的结果,通常是生产工艺的不稳定造成的,其 次才是材料本身的原因。但是排除了工艺原因 后,我们发现介电强度测试结果的不可靠性也 会引起产品表现的差异。

测试标准

目前我国的相关标准中,用于测试弹性体 材料介电强度的标准是GB/T 1408.1GB/T 1695GB/T 1408.1'。针对的是通常意义的绝缘 材料、热固性材料、热塑性材料。GB/T 1695'1 对的是橡胶材料,参考TASTM D149—97a131 准。但两份标准都只作了软质和硬质两种区分标 准,这样的区分对于如硅橡胶弹性体这种硬度 相差较大的种类,就产生了一些问题。

同时我们查找了电力标准I EC标准。 IEC 60243'4]中也没有明确提到弹性体类产品。 这一直是弹性体材料厂家争论的焦点

正是由于标准的不明确,为弹性体的介电 强度检测造成了一定的误解和误操作目前IEC 正在修iriEC 60243,希望能在以后的新版本中 获得更多弾性体的测试方案。

材料硬度

我们认为,材料硬度是造成测试结果不可 靠的关键性因索对于硅橡胶来说,从非常软 的凝胶到非常硬的固体胶,范围非常广。研究发 现,邵尔A硬度大于50的砧橡胶材料,其介电强 度测试结果比较稳定.受硬度影响小;而邵尔A 硬度小于50的材料,则会产生不稳定。

在邵尔A硬度2050范围内,材料在介电强 度的测试中很容易产生偏差这个硬度范围在 GB标准中通常属于软质橡胶,使用1 mm试片测 试但由于材料比较软,厚度薄,所以在实验前, 测试厚度的精度就不容易掌握,容易产生偏差 在放置试片进行测试的时候也容易产生变形, 加载电极时因为电极质址而产生压扁现象,从 而*影响测试结果(如图1所示)变形后,材 料测试厚度变薄,使材料实际检测数据偏小,不 能真实反映材料的实际性能

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邵尔A硬度小于20的硅橡胶基本以凝胶为 主,材料硬度很低,力学强度低,有自粘性。这 类胶应使用GB/T 1408.15.1.9 填胶球状电 极方法"测试。但由于凝胶本身具有较强的自 粘性,这种方法在材料制样及电极放置时,很难 避免空气夹杂和与电极的*贴合,造成测试 结果波动范围很大,失去了实际应用的参考价值 (见图2)

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目前的测试标准使用的是如图3所示的典 型电极装置⑴圆柱形电极的芭径可以有所不 同这类装置的优势在于片状样品易于制备和 加工可惜的是,样品界面不可避免地会产生 预击穿放电,引发不必要的电应力,造成界面击 穿这种受干扰的测量数值与材料的实际值是 存在差异的如1 mm厚的片状有机硅弹性体样 品的介电强度在2040 kV/mm之间(具体取决 于不同的电极装置),即使材料的一此明显改性 (塑化、交联度等)也不会引起介电强度的剧烈 变化.因此,这种测试有机硅弹性体的方法是有 局限性的。

如果利用图4 a)所示的埋入式电极测量,那 么有机硅弹性体的介电强度会超过10(kV/mm 使用埋入式电极装置测量,硬度等参数对介电 强度有着明显的影响

由于一些弹性体(例如三元乙丙橡胶)要制 备成填充样品比较复杂,所以常常采用片状样品 浇注的方法[图4(b)]

大量研究表明,适当的经典电极装置与合适的填充材料组合,也能够获得与埋入式电极 所用样品相同级别的介电强度,并有利于更好 地研究材料改性

多种电极选择以及实验方法的不同,造成 我们实际检测中选型的困难,也加大r不同材料 对比的难度


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另一方面.无论是IEC标准还是GB标准,都 没有乂寸测试时上电极的负载做明确的说明在 实验过程中,将电极加载在试样上,为了保证与 试样的紧密贴合,会人为施加一个压力在上面, 这个压力的不确定性,增加了被测试片变形的不 确定性,造成误差,由于无明确负载说明,所以 各厂家生产的电极也会有质量偏差,造成进一 步的不确定性。


4试样表面质量

试样表面质量也影响着测试结果通常我 fl I都会关注试样表面的清洁程度,但也有些地 方容易被忽略

(1) 平整度:试样表面如有凹陷或缺陷,将 会影响电极贴合程度,影响测试结果

(2) 光滑程度:现在有些模具经过喷砂或特 氣龙处理这种模具制成的样片,表面均有细小 的波动,通常情况下影响不大,但.测试波动有时 会在0.5 kV左右。

(3) 试样内部缺陷:这是最容易忽略的地 ,特别是使用液体硅橡胶或凝胶制样时由于 材料黏度小,容易裏夹空气,再内部形成细小的 气孔这些气孔在外表面是很难彼发现的,但却 会极大地影响测试结果

5结语

综上所述,材料介电强度的测试,由于标准中方法的不足,以及对应材料性状的差异,容易产生各种测试结果的差异在排除了人为操作失 误、设备误差等方面的原因后,我们应更关注于 上面所提到的测试条件,以获得稳定可靠的性能数据。


关键词:介电强度测试 击穿强度测试 介电击穿强度测试仪

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