航空橡膠制品用途廣泛，在許多自動控制系統(tǒng)中用作絕緣墊片、電子元器件的密封等，對其絕緣電阻、擊穿強(qiáng)度等電性能有要求。橡膠常用的電性能測試方法有GB/T1692-2008《硫化橡膠絕緣電阻率的測定》、GB/T1693-2007《硫化橡膠介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值的測定方法》、GB/T1695-2005《硫化橡膠工頻擊穿介電強(qiáng)度和耐電壓的測定方法》。

擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)

橡膠的擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T1695-2005《硫化橡膠工頻擊穿介電強(qiáng)度和耐電壓的測定方法》的規(guī)定進(jìn)行。

(1)原理

擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)是用于對硫化橡膠進(jìn)行規(guī)定電壓下的絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)，以考核橡膠材料的絕緣水平，發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，衡量過電壓的能力。硫化橡膠擊穿強(qiáng)度和耐電壓試驗(yàn)有連續(xù)均勻升壓和逐級升壓兩種方法，對試樣施加交流電壓直至擊穿，測量擊穿電壓值，計算試樣單位厚度上的擊穿電壓，即為擊穿強(qiáng)度；用迅速升壓的方法將電壓升到規(guī)定值，保持一定時間不擊穿，定為此試樣的耐電壓值。測試原理如圖所示。試驗(yàn)條件23℃±2℃，相對濕度50%±5%。

擊穿電壓測試原理

(2)試樣

試樣應(yīng)放在23℃士2℃條件下處理24h，試樣尺寸見表。通常板狀試樣的電極直徑為25.0mm±0.1mm、高為25.0mm±0.1mm，在變壓器油中測試。

(3)結(jié)果評定

采用連續(xù)升壓法，試驗(yàn)電壓從零開始，連續(xù)速上升，直至試樣被擊穿，讀取擊穿電壓值。擊穿電壓<20kv時升壓速度為1kv>20kV時升壓速度為kV/s。

采用逐級升壓法(即1min逐級升壓)，從第1個試樣的擊穿值50%開始每個臺階保持1min，逐級升壓，直至試樣被擊穿。若在升壓過程中發(fā)生擊穿，應(yīng)讀取前一級的電壓值。若擊穿發(fā)生在保持不變的電壓級上，則以該級電壓作為擊穿電壓。

按公式計算：

式中 E--擊穿強(qiáng)度，kV/mm；

U--擊穿電壓，kV；

d--試樣厚度，mm。

每組試樣不少于3個，試驗(yàn)結(jié)果以每組測試值的中位數(shù)表示。

(4)影響因素

①測試儀器

有條件時應(yīng)盡可能采用自動升壓擊穿電壓測試儀，它能保證電壓均勻上升，進(jìn)一步提高測試精度。

②試樣厚度

對同一材質(zhì)，試樣隨厚度的增加，介電強(qiáng)度降低，這是因?yàn)樵嚇雍瘢岵缓茫率箚挝缓穸鹊慕殡姀?qiáng)度降低；同時試樣越厚，電子加速時間相應(yīng)增加，電子容易從電極上逸出，而使介電強(qiáng)度降低；另外，試樣越厚，試樣內(nèi)部缺陷的數(shù)量越多，越容易發(fā)生早擊穿，使介電強(qiáng)度降低。

③升壓速度與保壓時間

以電擊穿為主的試樣，升壓速度對介電強(qiáng)度影響不大；以熱擊穿為主的試樣，升壓速度越快，介電強(qiáng)度相應(yīng)增大。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，擊穿電壓<20kv時升壓速度為1kv>20kV時升壓速度為2kV/s。

逐級升壓法規(guī)定保壓時間為1min。若延長時間，則由于熱量積累而使介電強(qiáng)度隨時間增加而降低。

④電極倒角

測試時電極倒角r為2.5mm。一定要按要求加工電極，因?yàn)榈菇侵苯佑绊憸y試結(jié)果。倒角越小，即倒角越尖，其介電強(qiáng)度越低。這是由于電極倒角不同，其邊緣效應(yīng)也不同，即在外加電場作用下靠近邊緣尖角處電場強(qiáng)度大。因此，在電極中部的電場強(qiáng)度遠(yuǎn)低于介電強(qiáng)度，邊緣處卻早已達(dá)到試樣的擊穿電壓，而使試樣擊穿。

⑤環(huán)境溫度與濕度

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)在23℃±2℃，相對濕度50%±5%的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。通常當(dāng)溫度高于材料的玻璃化溫度T時，介電強(qiáng)度隨溫度的升高而迅速下降。原因在于除了電擊穿之外，還存在熱擊穿、電機(jī)械擊穿等“二次”擊穿。

濕度影響與介電性能相同，水分浸人電介質(zhì)導(dǎo)致其電阻降低，電導(dǎo)變大，致使其介電強(qiáng)度也隨著下降。

⑥絕緣介質(zhì)

擊穿試驗(yàn)通常是將試樣與電極一起放在絕緣介質(zhì)(如變壓器油)中，其目的就是防止沿面飛弧。但是絕緣介質(zhì)會影響電極間的電場分布，致使介電強(qiáng)度發(fā)生變化。若絕緣介質(zhì)潔凈，不含導(dǎo)電雜質(zhì)或?qū)щ婋s質(zhì)少且含量固定，則絕緣介質(zhì)本身的電性能穩(wěn)定，故所測試的結(jié)果也穩(wěn)定。如果絕緣介質(zhì)中導(dǎo)電雜質(zhì)含量多且成分不固定，絕緣介質(zhì)本身的電性能指標(biāo)波動大，則在電場作用下一些介電常數(shù)比絕緣介質(zhì)大的懸浮導(dǎo)電雜質(zhì)就在電極附近集中，肉眼可見在試樣上形成一個薄層，即在試樣邊緣有很明顯的雜質(zhì)集聚物痕跡。這個聚集物薄層具有半導(dǎo)體膜作用，它促使電場分布均勻，致使電擊穿為主的試樣介電強(qiáng)度偏高，影響測試結(jié)果，而對熱擊穿為主的材料影響較下。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定所用的變壓器油的介電強(qiáng)度不應(yīng)小于25kV/2.5mm。

(5)擊穿強(qiáng)度試驗(yàn)注意事項(xiàng)

①做高壓試驗(yàn)時，必須由2人或2人以上人員參加，并明確做好分工，明確相互間的聯(lián)系方法，并有專人監(jiān)護(hù)現(xiàn)場安全及觀察試樣的試驗(yàn)狀態(tài)。操作者必須戴絕緣橡膠手套，腳下墊橡膠墊，以防高壓電擊造成生命危險。

②在連接被測體或拆卸時，必須保證高壓輸出為“0”及在“復(fù)位”狀態(tài)切勿將輸出地線與交流電源線短路，以免外殼帶電，造成危險。測試燈、超漏燈，一旦損壞，必須立即更換，以免造成誤判。排除故障時，必須切斷電源，由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行維修。

③儀器避免陽光正面直射，不要在高溫、潮濕、多塵的環(huán)境中使用或存放工作和存放場所應(yīng)無嚴(yán)重影響絕緣的氣體、蒸汽、化學(xué)性塵埃及其他爆炸性和侵蝕性介質(zhì)

④試驗(yàn)過程中，升壓速度不能太快，也決不允許突然全電壓通電或斷電。在升壓或耐壓試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)下列不正常情況時應(yīng)立即降壓，并切斷電源，停止試驗(yàn)，查明原因后再做試驗(yàn):電壓表指針擺動很大；發(fā)現(xiàn)絕緣燒焦的異味、冒煙現(xiàn)象；被測試樣品內(nèi)有不正常的聲音。試驗(yàn)中，如果試樣短路或故障擊穿，控制箱中的過流繼電器工作，此時將調(diào)壓器回至零位，并切斷電源后，方可將試樣取出。

⑤不進(jìn)行直流高壓泄漏試驗(yàn)時，試驗(yàn)完畢后，將調(diào)壓器降至零位，并切斷電源，然后應(yīng)用放電棒將試樣或電容器的高壓端對地進(jìn)行放電，以免存留在電容中的電勢發(fā)生觸電危險。