弹性体材料介电强度测试探讨

周 华, 王春华

（1.瓦克化学中国有限公司, 上海 200233; 2.上海橡胶制品研究所, 上海 200052）

弹性体材料介电强度测试探讨

周 华1, 王春华2

（1.瓦克化学中国有限公司, 上海 200233; 2.上海橡胶制品研究所, 上海 200052）

从不同弹性体的测试中总结可能出现的问题，参考GB及IEC标准，介绍了弹性体测试需要注意的问题，探讨了标准修订的可能性。

弹性体；介电强度；标准

0 前 言

弹性体材料由于其独特的弹性、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。

1 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 1408.1和GB/T 1695。GB/T 1408.1[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[2]针对的是橡胶材料，参考了АSTM D149—97a[3]标准。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。

同时我们查找了权威的电力标准IEC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正在修订IEC 60243，希望能在以后的新版本中获得更多弹性体的测试方案。

2 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素。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А硬度大于50的硅橡胶材料，其介电强度测试结果比较稳定，受硬度影响小；而邵尔А硬度小于50的材料，则会产生不稳定。

在邵尔А硬度20～50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量而产生压扁现象，从而彻底影响测试结果（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。

图1 符合IEC 60243—1的典型电极装置（电极质量致使材料被压缩）

邵尔А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 1408.1中5.1.9“充填胶球状电极方法”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完全贴合，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）。

图2 符合GB/T 1408.1的埋入式电极装置（电极被测试材料所包裹）

3 电 极

电极也是影响测试结果稳定性的一个因素。

目前的测试标准使用的是如图3所示的典型电极装置[4]。圆柱形电极的直径可以有所不同。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20～40 kV/mm之间（具体取决于不同的电极装置），即使材料的一些明显改性（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100 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)]。

图3 符合IEC 60243—1的典型电极装置

图4 避免预击穿放电的埋入式电极装置

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，也加大了不同材料对比的难度。

另一方面，无论是IEC标准还是GB标准，都没有对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。通常我们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氟龙处理。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方，特别是使用液体硅橡胶或凝胶制样时。由于材料黏度小，容易裹夹空气，再内部形成细小的气孔。这些气孔在外表面是很难被发现的，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。

[1] GB/T 1408.1—2006 绝缘材料电气强度试验方法 第1部分：工频下试验[S].

[2] GB/T 1695—2005 硫化橡胶工频击穿电压强度和耐电压的测定方法[S].

[3] ASTM D149 Standard Test Method for Dielectric Breakdown Voltage and Dielectric Strength of Solid Electrical Insulating Materials at Commercial Power Frequencies[S].

[4] IEC60243—1 Electric Strength of Insulating Materials - Test Methods - Part 1： Tests at Power Frequencies[S].

[责任编辑：朱 胤]

Dielectric Strength Test of Elastomer

Zhou Hua1, Wang Chunhua2
(1.Wacker Chemicals (China) Co., Ltd., Shanghai 200233, China; 2. Shanghai Institute of Rubber Products, Shanghai 200052, China)

This Paper studied potential problem of dielectric strength tests from different elastomers, referenced from GB, IEC standard, and introduced problems during test and the possibilitу of standard modifi cation.

Elastomer; Dielectric Strength; Standard

TQ330.7+3

B

1671-8232(2014)08-0048-03

2014-06-23

周华，2000年毕业于华东理工大学高分子材料专业，进入上海橡胶制品研究所从事橡胶材料开发与研究工作。2003年开始从事有关高电压产品及材料的研究开发工作，目前就职瓦克化学中国有限公司从事硅弹性体在电力产品中的应用与支持工作。